KR20210124341A - 광원 디바이스, 검출 디바이스, 및 전자 장치 - Google Patents

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가즈마 이즈미야
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Abstract

광원 디바이스는 광원 및 투사 광학 시스템을 포함한다. 광원은 복수의 발광기들을 포함한다. 투사 광학 시스템은 광원으로부터 방출된 광을 방출하도록 구성된다. 투사 광학 시스템의 배율이 상대적으로 큰 조사 영역에 대응하는 광원의 발광 영역에서의 단위 면적 당 발광량이, 투사 광학 시스템의 배율이 상대적으로 작은 조사 영역에 대응하는 발광 영역에서의 단위 면적 당 발광량보다 크다.

Description

광원 디바이스, 검출 디바이스, 및 전자 장치
본 발명은 광원 디바이스, 검출 디바이스, 및 전자 장치에 관한 것이다.
최근, 대상물(object)을 광으로 조사하고, 대상물로부터 반사하는 광을 수신하며, 대상물의 상태를 검출하는 광 검출 디바이스들이 다양한 분야들에서 이용되고 있다. 예를 들어 레이저 빔에 의해 대상물의 존재를 검출하고 타겟 대상물까지의 거리를 측정하는 라이더 시스템(rider system)이 특허 문헌 1(patent literature 1)에 개시된다. 라이더 시스템은 광원으로서 수직 공동 면발광 레이저(vertical cavity surface emitting laser; VCSEL)를 이용하고 VCSEL로부터 방출된 광을 렌즈를 통해 방출하는 광원 디바이스를 포함한다.
PTL 1: 일본 공개 특허 공보 제 2007-214564 호
투사 광학 시스템(projection optical system)에 의해 넓혀진(widened) 광원으로부터의 광이 넓은 범위로 방출될 때, 조사 표면 상의 광 조도(light illuminance)가 투사 광학 시스템에서의 수차(aberration)로 인해 불균일할 수 있다. 공지된 기술의 광원 디바이스들에서, 조사 표면 상의 균일한 조도를 달성하는 이러한 유형의 문제에 중점을 둔 연구가 없다. 그러나, 반사된 광을 수신하고 검출하는 검출 디바이스들에서, 광원 디바이스로부터의 광을 조사 표면 상에 균일하게 투사할 때 검출 정확도를 향상시키는 것이 매우 중요하다.
본 발명은 위에서 설명된 문제의 의식에 기초하여 이루어진 것이며, 조사 광의 뛰어난 조도 균일성을 갖는 광원 디바이스를 제공하는 목적을 갖는다.
본 발명의 양태에 따르면, 광원 디바이스는 광원 및 투사 광학 시스템을 포함한다. 광원은 복수의 발광기(light emitter)들을 포함한다. 투사 광학 시스템은 광원으로부터 방출된 광을 방출하도록 구성된다. 투사 광학 시스템의 배율(magnification)이 상대적으로 큰 조사 영역에 대응하는 광원의 발광 영역에서의 단위 면적 당 발광량이, 투사 광학 시스템의 배율이 상대적으로 작은 조사 영역에 대응하는 발광 영역에서의 단위 면적 당 발광량보다 크다.
본 발명의 양태는 따라서, 투사 광학 시스템에 의해 유발되는 조도에서의 불규칙(irregularity)들을 상쇄(cancel out)시키기 위해 광원의 발광량을 설정함으로써, 조사 광의 조도의 뛰어난 균일성을 갖는 광원 디바이스를 달성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 광원 디바이스를 적용한 검출 디바이스의 실시예로서의 거리 측정 디바이스의 개념도를 예시하는 도면이다.
도 2a는 광원 디바이스에서의 투사 광학 시스템의 기준 상태를 예시하는 도면이며, 광원 디바이스의 구조를 예시한다.
도 2b는 광원 디바이스에서의 투사 광학 시스템의 기준 상태를 예시하는 도면이며, 광원 디바이스에 의한 조사 표면 상의 광의 조도 상태를 예시한다.
도 3a는 광원 디바이스에서의 투사 광학 시스템의 조사 영역 조정 상태를 예시하는 도면이며, 광원 디바이스의 구조를 예시한다.
도 3b는 광원 디바이스에서의 투사 광학 시스템의 조사 영역 조정 상태를 예시하는 도면이며, 광원 디바이스에 의한 조사 표면 상의 광의 조도 상태를 예시한다.
도 4는 조정 기구(adjustment mechanism)를 포함하는 상태에 있는 광원 디바이스를 예시하는 단면도이다.
도 5는 광원 디바이스의 광원의 일부를 예시하는 단면도이다.
도 6은, 광원에서의 복수의 발광기들이 규칙적인 간격들로 배열되었을 때의, 그리고 발광기들이 조밀한 배치(coarse and dense placement)로 설치되었을 때의 조사 표면 상의 조도 분포를 예시하는 그래프이다.
도 7은 광원 디바이스의 광원으로 조밀한 배치로 설치된 발광기들의 상태를 예시하는 도면이다.
도 8은, 광원의 복수의 방출기들이 균일한 광량으로 광을 방출할 때의, 그리고 발광기들의 상이한 광량으로 광을 방출할 때의 조사 표면 상의 조도 분포를 예시하는 그래프이다.
도 9는, 광원 디바이스의 광원으로의 발광기들이 상이한 광량으로 광을 방출할 때의 상태를 예시하는 도면이다.
도 10은 광원 디바이스의 광원으로의 발광기들의 설정 범위의 예시를 예시하는 도면이다.
도 11a는 조사 표면 상의 광의 조사 영역을 예시하고, 발광기들이 전체 직사각형 발광 표면 상에 배치되었을 때를 예시하는 도면이다.
도 11b는 조사 표면 상의 광의 조사 영역을 예시하고, 발광기들이 타원 형상으로 배치되었을 때를 예시하는 도면이다.
도 12는 광원 디바이스를 물품 검사(article inspections)용 검출 디바이스에 적용한 예시를 예시하는 도면이다.
도 13은 광원 디바이스를 포함하는 검출 디바이스를 가동 디바이스(movable device)에 적용한 예시를 예시하는 도면이다.
도 14는 광원 디바이스를 포함하는 검출 디바이스를 휴대용 정보 단말기에 적용한 예시를 예시하는 도면이다.
도 15는 광원 디바이스를 포함하는 검출 디바이스를 이동 유닛(moving unit)용 운전자 지원 시스템에 적용한 예시를 예시하는 도면이다.
도 16은 광원 디바이스를 포함하는 검출 디바이스를 이동 유닛용 자율 이동 시스템에 적용한 예시를 도시하는 도면이다.
본 발명의 실시예들이 첨부한 도면들을 참조하면서 다음에 설명된다. 도 1은 거리 측정 디바이스(10)의 개념도를 예시한다. 거리 측정 디바이스(10)는, 광원 디바이스(11)로부터의 펄스광을 검출 타겟 대상물(12) 상으로 투사(방출)하고, 광검출기(13)에 의해 검출 타겟 대상물(12)로부터의 반사된 광을 수신하며, 반사된 광을 수신하는데 필요된 시간에 기초하여 검출 타겟 대상물(12)까지의 거리를 측정하는 TOF(time of flight) 기술을 이용하는 거리 검출 디바이스이다.
도 1에 예시된 바와 같이, 광원 디바이스(11)는 광원(14) 및 투사 광학 시스템(15)을 포함한다. 광원(14)의 발광이 광원 구동 회로(16)로부터의 전류에 의해 제어된다. 광원 구동 회로(16)는, 광원(14)이 광을 방출했을 때 신호 제어 회로(17)에 신호를 전송한다. 투사 광학 시스템(15)은 광원(14)으로부터 방출된 광을 넓히고[발산시키고] 이를 검출 타겟 대상물(12) 상에 투사하는 광학 시스템이다.
광원 디바이스(11)로부터 검출 타겟 대상물(12) 상에 투사된 후 검출 타겟 대상물(12)에 의해 반사된 반사된 광은, 광 수집(포커싱) 기능을 갖는 수광 광학 시스템(light-receiving optical system)(18)에 의해 광검출기(13)에 광학적으로 안내된다. 광검출기(13)는 광전 변환 소자를 포함하고, 광검출기(13)가 수신한 광은 광전 변환되고 전기 신호로서 신호 제어 회로(17)에 전송된다. 신호 제어 회로(17)는 투사된 광[광원 구동 회로(16)로부터의 발광 신호 입력]과 수신된 광[광검출기(13)로부터의 수신된 광 신호 입력] 사이의 시간 차이에 기초하여 검출 타겟 대상물(12)까지의 거리를 계산한다. 따라서, 거리 측정 디바이스(10)에서, 광검출기(13)는 검출 타겟 대상물(12)에 의해 반사된 광원 디바이스(11)로부터 방출된 광을 검출하는 검출기로서 기능한다. 신호 제어 회로(17)는 광검출기(13)(검출기부)로부터의 신호에 기초하여 검출 타겟 대상물(12)까지의 거리에 관한 정보를 획득하는 계산기로서 기능한다.
도 2a 및 도 3b는 광원 디바이스(11)의 구조를 예시한다. 광원 디바이스(11)는 위에서 설명된 광원(14)(도 1)으로서 면발광 레이저(20)를 포함한다. 면발광 레이저(20)는 발광 표면(P1) 상의 미리 결정된 관련 위치들에 설치된 복수의 면발광 레이저 소자들(21)을 포함한다. 본 발명에서, 면발광 레이저(20)는 광원의 일례이며, 면발광 레이저 소자들(21)은 본 발명에서의 발광기들의 일례이다. 본 실시예의 면발광 레이저 소자(21)는 기판에 수직 방향으로 광을 방출하는 수직 공동 면발광 레이저(이후부터, VCSEL로 지칭됨)이다.
면발광 레이저 소자들(21) 각각에 대응하는 면발광 레이저(20)의 부분 단면 구조가 도 5에 예시된다. 하부 다층막 반사경(lower multilayer film reflecting mirror)(24D), 하부 스페이서층(25D), 활성층(26), 상부 스페이서층(25U), 상부 다층막 반사경(24U), 및 접촉층(23)이 기판(22) 상의 적층된 층들로 형성된다. 상부 다층막 반사경(24U) 내에 전류 협착층(current constriction layer)(27)이 형성된다. 전류 협착층(27)은 전류 통과 영역(27a), 및 전류 통과 영역(27a)을 둘러싼 전류 통과 억제 영역(27b)을 포함한다. 기판(22) 아래에 하부 전극(28D)이 형성되고 최상단 영역에 상부 전극(28U)이 형성된다. 상부 전극(28U)의 내부가 절연 피스(insulating piece)(29)에 의해 절연된다. 상부 전극(28U)은 접촉층(23)의 주변부(periphery)(에지)와 접촉하고, 접촉층(23)의 중심 영역에 개구부가 있다.
전극들(28U 및 28D) 각각이 활성층(26)에 전류를 인가할 때, 적층된 구조물 상의 상부 다층막 반사경(24U) 및 하부 다층막 반사경(24D)에서 증폭이 발생하고 레이저 빔이 발진(oscillate)된다. 인가된 전류량에 따라 레이저 빔의 방출 강도가 변화된다. 전류 협착층(27)은 활성층(26)에 인가되는 전류의 효율을 신장(boost)시키고 발진 문턱값을 낮춘다. 인가될 수 있는 최대 전류량이 전류 협착층(27)의 전류 통과 영역(27a)이 커짐(넓어짐)에 따라 증가하고, 발진될 수 있는 레이저 빔의 최대 출력이 증가하지만, 다른 한편으로 발진 문턱치를 올리는 특성을 갖는다.
에지 발광 레이저들에 비해, VCSEL의 특성들은 발광 소자들을 2차원 어레이들로 쉽게 형성하는 것, 발광 소자들의 밀집 배치에 의한 다점 빔(multi-point beam)들을 허용하는 것을 포함한다. VCSEL은 또한 발광 소자들의 배치에서의 높은 자유도를 허용하고 전극들의 배치와 같은 구조적 제약들을 제외하고, 기판 상의 임의의 선택적인 위치에 설치될 수 있다.
도 2a 및 도 3a에 예시된 바와 같이, 투사 광학 시스템(15)은 집광 광학 소자(condensing optical element)인 집광 렌즈(30), 및 확대 광학 소자(magnifying optical element)인 투사 렌즈(31)를 포함한다. 집광 렌즈(30)는 양의 파워를 갖는 렌즈이고, 면발광 레이저(20)의 면발광 레이저 소자들(21) 각각으로부터 방출되는 광의 발산 각도를 억제하며 면발광 레이저 소자들(21) 각각으로부터의 결합 이미지(conjugate image)를 형성할 수 있다. 투사 렌즈(31)는 음의 파워를 갖는 렌즈이고, 집광 렌즈(30)를 통해 투과된 광의 조사 각도를 확대시키고 광을 방출하며, 면발광 레이저(20)의 발광 표면(P1)보다 넓은 범위의 조사 영역 상으로 광을 투사한다. 투사 렌즈(31)의 렌즈 표면의 곡률이 조사 영역의 범위 및 결합 이미지의 배율의 정도를 결정한다.
본 발명의 투사 광학 시스템의 구조가 도 2a 및 도 3a에 예시된 예에 제한되는 것은 아니다. 투사 광학 시스템(15)을 구성하는 집광 광학 소자는 광원[면발광 레이저(20)]으로부터의 광의 발산 각도를 억제하는 것만을 필요로 하고, 렌즈 외에 회절 격자들 등을 이용할 수 있다. 집광 광학 소자에 렌즈를 이용할 때, 복수의 면발광 레이저 소자들(21)로부터의 광을 통과시킬 수 있는 공통 렌즈가 이용될 수 있거나, 또는 면발광 레이저 소자들(21) 각각에 대응하는 복수의 렌즈들을 포함하는 마이크로렌즈 어레이가 이용될 수 있다. 투사 광학 시스템(15) 내의 투사 광학 소자는 광을 넓히는 것만을 필요로 하고, 양요 렌즈(biconcave lens), 음의 메니스커스 렌즈(negative meniscus lens), 또는 확산 패널과 같은 선택적 아이템이 이용될 수 있다. 집광 광학 소자 또는 투사 광학 소자 중 어느 하나로 렌즈를 사용할 때, 광학축 방향을 따라 배열되는 렌즈들의 수가 단일(단일 렌즈)일 수 있거나 복수의 렌즈들의 렌즈 그룹일 수 있다.
도 2a는 면발광 레이저(20)의 발광 표면(P1)으로부터 집광 렌즈(30)까지의 거리와 동일한 집광 렌즈(30)에 대한 초점 거리를 갖는 광원 디바이스(11)의 상태를 예시한다. 이 상태가 광원 디바이스(11)에서의 투사 광학 시스템(15)의 기준 상태이다. 투사 광학 시스템(15)의 기준 상태에서, 면발광 레이저(20)의 면발광 레이저 소자들(21) 각각으로부터의 광이 집광 렌즈(30)에 의해 시준(collimate)되고 집광 렌즈(30)를 통해 투과된 후, 각각의 면발광 레이저 소자(21)로부터의 결합 이미지가 광 경로를 따라 위치에 관계없이 형성된다. 환언하면, 발광 표면(P1) 및 조사 표면(P2)은 대략 결합 관계이다. 조사 표면(P2)은 광학 상태의 이해를 단순화하기 위해 설정된 이론적 평면이고, 실제 검출 타겟 대상물(12)은 임의의 다양한 형상들일 수 있고 평평한 표면에 제한되는 것은 아니다.
투사 광학 시스템(15)의 기준 상태에서의 조사 표면(P2) 상의 조사 영역이 도 2b에 예시된다. 면발광 레이저(20)에서, 면발광 레이저 소자들(21) 간에 각 갭들이 있어서 (상호 갭들 사이의) 이산적인(discrete) 조사 영역들(E1)이 면발광 레이저 소자들(21) 각각으로부터의 결합 이미지를 형성하는 기준 상태에서, 조사 표면(P2) 상에 나타난다. 더 구체적으로, 조사 영역(E1)은, 조사 표면(P2) 상에 광이 방출되는 영역이고, 면발광 레이저(20)의 면발광 레이저 소자들(21)에 대응하는 위치적 관계에 복수의 조사 영역들(E1)이 존재한다. 각 조사 영역들(E1) 간에 조사 영역들(E1)에 비해 낮은 조도를 갖는 비조사 영역들(E2)(광으로 조사되지 않는 영역들)도 있다. 비조사 영역들(E2)은 면발광 레이저(20)의 면발광 레이저 소자들(21) 간의 갭 위치들에 대응하는 영역들이다. 환언하면, 투사 광학 시스템(15)의 기준 상태에서, 조사 표면(P2) 상의 분포되는(이산적인) 조도가 강해지고 균일한 조도가 획득될 수 없다.
도 3a는, 집광 렌즈(30)가 투사 광학 시스템(15)의 기준 상태(도 2a)로부터 광학축 방향으로 대상물측[발광 표면(P1)에 접근하는 측]으로 조금 시프트된 상태를 예시한다. 이 상태가 광원 디바이스(11)의 투사 광학 시스템(15)의 조사 영역 조정 상태이다. 조사 영역 조정 상태에서, 집광 렌즈(30)를 시프트함으로써, 면발광 레이저 소자들(21) 각각으로부터의 광이 완전히 시준되지 않고 발산하며, 기준 상태에 비해, 면발광 레이저 소자들(21) 각각으로부터의 이미지가 넓다. 결과적으로, 도 3b에 예시된 바와 같이, 조사 표면(P2) 상에, 면발광 레이저 소자들(21) 간의 갭들에 대응하는 영역을 채우도록 광으로 조사되는 완전 조사 영역(E3)이 획득된다.
집광 렌즈(30)를 기준 상태로부터 조사 영역 조정 상태로 어디까지 시프트하는지가 투사 광학 시스템(15), 면발광 레이저(20)에 대한 사양, 및 각각의 유형의 조건에 따라 상이할 것이다. 본 실시예의 구조에서, 기준 상태에서의 면발광 레이저(20)의 발광 표면(P1)으로부터 집광 렌즈(30)까지의 거리[집광 렌즈(30)의 초점 거리와 동일]에 대해, 15% 내지 24% 범위 내로 대상물측[발광 표면(P1)에 접근하는 측]으로 집광 렌즈(30)를 시프트함으로써 광각 및 또한 균일한 조도를 갖는 완전 조사 영역(E3)이 획득된다. 집광 렌즈(30)가 시프트되는 양이 위에서 설명된 범위의 하한(15%) 아래에 있을 때, 면발광 레이저 소자들(21) 각각에 대응하는 조사 표면(P2) 상의 조사 영역이 수축되고 도 2b에 예시된 바와 같은 비조사 영역들(E2)이 나타난다. 집광 렌즈(30)가 시프트되는 양이 위에서 설명된 범위의 상한(24%)을 초과할 때, 투사 렌즈(31) 상에의 광의 입사각이 너무 커지고, 조사 표면(P2)에서의 조사 영역 상의 수차들로부터의 영향이 커질 수 있고, 조도 균일성이 나빠질 수 있다.
투사 광학 시스템(15) 상에서, 광학축 방향으로 집광 렌즈(30)의 위치를 시프트하기 위한 위에서 설명된 방법 외에, 투사 렌즈(31)의 렌즈 표면 곡률을 변경하기 위한 방법이 또한 비조사 영역(E2) 상에 광을 방출하지 않는 투과를 달성할 수 있다. 더 구체적으로, 면발광 레이저 소자들(21) 각각으로부터의 결합 이미지가 투사 렌즈(31)에 입력(입사)되고 투사 렌즈(31)의 렌즈 표면의 곡률을 설정함으로써 면발광 레이저 소자들(21) 각각으로부터의 이미지를 넓히도록 설정된다. 또한, 투사 렌즈(31)는 비조사 영역(E2)을 포함하지 않는 적절한 조사 범위[완전 조사 영역(E3)]를 획득하기 위해 이 방식으로 선택된다. 이 방법은, 집광 렌즈(30) 및 면발광 레이저(20)의 조합 및 레이아웃을 변경하지 않고, 단지 타겟 조사 범위에 따라 투사 렌즈(31)를 교환함으로써 적용될 수 있고, 또한 설정들 및 조정들을 수행하는데 걸리는 작업자의 부담을 감소시킨다.
투사 광학 시스템(15) 상의 조사 영역을 조정하는 방법에 대해, 광학축 방향으로 집광 렌즈(31)의 위치를 시프트하는 방법이 투사 렌즈(31)의 렌즈 표면의 곡률을 변경[투사 렌즈(31)를 교환]하는 방법과 병용될 수 있다.
도 1 내의 거리 측정 디바이스(10)에서, 광검출기(13)(도 1)의 외형(contour) 및 배치는 광원 디바이스(11)로부터 투사되는 광의 조사 영역과 대응하여 관련된다. 면발광 레이저(20)의 면발광 레이저 소자들(21)로부터 방출된 광과 검출 타겟 대상물(12)로부터 반사되고 광검출기(13)에 의해 수신된 광 사이의 상관관계(correlation)가 이 방식으로 유지되고, 면발광 레이저 소자들(21) 각각에 대응하는 각각의 조사 영역에 대해 정확한 검출(거리)이 수행될 수 있다.
도 3b에 예시된 완전 조사 영역(E3)을 획득하기 위해, 광원 디바이스(11)를 구성하는 투사 광학 시스템(15)의 위치가 면발광 레이저(20)의 위치에 대해 계산된 설계값대로 적절히 배치되어야 한다. 예를 들어, 투사 광학 시스템(15)을 구성하는 집광 렌즈(30)의 위치가 설계값에 대해 광학축 방향으로 시프트될 때, 도 2b에 도시된 바와 같이 조사 표면(P2) 상에 각각의 면발광 레이저 소자(21)의 결합 이미지가 형성되어 조사 표면(P2) 상의 비조사 영역(E2)이 증가할 우려를 유발한다. 투사 광학 시스템(15)을 구성하는 투사 렌즈(31)가 또한 설계값에 의해 특정된대로 설치되어야 한다.
투사 광학 시스템(15)과 면발광 레이저(20) 사이에서, 광학축 상의 수직 방향으로의 위치에서의 시프트가 있을 때, 광원 디바이스(11)로부터 방출되는 광의 발광 각도가 시프트될(벗어날) 것이다. 광원 디바이스(11)로부터 방출되는 광의 발광 각도가 수광 광학 시스템(18)(도 1)의 화각(field angle)으로부터 크게 시프트될 때, 반사된 광을 수광 광학 시스템(18)을 통해 수신하지 않는 비조사 영역이 증가하여 거리 측정 디바이스(10)에 의해 검출될 수 있는 범위가 결과적으로 수축된다.
위의 상황들을 방지하고 설계된대로의 성능을 획득하기 위해 광학 소자의 위치를 조정하기 위한 조정자 기구(adjuster mechanism)를 포함하는 상태에 있는 광원 디바이스(11)가 도 4에 예시된다. 도 4에 예시된 광원 디바이스(11)는, 집광 렌즈(30)를 위치가 조정가능하도록 지지하는 제 1 위치 조정자(80), 투사 렌즈(31)를 위치가 조정가능하도록 지지하는 제 2 위치 조정자(81), 면발광 레이저(20)를 위치가 투사 광학 시스템(15)에 대해 조정가능하도록 지지하는 제 3 위치 조정자(82)를 포함한다.
이후부터 제 1 위치 조정자(80)가 설명된다. 집광 렌즈(30)가 렌즈 홀더(83)의 내측에 지지되고, 렌즈 홀더(83)는 집광 렌즈 배럴(condenser lens barrel)(84)의 내측에 설치된다. 렌즈 홀더(83)는 집광 렌즈 배럴(84)에 대한 광학축 방향을 따른 이동을 허용하는 이동부(85)에 의해 지지된다. 이동부(85)는 집광 렌즈 배럴(84)의 내주면(inner circumferential surface)에 형성된 암나사(female screw)[나선체(helicoid)]를 포함하고, 렌즈 홀더(83)의 외주부(outer circumferential portion) 상의 수나사(male screw)가 암나사 상에 나사식으로(threadably) 마운팅된다. 렌즈 홀더(83)는 이동부(85) 내의 암나사를 따라 중심으로서의 집광 렌즈(30)의 광학축 둘레로 회전하면서 위치 조정을 허용하기 위해 광학축 방향으로 이동한다. 도 4에 예시된 바와 같은 이동부(85)의 광학축 방향으로의 형성 범위[집광 렌즈 배럴(84) 내에 암나사가 형성된 범위]가 집광 렌즈(30)의 가동 범위이다.
이후부터 제 2 위치 조정자(81)가 설명된다. 투사 렌즈(31)가 렌즈 홀더(86)의 내측에 지지되고, 렌즈 홀더(86)는 투사 렌즈 배럴(87)의 내측에 설치된다. 투사 렌즈 배럴(87)은 집광 렌즈 배럴(84)의 외측에 설치되고, 집광 렌즈 배럴(84)의 중심축 및 투사 렌즈 배럴(87)의 중심축이 동심으로(concentrically) 위치된다. 렌즈 홀더(86)는 투사 렌즈 배럴(87)에 대한 광학축 방향으로의 이동을 허용하는 이동부(88)를 통해 지지된다. 이동부(88)는 투사 렌즈 배럴(87)의 내주면에 형성된 암나사(나선체)를 포함하고, 이 구조에서, 렌즈 홀더(86)의 외주부 상의 수나사가 암나사와 나사식으로 맞물린다. 렌즈 홀더(86)는 이동부(88)의 암나사를 따라 중심으로서의 투사 렌즈(31)의 광학축 둘레로 회전하면서 위치 조정을 허용하기 위해 광학축 방향으로 이동한다. 도 4에 예시된 바와 같은 이동부(88)의 광학축 방향으로의 형성 범위[투사 렌즈 배럴(87) 내에 암나사가 형성된 범위]가 투사 렌즈(31)의 가동 범위이다.
제 1 위치 조정자(80) 및 제 2 위치 조정자(81)는, 렌즈 홀더(83)의 위치를 정확하게 제어할 수 있다면 충분함을 입증할 것이고, 위에서 설명된 이동부(85) 및 이동부(88)와 같은 나사 기구에 제한되는 것은 아니다. 변형예로서, 집광 렌즈 배럴(84)의 주면 및 투사 렌즈 배럴(87)의 주면에 암나사가 아닌 캠[캠 그루브(cam groove)]이 형성될 수 있고, 렌즈 홀더(83) 및 렌즈 홀더(86)를 캠에 의해 캠 종동자(cam follower)를 안내함으로써 광학 경로 방향으로 이동시키는 캠 종동자가 렌즈 홀더(83) 및 렌즈 홀더(86)에 설치되는 구조가 이용될 수 있다. 대안적으로, 광학 경로 방향으로 연장되는 안내부(안내 샤프트, 안내 그루브 등)에 대한 이동을 허용하도록 렌즈 홀더(83) 및 렌즈 홀더(86)가 지지되고, 렌즈 홀더(83) 및 렌즈 홀더(86)가 광학 경로 방향으로 연장되는 피드 나사(feed screw)에 의해 나사식으로 맞물려, 렌즈 홀더(83) 및 렌즈 홀더(86)가 피드 나사의 회전에 의한 광학 경로 방향으로의 이동을 허용하는 안내부에 의해 안내되도록 하는 구조가 이용될 수 있다. 렌즈 홀더(83) 및 렌즈 홀더(86)를 광학 경로 방향으로 이동시키기 위한 구동력이 수동으로 인가될 수 있거나 모터와 같은 구동 디바이스에 의해 인가될 수 있다.
집광 렌즈(30) 또는 투사 렌즈(31)의 위치가 설계값으로부터 벗어났을 때, 제 1 위치 조정자(80) 및 제 2 위치 조정자(81)를 이용하는 것에 의해 위치를 조정함으로써 비조사 영역을 갖지 않는 완전 조사 영역(E3)(도 3b)에 의한 조사 표면(P2) 상으로의 조명(lighting)이 쉽게 달성될 수 있다.
이후부터 제 3 위치 조정자(82)가 설명된다. 면발광 레이저(20)가 전자 회로 보드(90) 상에 지지된다. 광원 구동 회로(16)(도 1)와 같은 면발광 레이저(20)를 구동하기 위해 필요한 컴포넌트들이 전자 회로 보드(90) 상에 마운팅된다. 전자 회로 보드(90)는 광축(light axis)에 수직인 적어도 2개의 상이한 방향들로의 이동을 허용하는 조정자 기구(91)에 의해 집광 렌즈 배럴(84)에 대해 지지된다. 집광 렌즈 배럴(84)에 대해 전자 회로 보드(90)를 이동시킴으로써, 광축에 수직인 평면 상에서[즉, 도 2a 또는 도 3a에 예시된 발광 표면(P1)을 따라] 면발광 레이저(20)의 위치가 변화될 수 있다. 조정자 기구(91)는 면발광 레이저(20)가 위치하는 중심 영역에서 개구되고, 따라서 면발광 레이저 소자들(21) 각각으로부터 방출되는 광을 차단하지 않는다.
제 3 위치 조정자(82)에 대한 조정자 기구(91)의 구조가 적절히 선택될 수 있다. 일례는 조정자 기구(91)에서 2단계 이동 스테이지를 이용하는 구조이다. 조정자 기구(91)에서의 이동 스테이지의 제 1 단계 및 이동 스테이지의 제 2 단계는, 광축에 수직인 제 1 방향으로 연장되는 제 1 안내부[안내축 및 안내 그루브 등]를 따른 상대적인 이동을 허용하도록 조합된다. 이동 스테이지의 제 1 단계는 전자 회로 보드(90)에 고정된다. 이동 스테이지의 제 2 단계는 집광 렌즈 배럴(84)에 대해, 광축에 수직인 제 2 방향(제 1 방향과는 상이한 방향)으로 연장되는 제 2 안내부(안내축 및 안내 그루브 등)를 따른 이동을 허용하도록 지지된다. 이 유형의 구조는, 전자 회로 보드(90)와 집광 렌즈 배럴(84) [및 투사 렌즈 배럴(87)] 사이의 위치적 관계를 광축에 수직인 선택적인 방향으로 변경하는 것을 허용한다. 광축에 수직인 방향으로의 조정자 기구(91)의 각각의 이동 스테이지를 이동시키기 위한 구동력이 수동으로 인가될 수 있거나 또는 모터와 같은 구동 디바이스에 의해 인가될 수 있다.
제 3 위치 조정자(82)의 상이한 예시로서, 전자 회로 보드(90)에 고정된 삽입부가 집광 렌즈 배럴(84)의 내부에 삽입된다. 내경 방향(inward radial direction)으로 돌출량(amount of protrusion)을 변경할 수 있는 3개 이상의 지지부들이 원주 방향(circumferential direction)으로 상이한 위치들에 집광 렌즈 배럴(84) 상에 설치된다. 이 지지부들에 의해 삽입부를 지지함으로써 전자 회로 보드(90)의 위치가 설정된다. 집광 렌즈 배럴(84)의 내경 방향으로 각각의 지지부의 상대적인 돌출량을 변경하는 것이 광축에 수직인 방향으로 집광 렌즈 배럴(84)에 대해 전자 회로 보드(90)의 위치를 조정하는 것을 허용한다.
집광 렌즈 배럴(84) 및 투사 렌즈 배럴(87)은 각각 지지되는 집광 렌즈(30)의 광축 및 투사 렌즈(31)의 광축을 매칭하도록 구성된다. 이때, 제 3 위치 조정자(82)를 이용하는 것에 의해, 집광 렌즈(30) 및 투사 렌즈(31)의 광학축에 대한 면발광 레이저(20)의 중심들이 집광 렌즈 배럴(84) 및 투사 렌즈 배럴(87)에 대한 면발광 레이저(20) 및 전자 회로 보드(90)의 위치를 조정함으로써 정렬될 수 있다. 광원 디바이스(11)로부터 방출되는 광의 방출각에서의 편차들이 이 방식으로 방지될 수 있고, 수광 광학 시스템(18)에서의 수광 화각에 대한 광원 디바이스(11)로부터의 비조사 영역이 감소될 수 있어, 거리 측정 디바이스(10)에서의 거리 측정 정확도가 향상될 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 제 1 위치 조정자(80), 제 2 위치 조정자(81), 및 제 3 위치 조정자(82)를 이용하는 것에 의해, 면발광 레이저(20), 집광 렌즈(30), 및 투사 렌즈(31)의 각 위치적 관계들을 조정하기 위해, 설계값들에 대한 광원 디바이스(11)의 각각의 위치의 마운팅 편차들 및 사용자에 의한 사용에 따라 시간에 지남에 따라 발생하는 광원 디바이스(11)의 각각의 위치의 위치적 편차들이 쉽게 보정될 수 있다.
도 4 내의 광원 디바이스(11)에서, 제 1 위치 조정자(80) 및 제 2 위치 조정자(81)가 광학축 방향으로의 위치 조정을 실시하고, 제 3 위치 조정자(82)가 광학축에 수직인 방향으로 위치를 조정하지만, 각각의 조정부에 대한 조정 방향들이 도 4에서의 상태에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 광학축에 수직인 방향으로 집광 렌즈(30) 및 투사 렌즈(31)의 위치적 조정들을 하기 위해 제 1 위치 조정자(80) 및 제 2 위치 조정자(81)에 수단(measure)이 제공될 수 있다. 대안적으로, 광학축에 수직인 방향으로 면발광 레이저(20) 및 전자 회로 보드(90)의 위치적 조정들을 하기 위해 제 3 위치 조정자(82)에 수단이 제공될 수 있다. 또한, 제 1 위치 조정자(80), 제 2 위치 조정자(81), 및 제 3 위치 조정자(82) 모두를 제공하기보다는, 위치 조정자들 중 임의의 하나만 선택되고 설치될 수 있다.
그러나, 면발광 레이저(20)의 면발광 레이저 소자들(21) 각각으로부터의 광이 투사 광학 시스템(15)에 의해 넓혀질 때, 왜곡 수차(distortion aberration)로부터의 영향이 조사 표면(P2) 상의 이미지에서의 왜곡을 유발할 수 있다. 환언하면, 이미지 배율이 조사 영역에 따라 상이하라 것이다. 완전 조사 영역(E3) 상에 광을 투사하는 위에서 설명된 경우에서도, 이미지 표면 상의 왜곡에 의해 유발되는 조도 불규칙[조사 표면(P2) 상의 상이한 영역으로 인한 조도에서의 변화들]들이 발생한다. 이 조도 불규칙들은 넓혀진 광을 방출하는 투사 광학 시스템(15)에서의 수차들에 의해 유발되며 도 2a에서의 기준 상태 및 도 3a에서의 조사 영역 조정 상태 둘 다에서 가능하게 발생할 수 있다.
왜곡 수차는 이미지의 중심부를 수축시키고 주변부를 늘리는 핀쿠션 왜곡(pincushion distortion), 및 이미지의 중심부를 확장시키고 주변부를 수축시키는 배럴 왜곡을 포함한다. 핀쿠션 왜곡에서, 면발광 레이저(20)의 발광 표면(P1) 상에 주변부를 향해 더 많은 면발광 레이저 소자들(21)이 마운팅될수록, 조사 표면(P2) 상의 이미지가 더 크게 왜곡되게 되고(늘어남) 단위 면적 당 조도(광량)가 감소한다. 배럴 왜곡에서, 면발광 레이저(20)의 발광 표면(P1) 상에 중심부를 향해 더 많은 면발광 레이저 소자들(21)이 마운팅될수록, 조사 표면(P2) 상의 이미지가 더 크게 왜곡되게 되고(늘어남) 단위 면적 당 조도(광량)가 감소한다.
본 실시예의 광원 디바이스(11)에서, 면발광 레이저(20)를 설정하는 것이 투사 광학 시스템(15)에서의 수차에 의해 유발되는 조사 표면(P2) 상의 조도 불규칙들을 방지한다. 환언하면, 면발광 레이저(20)에서, 투사 광학 시스템(15)에 의한 배율이 상대적으로 큰 조사 영역에 대응하는 발광 영역의 단위 면적 당 발광량이, 투사 광학 시스템(15)에 의해 배율이 상대적으로 작은 조사 영역에 대응하는 발광 영역 내의 단위 면적 당 발광량보다 크게 설정된다. 이 유형의 조도 균일을 행하기 위한 수단들은, 면발광 레이저 소자들(21) 간의 간격을 변화시키는 제 1 상태, 및 면발광 레이저 소자들(21)의 발광량들을 상이하게 하는 제 2 상태에 있다.
면발광 레이저 소자들(21) 간의 간격을 변화시키는 제 1 상태 조도 균일성이 설명된다. 이 설정 예시는, 면발광 레이저(20)로부터의 광이 투사 광학 시스템(15)에 의한 투사 동안 광각으로 넓혀져, 결과적으로 조사 표면(P2) 상의 이미지에서 핀쿠션 왜곡이 발생하는 경우를 다룬다.
도 6은, 면발광 레이저(20)의 이웃하는 면발광 레이저 소자들(21)이 조도 분포(Tv1)로서 모두 등거리로(equidistantly) 배치되었을 때의 조사 표면(P2) 상의 조도 분포를 예시한다. 도 6 내의 수평축은 수평 방향으로의 각도를 나타내고, 수직축은 조사 표면(P2) 상의 조도비(illumination ratio)(가장 높은 조도 점이 100%)를 나타낸다.
면발광 레이저 소자들(21)의 등거리 배치에 대한 조도 분포(Tv1)는, 투사 광학 시스템(15)으로부터의 왜곡 수차의 영향들로 인해 가장 강한 값으로서의 중심부에서 주변부로 진행하면서 강도가 저하하는 조명 범위를 갖는 커브형이다. 이 조도 분포(Tv1)에서, 조도가 가장 강한 피크값의 80%의 조도와 균등한 수평 방향으로의 각도폭이 106도이다.
여기서, 도 7에 예시된 바와 같이, 이웃하는 면발광 레이저 소자들(21) 간의 간격이 면발광 레이저(20)에 대한 발광 표면(P1)의 중심부로부터 주변부를 향해 수축되거나 좁아지도록 밀도 배치가 설정(비균일 간격을 위한 설정)된다. 이 방식으로, 조사 표면(P2) 상의 이미지가 주변부를 향해 늘어나는 정도(배율)가 커질수록, 대응하는 발광 표면(P1)측 상의 단위 면적 당 면발광 레이저 소자들(21)의 수가 커져서(배치의 밀도가 더 높음), 면발광 레이저 소자들(21)이 등거리로 배치되는 경우에 비해, 조사 표면(P2) 상의 조도 균일성이 향상된다.
본 실시예의 일례로서, 면발광 레이저 소자들(21)이 아래에서 설명되는 바와 같이 배치된다. 면발광 레이저(20)는, 수직 방향 및 수평 방향으로의 치수들 둘 다가 1.44 mm인 정사각형을 갖는 발광 표면(P1) 내에, 수직 방향 및 수평 방향으로 각각의 행/열 당 21개의 소자들을 갖는 총 411개의 면발광 레이저 소자들(21)을 포함한다. 수평 방향 및 수직 방향 둘 다에서의 중심 부분 내의 중심부에 있는 면발광 레이저 소자(21Q)(도 7을 보라)가 수평 방향 및 수직 방향 둘 다로 각각의 측부 상의 10개의 표면 레이저 발광 레이저 소자들(21)에 의해 둘러싸인다.
중심부 내의 면발광 레이저 소자(21Q)로부터 보면, 하나의 인접하게 배치된 면발광 레이저 소자(21)까지의 거리가 a1로 설정되고, 두번째로 배치된 면발광 레이저 소자(21)까지의 거리가 a2로 설정되며, n번째로 배치된 면발광 레이저 소자(21)까지의 거리가 an(n=1, 2, …m)으로 설정된다. 수평 방향으로의 각 행들 수직 방향으로의 열들에 배치될 수 있는 면발광 레이저 소자들(21)의 최대수가 N=2m+1(m
Figure pct00001
1)로 설정되고, 면발광 레이저 소자(21)가 배치될 수 있는 최대 거리가 b(am=b)로 설정되며, 거리 an은 다음의 관계를 만족시킨다.
an=b-α(N-1/2-n)β
본 실시예에서, N=21, b=0.7이며, N=10일 때 an=0.7 mm이다. 이 조건들 하에서, 조사 표면(P2) 상의 조도가 균일해지는 상수들 α, β에 대한 값들을 구할 때, 값들은 수평 방향 또는 수직 방향에 관계없이 α=0.05, β=1.15이다. 이때, 발광 표면(P1) 상의 가장 먼 외측 위치에 있는 면발광 레이저 소자(21)와 그에 인접한 내측 상의 면발광 레이저 소자(21) 사이의 거리는 수평 방향 또는 수직 방향에 관계없이 49.6 μm의 최소값을 갖는 간격이다. 인접한 면발광 레이저 소자들(21) 간에 중심부를 향해 간격이 점점 증가하고, 중심부 내의 면발광 레이저 소자(21Q)와 다음 외측 상의 면발광 레이저 소자(21) 사이의 간격(a1)이 80 μm의 최대값이다.
위에서 설명된 조건에 대한 밀도를 만족시키기 위한 밀도로 면발광 레이저 소자들(21)이 배치되었을 때의 조사 표면(P2) 상의 조도 분포가 조도 분포(Tw1)로서 도 6에 예시된다. 이 조도 분포(Tw1)를 면발광 레이저 소자들(21)이 등거리로 배치된 경우에 대한 조도 분포(Tv1)와 비교하면, 주변부 상의 강도에서의 강하가 조도 분포(Tw1)를 사용함으로써 향상되고 중심부로부터 주변부까지 전체적으로 균일한 조도가 또한 획득될 수 있다. 이 밀도 분포를 사용했을 때의 조도 분포(Tw)에 대해, 조도가 가장 강한 피크값의 80%의 조도와 균등한 수평 방향으로의 각도폭이 143도이다. 수평 방향으로의 조도 분포(Tw)가 도 6에 예시되지만, 면발광 레이저 소자들(21)의 밀도 배치로부터의 결과들로 주변부 상의 강도에서의 강하가 수평 방향과 동일하게 수직 방향으로 향상된다. 위에서 설명된 면발광 레이저 소자들(21)의 밀도 배치를 위한 조건들 및 수치값들은 본 실시예의 일례이며, 적절한 밀도 배치를 위한 조건들 및 수치값들이 광원, 광학 시스템 구조 또는 상태에 따라 변화할 것이다.
면발광 레이저 소자들(21)의 밀도 배치를 위한 적절한 값은 가령 투사 광학 시스템(15) 및 면발광 레이저(20)에 대한 사양들에 따라, 설계 스테이지에서 계산되고 설정될 수 있다. 환언하면, 투사 광학 시스템(15)에서의 수차가 설계 스테이지에서 공지되므로 수차에 의한 영향들로부터 발생되는 조사 영역에서의 조도 불규칙들이 또한 계산될 수 있다. 이때, 면발광 레이저(20)의 발광 표면(P1) 내에서, 발광 표면(P1)측 상의 면발광 레이저 소자들(21)의 더 높은 배치 밀도를 설정함으로써[인접한 면발광 레이저 소자들(21) 간의 간격을 좁힘으로써], 발광량이 단위 면적 당 증가될 수 있고, 투사되는 이미지가 조사 표면(P2) 상에서 상대적으로 늘어나는 조사 영역(단위 면적 당 낮은 조도를 갖는 조사 영역)에 대응하는 영역에 근접할수록 균일한 조도 분포가 획득될 수 있다. 설계를 위해 컴퓨터 상에서 시뮬레이션을 실행하고 투사 광학 시스템(15)의 광학 설계에 기초하여 면발광 레이저 소자들(21)의 밀도 배치를 계산함으로써, 투사 광학 시스템(15)에 대해 최적화된 면발광 레이저(20)가 측정 및 조정 일들을 수행하는 번거로움을 요하지 않고 달성될 수 있다.
면발광 레이저 소자들(21) 각각의 발광 강도를 변화시키지 않고 면발광 레이저 소자들(21)의 밀도 배치를 통해 조도 균일성이 달성될 수 있어서 면발광 레이저 소자들(21) 각각에 인가되는 전류의 양에서의 변화를 제어할 필요가 없다. 면발광 레이저(20)에의 전류를 제어할 수 있는 소형의 광원 구동 회로(16)가 따라서 달성될 수 있다.
조사 표면(P2) 상의 이미지에서 배럴 왜곡이 발생할 때, 핀쿠션 왜곡에 대한 도 7에 예시된 예시와는 달리, 면발광 레이저(20)의 발광 표면(P1)의 주변부보다는 중심부에 가까운 인접한 면발광 레이저 소자들(21)과의 간격을 좁히는 밀도 배치로 면발광 레이저 소자들(21)이 설정될 수 있다.
본 실시예에서, 인접한 면발광 레이저 소자들(21)의 간격이 각 수평 방향 및 수직 방향으로 상이한 단계적 배열들로 설정되지만, 인접한 면발광 레이저 소자들(21) 간의 균일한 간격의 면적, 및 인접한 면발광 레이저 소자들(21) 간의 상이한 간격의 면적을 포함하는 구조가 이용될 수 있다. 예를 들어, 인접한 면발광 레이저 소자들(21)에 대해 발광 표면(P1)의 중심부로부터 미리 결정된 범위까지 균일한 간격을 설정하고, 인접한 면발광 레이저 소자들(21)에 대해 발광 표면(P1)의 주변부 상에서만 상이한 간격을 설정하는 구조가 이용될 수 있다. 대안적으로, 인접한 면발광 레이저 소자들(21)에 대해 발광 표면(P1)의 주변부로부터 미리 결정된 범위까지 균일한 간격을 설정하고, 인접한 면발광 레이저 소자들(21)에 대해 발광 표면(P1)의 중심부에서만 상이한 간격을 설정하는 구조가 이용될 수 있다. 어느 정도 그리고 어느 면적에서 발광 표면(P1)의 간격을 설정하는가는 투사 광학 시스템(15)의 왜곡 수차로부터의 영향에 따라 필요에 따라 선택될 수 있다.
다음으로, 면발광 레이저(20)의 면발광 레이저 소자들(21)의 발광량들을 변화시킴으로써 실시되는 제 2 상태 조도 균일성이 설명된다. 이 설정 예시는, 면발광 레이저(20)로부터의 광이 투사 광학 시스템(15)에 의한 투사 동안 광각으로 넓혀져, 결과적으로 조사 표면(P2) 상의 이미지에서 핀쿠션 왜곡이 발생하는 경우를 다룬다. 인접한 면발광 레이저 소자들(21) 간의 간격이 고정된 간격으로 설정된다.
면발광 레이저(20)의 면발광 레이저 소자들(21) 각각에 대한 발광량이 동일하게 설정되었을 때의 조사 표면(P2) 상의 조도 분포가 조도 분포(Tv2)로서 도 8에 예시된다. 도 8 내의 그래프에서의 수평축은 수평 방향으로의 각도를 나타내고 수직축은 조사 표면(P2) 상의 조도비(가장 높은 조도를 갖는 위치의 비가 100%)를 나타낸다. 각각의 면발광 레이저 소자(21)에 대한 인가되는 전류 흐름량 및 전류 협착층(27)의 전류 통과 영역(27a)에 대한 양에 대한 공통 사이즈를 설정함으로써 면발광 레이저 소자들(21) 각각이 동일한 발광량을 가질 것이다.
각각의 면발광 레이저 소자(21)에 대해 동일한 발광이 설정되었을 때, 조도 분포(Tv2)는 투사 광학 시스템(15)에서의 왜곡 수차로부터의 영향으로 인해 조명 범위의 중심부에서 강도에서의 피크를 갖고 주변부를 향해 점점 약해지는 벨-형상 커브(bell-shaped curve)이다. 이 조도 분포(Tv2)에서, 조도가 가장 강한 피크값의 80%의 조도와 균등한 수평 방향으로의 각도폭이 57도이다.
이 실시예에서, 도 9에 예시된 바와 같이, 발광 표면(P1)이 수평 방향으로 5개의 영역들(F1 내지 F5)로 분할되고 각각의 영역에 면발광 레이저 소자들(21)에 대한 상이한 인가되는 전류량을 제공하도록 제어된다. 더 구체적으로, 발광 표면(P1)의 중심부에 있는 F1로부터 주변부 상의 위치들에 있는 영역들(F4, F5)을 향해 진행하면서 단계적으로 인가되는 전류의 양을 증가시킴으로써, 면발광 레이저 소자들(21) 각각으로부터 방출되는 광의 평균 출력이 발광 표면(P1)의 주변부에 근접할수록 높아진다. 이 방식으로, 조사 표면(P2) 상의 이미지가 주변부를 향해 늘어나는 정도가 커질수록, 면발광 레이저(20)의 대응하는 발광 영역에서의 단위 면적 당 발광량이 커져서, 각각의 면발광 레이저 소자(21)에 인가되는 전류량이 고정된 양일 때에 비해 조사 표면(P2) 상의 조도 균일성이 향상된다.
일례로서, 각각의 면발광 레이저 소자(21)에 대한 인가되는 전류량이, 중심부에 있는 영역(F1)에서 1 W, 영역(F1)의 하나의 외측 상의 영역(F2) 및 영역(F3)에서 1.06 W, 및 최외측 주변부 상의 영역(F4) 및 영역(F5)에서 1.29 W의 평균 출력들로 광이 방출되도록 설정된다. 전류 협착층(27)의 전류 통과 영역(27a)의 사이즈들이 인가되는 전류량에서의 차이들에 대응하는 영역(F1)에서 9 μm, 영역(F2) 및 영역(F3)에서 9.2 μm, 및 영역(F4) 및 영역(F5)에서 10 μm로 설정된다.
위에서 설명된 바와 같이 영역들(F1 내지 F5) 각각에 대해 인가되는 전류량이 설정되었을 때의 조사 표면(P2) 상의 조도 분포가 도 8에 조도 분포(Tw2)로서 예시된다. 조도 분포(Tw2)에서, 고정된 인가되는 전류량의 경우에 조도 분포(Tv2)에서 주변부 상의 강도에서의 강하가 향상되고, 조도가 가장 강한 피크값의 80%의 조도와 균등한 수평 방향으로의 각도폭이 85도이다.
조사 표면(P2) 상에서 배럴 왜곡이 발생할 때, 핀쿠션 왜곡을 다룬 설명한 위의 예시와 달리, 면발광 레이저 소자(21)에 인가되는 전류량이 면발광 레이저(20)에서 주변부측 상의 영역(F4) 및 영역(F5)으로부터 중심부측에 있는 영역(F1)을 향해 진행하면서 증가된다. 환언하면, 단위 면적 당 발광량이 중심부측에 있는 영역(F1)에서 커지도록 설정되고, 단위 면적 당 발광량이 주변부측 상의 영역(F4) 및 영역(F5)에서 작아지도록 설정된다.
각각의 면발광 레이저 소자(21)에 대한 인가되는 전류량이 광원 구동 회로(16)로부터의 제어에 의해 변경될 수 있고 따라서 광원 디바이스(11)의 완성 후에 조도 분포의 동적 조정이 수행될 수 있다.
위의 방법은 각각의 면발광 레이저 소자(21)에 인가되는 전류량을 변경하는 방법이지만, 각각의 면발광 레이저 소자(21)에 인가되는 전류량을 고정된 값으로 설정한 후 전류 협착층(27)의 전류 통과 영역(27a)의 사이즈만 변경하는 것에 의해서도, 각각의 면발광 레이저 소자(21)의 발광량이 변경될 수 있고 조사 표면(P2) 상의 균일한 조도의 효과가 획득된다. 전류 통과 영역(27a)의 사이즈를 감소시킴으로써, 면발광 레이저 소자(21)의 발진 문턱치가 낮아져 상대적으로 큰 사이즈의 전류 통과 영역(27a)을 갖는 면발광 레이저 소자(21)에 비해, 고정된 전류량이 인가되었을 때 방출되는 광의 평균 출력이 커진다. 따라서, 발광 표면(P1) 내에서, 광 강도의 증가를 요하는 위치에 면발광 레이저 소자(21)가 더 많을수록, 전류 통과 영역(27a)의 사이즈가 작아진다. 그러나, 전류 통과 영역(27a)의 사이즈는 각각의 면발광 레이저 소자(21)의 전극 구조에 따라 선택가능한 범위에 의해 결정되므로 적용가능한 범위 내에서 설정들이 이루어져야 한다.
본 실시예에서, 발광 표면(P1)이 수평 방향으로 5개의 영역들(F1 내지 F5)로 분할되고 각각의 영역에 면발광 레이저 소자들(21)에 대한 상이한 광방출량들을 제공하도록 제어된다. 본 실시예와 달리, 수직 방향으로 복수의 영역들로 그룹화된 면발광 레이저 소자들(21)의 발광량이 제어될 수 있거나, 또는 수평 방향 및 수직 방향 둘 다로 타일 유형들로 분리된 각각의 영역에서의 면발광 레이저 소자들(21)의 발광량이 제어될 수 있다. 또한, 면발광 레이저 소자들(21)에 대한 상이한 범위들에서 타일(박스) 형상 이외의 형상이 설정될 수 있다. 또한, 적은 수의 면발광 레이저 소자들(21)이 있는 경우들에서도, 면발광 레이저 소자들(21) 모두가 상이한 발광량들로 제어될 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 면발광 레이저 소자들(21)의 간격을 변경(조밀한 배치로 설정)하는 제 1 방법(도 6, 도 7), 및 면발광 레이저 소자들(21)의 발광 강도들을 변경하는 제 2 방법(도 8, 도 9)의 병용(joint use)에 의해, 조사 영역에서 조도 균일화가 수행될 수 있다.
도 10 및 도 11은 발광 표면(P1) 상에 면발광 레이저 소자(21)의 설정 범위를 설정함으로써, 조사 표면(P2) 상의 조사 영역의 형상을 변경하는 예시들을 예시한다. 이 설정 예시들은, 투사 광학 시스템(15)이 면발광 레이저(20)로부터의 광의 각도를 넓혀 이를 광각으로 투사하게 한, 조사 표면(P2) 상의 이미지에서의 핀쿠션 왜곡의 발생을 다룬다.
도 11a는, 전체 직사각형 발광 표면(P1) 위에 면발광 레이저 소자들(21)이 배치되었을 때의 경우에서의 조사 표면(P2) 상의 조명 영역을 예시한다. 도 11a에 대응하는 발광 표면(P1)측 상의 구조가 도면으로부터 생략되지만, 도 7에 예시된 구조와 동일하게, 면발광 레이저 소자들(21) 각각에 대한 간격이 발광 표면(P1)의 중심부에서 넓어지고 주변부에서 수축되는 밀도 배치로 형성된다.
조도에서의 큰 차이가 발생하는 경계부의 개념도가 이점 쇄선(two-dot chain line)으로 도 11a에 예시되고 외형 라인(K1)이 조명 영역의 대략적인 외측 외형이다. 이 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 투사 광학 시스템(15)으로부터의 왜곡 수차의 영향으로 인해 조사 표면(P2)의 주변 영역들에서의 특히 4개의 코너부들 부근에서의 조사 영역에서 왜곡이 커지고 있다.
도 10에서, 면발광 레이저(20)의 직사각 발광 표면(P1) 상에서, 4개의 코너부들에서의 영역들은 면발광 레이저 소자들(21)이 설치되지 않은 비발광 영역들(H1)이고, 면발광 레이저 소자들(21)에 의해 형성된 발광 영역은 모두 타원형들로서 설정된다. 타원형들로서 설정된 발광 영역들[면발광 레이저 소자들(21)이 배치된 영역]에서, 면발광 레이저 소자들(21) 사이의 간격이 발광 표면(P1)의 중심부에서 더 넓고 주변부를 향해 좁도록 밀도 배치가 배열된다. 비발광 영역들(H)은 도 5에 도시된 바와 같은 면발광 레이저 소자들(21)에 대한 물리적 구조를 갖지 않는 구조를 이용할 수 있거나, 또는 면발광 레이저 소자들(21)을 포함할 수 있지만 이들을 광을 방출하는 소자들로서 제어할 필요는 없다.
도 11b는 면발광 레이저 소자(21)에 대한 설치 범위가 타원형으로 설정되었을 때의(도 10) 조사 표면(P2) 상의 조도를 예시한다. 도 11a와 동일하게 큰 차이가 발생하는 경계부가 2점 쇄선을 사용하여 개념도로서 예시되고, 외형 라인(K2)이 조명 영역의 대략적인 외측 외형이다. 발광 표면(P1)의 4개의 코너부들을 비발광 영역들(H)로 설정함으로써, 도 11a와 같은 조사 표면(P2)의 4개의 코너 영역들에서의 조사에서의 큰 왜곡을 갖지 않는 거의 직사각형[외형 라인(K2)]의 조사 영역이 형성된다. 왜곡 수차로 인해 이미지가 크게 늘어난 주변부에 대응하는 영역들이 발광 표면(P1)에서 비발광 영역들(H)로 설정되어, 조사 영역의 주변부 상의 조도에서의 변화들이 억제된다.
이 방식으로 발광 표면(P1) 및 조사 표면(P2)이 대응하는 관계를 가져서 발광 표면(P1)측 상에 면발광 레이저 소자들(21)을 배치하기 위한 설정의 범위를 변경함으로써, 조사 표면(P2) 상의 조사 영역의 형상이 변경될 수 있다. 따라서, 거리 측정 디바이스(도 1)에서, 광검출기(13)의 형상에 대응하는 조사 영역을 형성하기 위해 광원 디바이스(11)로부터 광을 방출함으로써, 불필요한 영역 상으로의 조사가 회피될 수 있고 광의 이용 효율이 향상될 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 본 발명이 적용된 광원 디바이스(11)에서, 투사 광학 시스템(15)에서의 수차들로부터의 영향들에 의해 유발되는 조도에서의 불규칙들을 감소시키기 위해 면발광 레이저(20)의 발광 영역들에서의 단위 면적 당 발광량이 조사 영역에 따라 변경된다. 이 방식으로, 조사하기 위한 대상물 상으로 광각 광을 투사하는 것 및 조도 균일성 둘 다를 위해 만족스러운 고품질 광원 디바이스(11)가 획득될 수 있다. 광원 디바이스(11)로부터 뛰어난 조도 균일성을 갖는 광을 투사함으로써, 광원 디바이스(11)를 이용하는 거리 측정 디바이스(10)(또는 거리 측정 이외의 응용들을 포함하는 범용 디바이스)에서의 검출 정확도가 향상될 수 있다.
위에서 설명된 광원 디바이스(11)를 다양한 유형들의 전자 장치들에 적용한 예시들이 도 12 내지 도 16을 참조하면서 설명된다. 이 적용 예시들에 대한 검출 디바이스(50)는, 도 1에 예시된 거리 측정 디바이스(10)의 신호 제어 회로(17)의 일부가 각 후술되는 기능 블록들로 대체된 검출 디바이스이며, 기본 구조의 다른 부분들은 거리 측정 디바이스(10)와 공통이다. 검출 디바이스(50)에서, 도 1에 예시된 광검출기(13)는 광원 디바이스(11)로부터 방출되고 검출 타겟 대상물(12) 상에서 반사된 광을 검출하는 결정부이다. 도 12 내지 도 16에서, 검출 디바이스(50)의 결정부 등을 포함하는 기능 블록들이 도면들을 만드는데에서의 편의성의 목적들을 위해 검출 디바이스(50)의 외측 상에 예시된다.
도 12는 공장 등에서의 물품들의 검사에 검출 디바이스(50)를 적용하는 예시를 예시한다. 검출 디바이스(50)의 광원 디바이스(11)로부터 방출된 광이 복수의 물품들을 커버하는 조사 영역 상에 투사되고 반사된 광이 검출기부[광검출기(13)]에 의해 수신된다. 검출기부에 의해 검출된 정보에 기초하여 결정부(52)가 각각의 물품의 상태를 결정한다. 구체적으로, 광검출기(13)에 의해 광전 변환된 전기 신호들에 기초하여 이미지 프로세서(53)가 이미지 데이터[광원 디바이스(11)로부터의 광에 의한 조사 영역의 이미지 데이터]를 생성하고, 획득된 이미지 정보에 기초하여 결정부(52)가 각각의 물품들(51)의 상태를 결정한다. 환언하면, 검출 디바이스(50)의 수광 광학 시스템(18) 및 광검출기(13)가 광원 디바이스(11)로부터의 광에 의한 투사되는 영역을 캡처하는 이미징 수단으로서 기능한다. 캡처된 이미지 정보에 기초하여 물품(51)의 상태를 결정하기 위해 패턴 매칭과 같은 공지된 이미지 분석 기술들이 결정부(52)에 의해 이용될 수 있다.
도 12 내의 응용예에서, 조사 영역 상에 균일한 조도로 광을 투사할 수 있는 검출 디바이스(50)[광원 디바이스(11)]를 이용하는 것이 광각으로 광을 방출할 때에도 조도에서의 불규칙들을 억제할 수 있다. 결과적으로, 수많은 물품들(51)이 우수한 정확성으로 동시에 검사될 수 있고 검사의 작업 효율이 향상될 수 있다. TOF(time-of-flight) 방법에 의해 검출을 수행하는 검출 디바이스(50)를 이용하는 것은 각각의 물품(51)의 깊이 방향뿐만 아니라 각각의 물품(51)의 전방측[검출 디바이스(50)를 향하는 측]에서의 정보를 획득하는 것을 허용한다. 따라서, 기존의 이미지 캡처 디바이스에 의한 외관 검사(visual inspection)에 비해, 물품(51) 각각 상의 미세한 흠집(scratch)들 및 결함(fault)들, 및 3차원 형상 등이 쉽게 식별될 수 있고 검사 정확성이 향상된다. 검출 디바이스(50)의 광원 디바이스(11)로부터의 광이 검사를 위한 타겟인 물품(51)을 포함하여 조사 영역을 조명할 수 있고 따라서 어두운 환경들에서도 사용될 수 있다.
도 13은 가동 디바이스의 동작을 제어하는 것에 검출 디바이스(50)를 적용하는 예시를 예시한다. 가동 디바이스로서 역할하는 관절 암(articulate arm)(54)이 구부릴 수 있는 조인트들에 의해 연결된 복수의 암들을 포함하고 암의 팁(tip)에 핸드부(55)를 포함한다. 관절 암(54)은 예를 들어 공장들에서 조립 라인들 상에 이용되고, 핸드부(55)가 타겟 물품(56)의 검사, 운반, 또는 조립 동안 타겟 물품(56)을 파지한다.
관절 암(54) 상의 핸드부(55) 바로 근방에 검출 디바이스(50)가 마운팅된다. 검출 디바이스(50)는, 광 투사 방향이 핸드부(55)가 향하는 방향과 매칭되도록 설치되고, 타겟 물품(56) 및 주변 영역이 검출 타겟으로서 설정된다. 검출 디바이스(50)는 타겟 물품(56)을 포함한 조사 영역으로부터의 반사된 광을 광검출기(13)에서 수신하고, 이미지 프로세서(57)에서 이미지 데이터를 생성(이미지 캡처를 수행)하며, 결정부(58)에서 타겟 물품(56)에 관한 다양한 유형들의 정보를 결정한다. 구체적으로, 검출 디바이스(50)를 이용함으로써 검출된 정보는 타겟 물품(56)까지의 거리, 타겟 물품(56)에 대한 형상, 타겟 물품(56)에 대한 위치, 및 복수의 타겟 물품들(56)이 존재할 때의 상호 위치 관계 등이다. 이어서 구동 제어기(59)가 타겟 물품(56)을 파지하고 이동시키는 등을 위해 결정부(58)에서의 결정 결과들에 기초하여 관절 암(54) 및 핸드부(55)의 동작을 제어한다.
도 13에서의 응용예는, 검출 디바이스(50)에 의해 타겟 물품(56)을 검출하는 것에 관한 위에서 설명된 도 12에서의 검출 디바이스(50)와 동일한 효과들(향상된 검출 정확도)을 이룰 수 있다. 또한, 관절 암(54) 상에[특히, 핸드부(55) 바로 근방에] 검출 디바이스(50)를 마운팅함으로써, 파지를 위한 타겟 물품(56)이 근거리 떨어져 검출될 수 있고, 관절 암(54)으로부터 떨어진 위치로부터 이미지 캡처 디바이스에 의해 원격으로 수행되는 검출에 비해 검출 정확성 및 인식 정확성이 향상될 수 있다.
도 14는 전자 장치의 사용자를 인증하기 위해 검출 디바이스(50)를 이용하는 응용예를 예시한다. 전자 장치로서 역할하는 휴대용 정보 단말기(60)가 사용자에 대한 인증 기능을 포함한다. 인증 기능은 전용 하드웨어에 의해 달성될 수 있거나 또는 판독 전용 메모리(read only memory; ROM)에서와 같이 프로그램을 실행하는 휴대용 정보 단말기(60)를 제어하는 중앙 프로세싱 유닛(central processing unit; CPU)으로 달성될 수 있다.
사용자의 인증 동안, 휴대용 정보 단말기(60)에 설치된 검출 디바이스(50)의 광원 디바이스(11)로부터의 광이 휴대용 정보 단말기(60)를 사용하는 사용자(61)를 향해 투사된다. 검출 디바이스(50)의 광검출기(13)가 사용자(61) 및 주변부로부터 반사된 광을 수신하고, 이미지 프로세서(62)가 이미지 데이터를 생성한다(이미지 캡처를 수행한다). 결정부(63)가, 검출 디바이스(50)에 의해 사용자(61)의 이미지를 캡처한 것으로부터의 이미지 정보가 미리 등록된 사용자 정보와 매칭하는 일치도(coincidence)를 결정하고, 사용자(61)가 등록된 사용자인지 아닌지의 여부를 판정한다. 구체적으로, 사용자(61)의 얼굴, 귀, 머리의 외형(프로파일 및 불규칙들)이 측정되고 사용자 정보로서 이용될 수 있다.
도 14에서의 응용예는 검출 디바이스(50)에 의해 사용자(61)를 검출하는 것에 관해 위에서 설명된 도 12에서의 검출 디바이스(50)와 동일한 효과(검출 정확도 향상)를 달성할 수 있다. 특히, 균일한 조도 및 광각으로 광원 디바이스(11)로부터 광을 투사함으로써 사용자(61)에 대한 정보가 광범위에 걸쳐 검출될 수 있어서 검출 범위가 좁을 때에 비해 사용자에 대한 큰 양의 정보가 획득될 수 있고 인증 정확도가 향상될 수 있다.
도 14 내의 예시에서, 검출 디바이스(50)가 휴대용 정보 단말기(60)에 설치되지만, 데스크탑 개인용 컴퓨터들 및 프린터들, 및 건물들에 대한 보안 시스템들 등과 같은 사무용 자동 장치에 검출 디바이스(50)를 설치하고 설치된 검출 디바이스(50)를 이용함으로써 사용자의 인증이 또한 달성될 수 있다. 기능적 양태가 개인을 인증하는 것에 제한되는 것은 아니며 얼굴과 같은 3차원 형상을 스캐닝하기 위해 이용될 수 있다. 이 경우, 광각에 걸쳐 균일한 조도로 광을 방출할 수 있는 검출 디바이스(50)[광원 디바이스(11)]를 설치하는 것이 높은 정확성의 스캐닝을 달성할 수 있다.
도 15는 차량과 같은 이동 유닛들 내의 운전 지원 시스템에서 검출 디바이스(50)를 이용하는 응용예를 예시한다. 차량(64)은 감속 및 조향과 같은 운전 동작들의 일부를 자동으로 수행할 수 있는 운전 지원 기능을 포함한다. 운전 지원 기능은 전용 하드웨어에 의해 구현될 수 있거나 또는 ROM과 같은 프로그램을 실행하는 차량(64)의 전기 시스템을 제어하기 위한 전자 제어 유닛(electronic control unit; ECU)에 의해 구현될 수 있다.
차량(64) 차내에 설치된 검출 디바이스(50)용 광원 디바이스(11)가 차량(64)을 운전하는 운전자(65)를 향해 광을 방출한다. 검출 디바이스(50)의 광검출기(13)가 사용자(65) 및 주변부로부터 반사한 광을 수신하고, 이미지 프로세서(66)가 이미지 데이터를 생성한다(이미지 캡처를 수행한다). 결정부(67)가 운전자(65)를 캡처함으로써 획득된 이미지 정보에 기초하여 사용자(65)의 얼굴(표정) 또는 자세와 같은 정보를 결정한다. 구동 제어기(68)가 이어서 결정부(67)로부터의 결정 결과들에 기초하여 브레이킹 및 조향을 제어하고 운전자(65)의 상태에 따라 적절한 운전 지원을 수행한다. 예를 들어, 도로에서 눈을 떼는 운전자가 검출되거나 운전 중 졸음이 검출되었을 때, 구동 제어기(68)가 차량 속도를 자동으로 감소시키거나 차량을 자동으로 정지시킬 수 있다.
도 15에서의 응용예는 검출 디바이스(50)에 의해 운전자(65)의 상태를 검출하는 것에 관해 위에서 설명된 도 12에서의 검출 디바이스(50)와 동일한 효과(검출 정확도 향상)를 달성할 수 있다. 특히, 균일한 조도 및 광각으로 광원 디바이스(11)로부터 광을 투사함으로써 운전자(65)에 대한 정보가 광범위에 걸쳐 검출될 수 있어서 검출 범위가 좁을 때에 비해 큰 양의 정보가 획득될 수 있고, 운전 지원의 정확도가 향상된다.
도 15는 차량(64)에 마운팅된 검출 디바이스(50)를 예시하는 예시이지만, 검출 디바이스(50)는 열차 및 항공기와 같은 차량 이외의 이동 유닛들에도 적용가능하다. 운전자 및 조종자의 얼굴 및 자세를 검출하는 것 외에, 검출을 위한 타겟들은 각각의 좌석에서의 승객의 상태 또는 승객 좌석 이외의 차량 내의 상태도 또한 포함할 수 있다. 기능적 양태는 도 14의 응용예에서와 동일한 운전자의 개인 인증을 이용할 수도 있다. 예를 들어, 엔진을 스타트하는 것, 도어락을 잠그거나 도어락을 잠금해제하는 것을 허용하는 제어가 검출 디바이스(50)를 이용함으로써 운전자(65)를 검출하고 미리 등록된 운전자 정보와의 매칭을 결정하는 것에 의해 구현될 수 있다.
도 16은 이동 유닛 내의 자율 주행 시스템에서의 검출 디바이스(50)의 사용을 예시하는 응용예이다. 도 15에서의 응용예와 달리, 도 16에 주어진 응용예는 이동 유닛(70) 외부에 있는 타겟 대상물들의 감지에서 검출 디바이스(50)를 이용한다. 이동 유닛(70)은 자율 주행 동안 외부 상황들을 인식할 수 있는 자율 주행 유형 이동 유닛이다.
이동 유닛(70)에 검출 디바이스(50)가 설치된다. 검출 디바이스(50)는 이동 유닛(70)의 전진 방향 및 주변 영역에 광을 방출한다. 이동 유닛(70)의 이동 영역으로서 역할하는 룸 내부(71) 내에, 이동 유닛(70)의 전진 방향에 데스크(72)가 배치된다. 이동 유닛(70)에 설치된 검출 디바이스(50)의 광원 디바이스(11)로부터 투사된 광 중에서, 데스크(72) 및 그 주변부로부터 반사된 광이 검출 디바이스(50)의 광검출기(13)에서 수신되고, 광전 변환된 전기 신호가 신호 프로세서(73)에 전송된다. 신호 프로세서(73)는 광검출기(13)로부터 전송된 전기 신호들에 기초하여 데스크(72)까지의 거리, 데스크(72)의 위치, 및 데스크(72) 이외의 주변 상태와 같은 룸 내부(71) 레이아웃에 관한 정보를 내부적으로 계산한다. 결정부(74)가 이 계산된 정보에 기초하여 이동 유닛(70)의 이동 경로 및 이동 속력을 결정하고, 구동 제어기(75)가 결정부(74)로부터의 결정 결과들에 기초하여 이동 유닛(70)의 주행(구동력으로서 역할하는 모터의 동작)을 제어한다.
도 16 내의 응용예에서, 검출 디바이스(50)는 검출 디바이스(50)에 의한 룸 내부(71)에서의 레이아웃 검출에 관하여 위에서 설명된 도 12에서의 검출 디바이스(50)와 동일한 효과(향상된 검출 정확도)를 달성할 수 있다. 특히, 균일한 조도 및 광각으로 광원 디바이스(11)로부터 광을 투사함으로써 룸 내부(71)에 대한 정보가 광범위에 걸쳐 검출될 수 있어서 검출 범위가 좁을 때에 비해 큰 양의 정보가 획득될 수 있고, 이동 유닛(70)의 자율 주행의 정확도가 향상될 수 있다.
도 16은 룸 내부(71)에서 주행하는 자율 주행 유형 이동 유닛(70)에 검출 디바이스(50)를 설치한 예시이지만, 검출 디바이스(50)는 실외 자율 주행 유형 차량들(소위 자율 주행 차량들)에도 적용될 수 있다. 검출 디바이스(50)는 자율 주행 유형뿐만 아니라 운전자에 의해 운전되는 차량들과 같은 이동 유닛들 내의 운전 지원 시스템에도 적용될 수 있다. 이 경우, 검출 디바이스(50)를 이용하는 것은 이동 유닛의 주변 상태를 검출하는 것을 허용하고, 검출된 주변 상태에 따라 운전자에 의한 운전을 지원하는 것을 허용한다.
본 발명이 나타낸 실시예에 기초하여 위에서 설명되었지만, 본 발명이 위에서 설명된 실시예들에 의해 제한되는 것은 아니며 본 발명의 사상 및 범위 내의 모든 방식의 변형예들 및 향상예들을 포함할 수 있다.
위에서 설명된 실시예에서, 광원으로서 수평 방향으로 그리고 수직 방향으로 면발광 레이저 소자들(21)을 배열함으로써 전체 표면 발광을 위해 면발광 레이저(20)가 이용되지만, 수평 방향 또는 수직 방향과 같은 특정 방향으로만 발광 영역을 갖는 라인 유형 광원도 이용될 수 있다.
위에서 설명된 실시예의 VCSEL 외에, 에지 발광 레이저들 및 발광 다이오드(light emitting diode; LED)들이 광원으로서 이용될 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, VCSEL은 2차원 발광 영역을 형성하고 발광 영역들의 배치에서 높은 자유도를 허용하는 점들에서 이점들을 갖지만, VCSEL 외의 광원들이 이용될지라도, 각각의 발광 소자의 발광 강도 및 배치를 적절히 설정함으로써 위에서 설명된 실시예와 동일한 효과가 획득될 수 있다.
10: 거리 측정 디바이스 11: 광원 디바이스
13: 광검출기(검출기부) 14: 광원
15: 투사 광학 시스템 16: 광원 구동 회로
17: 신호 제어 회로(계산부) 18: 수광 광학 시스템
20: 면발광 레이저(광원) 21: 면발광 레이저 소자(발광기)
27: 전류 협착층 30: 집광 렌즈(집광 광학 소자)
31: 투사 렌즈(확대 광학 소자) 50: 검출 디바이스
54: 관절 암(전자 장치) 60: 포터블 정보 단자(전자 장치)
64: 차량(전자 장치) 70: 이동 유닛(전자 장치)
80: 제 1 위치 조정자 81: 제 2 위치 조정자
82: 제 3 위치 조정자 E1: 조사 영역
E2: 비조사 영역 E3: 완전 조사 영역
H: 비발광 영역 P1: 발광 표면
P2: 조사 표면

Claims (16)

  1. 광원 디바이스에 있어서,
    복수의 발광기(light emitter)들을 포함하는 광원; 및
    상기 광원으로부터 방출된 광을 방출하도록 구성된 투사 광학 시스템(projection optical system)
    을 포함하고,
    상기 투사 광학 시스템의 배율(magnification)이 상대적으로 큰 조사 영역에 대응하는 상기 광원의 발광 영역에서의 단위 면적 당 발광량이, 상기 투사 광학 시스템의 배율이 상대적으로 작은 조사 영역에 대응하는 발광 영역에서의 단위 면적 당 발광량보다 큰 것인, 광원 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 광원의 적어도 일부에서, 상기 복수의 발광기들 중 인접한 발광기들 사이의 간격이 상이한 것인, 광원 디바이스.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 광원의 적어도 일부에서, 발광기의 발광량이 상이한 것인, 광원 디바이스.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 발광기들에 인가되는 전류량들이 동일한 것인, 광원 디바이스.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조사 영역의 주변부(periphery)에서의 상기 투사 광학 시스템의 배율이 중심부에서의 배율보다 크고,
    상기 조사 영역의 주변부에 대응하는 발광 영역에서의 단위 면적 당 발광량이, 상기 조사 영역의 중심부에 대응하는 발광 영역에서의 단위 면적 당 발광량보다 큰 것인, 광원 디바이스.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투사 광학 시스템은,
    상기 광원으로부터 방출된 광의 발산 각도(divergence angle)를 억제하도록 구성된 집광 광학 소자(light condensing optical element); 및
    상기 집광 광학 소자를 통해 투과된 광의 발광 각도를 확대시키고, 상기 광을 방출하도록 구성된 확대 광학 소자
    를 포함하는 것인, 광원 디바이스.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 집광 광학 소자를 상기 광원에 또는 상기 확대 광학 소자에 대해 이동시키도록 구성된 제 1 위치 조정자(position adjuster)를 더 포함하는, 광원 디바이스.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 위치 조정자는, 상기 집광 광학 소자의 위치를 적어도 광학축 방향으로 조정할 수 있는 것인, 광원 디바이스.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 확대 광학 소자를 상기 광원에 또는 상기 집광 광학 소자에 대해 이동시키도록 구성된 제 2 위치 조정자를 더 포함하는, 광원 디바이스.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 2 위치 조정자는, 상기 확대 광학 소자의 위치를 적어도 광학축 방향으로 조정할 수 있는 것인, 광원 디바이스.
  11. 제 6 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광원을 상기 투사 광학 시스템에 대해 이동시키도록 구성된 제 3 위치 조정자를 더 포함하는, 광원 디바이스.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제 3 위치 조정자는, 상기 광원의 위치를 적어도 상기 광학축에 수직인 방향으로 조정할 수 있는 것인, 광원 디바이스.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광원은, 수직 공진기 면발광 레이저(vertical resonator surface emission laser), 에지-발광 레이저(edge-emitting laser), 또는 발광 다이오드 중 어느 것인 것인, 광원 디바이스.
  14. 검출 디바이스에 있어서,
    제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 광원 디바이스; 및
    상기 광원 디바이스로부터 방출되고 타겟 대상물(target object)에서 반사된 광을 검출하도록 구성된 검출부
    를 포함하는, 검출 디바이스.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 검출부로부터의 신호에 기초하여 상기 타겟 대상물까지의 거리에 관한 정보를 획득하도록 구성된 계산기를 더 포함하는, 검출 디바이스.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 따른 검출 디바이스로부터 정보를 수신하도록 구성된 전자 장치에 있어서, 상기 전자 장치는, 상기 검출 디바이스로부터의 정보에 기초하여 상기 전자 장치를 제어하도록 구성된 제어기를 포함하는 것인, 전자 장치.
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