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광전 센서를 사용할 때 대상 물체에 따라 다양한 스폿을 적용해야 한다는 것을 알 수 있습니다. (그물망, 투명체 등)
센서를 제작할 때 엔지니어는 어떻게 광원의 형태를 우리가 원하는 대로 만들 수 있나요?
광원 형태 제작 원리
광원의 형태 조정은 다양한 광학 부품과 기술을 적용하여 광선의 위상과 진폭 분포를 조정하여 스팟의 모양, 크기 및 분포를 정밀하게 제어하는 것을 말합니다.
스팟 형성 방법
스팟 형성 방법은 일반적으로 기하학적 광학 방법과 물리적 광학 방법의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 전자는 기하학적 광학의 관점에서 시작하여 입사광선을 에너지를 운반하는 빛의 클러스터로 간주합니다. 광학 요소를 통과한 후 빛의 방향이 편향되어 최종적으로 대상 표면에 특정 조도 분포를 생성합니다. 기하학적 광학 방법은 종종 연속적인 광학 자유형 표면을 처리하기 쉽지만 많은 경우 회절 효과가 대상 표면 조도 분포의 정확도에 큰 영향을 미칩니다.
이미지에서 곡면은 빛이 반사되는 표면을 나타냅니다. 각 방법은 빛이 이 곡면에 부딪혀 반사될 때 어떻게 이미지가 형성되는지를 보여줍니다.
- Geometric Optics Method (OT): 빛의 경로를 단순한 직선으로 가정하여 반사를 계산합니다. 결과적으로 이미지가 흐릿하게 나타납니다.
- Composite Method (OTMOC): 여러 광학 기술을 결합하여 빛의 파동 특성과 복잡한 반사 효과를 고려합니다. 이로 인해 이미지가 가장 선명하게 보입니다.
- Traditional Physical Optics Method (GS): 물리광학을 사용하여 빛의 파동 특성을 반영합니다. 이미지가 비교적 선명하게 나타나지만 Composite Method보다는 덜 정교합니다.
각 방법은 빛이 곡면에 반사되어 이미지를 형성하는 과정을 다르게 시뮬레이션하여 다양한 수준의 이미지 품질을 제공합니다.
일반적 스팟 형성 기술
- 렌즈 시스템 볼록 및 오목 렌즈를 사용하여 빔의 초점과 확장을 조정하여 광점의 크기와 모양에 영향을 미칩니다.
- 광원 칩의 모양 광원 발광 칩의 모양을 특수하게 설계하고 이미징 렌즈를 사용하여 이미지화하여 목표 모양의 광점을 얻습니다.
- 광학 렌즈 어레이 광학 렌즈 어레이는 레이저 빔을 여러 개의 서브 빔으로 분할하여 광점의 배열을 형성한 다음 이미징 렌즈로 이미지화하여 스팟 모양을 형성합니다.
- 격자 격자는 회절의 원리를 이용해 광파의 위상과 진폭을 조정하여 광점을 형성합니다. 구조와 주기가 다른 격자는 다양한 모양의 광점을 생성할 수 있습니다.
- 공간 필터 공간 필터는 공간에서 광파의 전파 특성을 조정하고, 다른 주파수에서 빛의 상대적 강도를 변경하며, 광점의 모양에 영향을 줍니다.
- Bessel Beam (a):
- 특징: 회절 없이 직진하는 특성을 가집니다.
- 이미지 설명: 중앙에 밝은 점과 주변에 동심원 패턴이 나타납니다.
- Airy Beam (b):
- 특징: 곡선 경로로 이동하며 회절 없이 진행할 수 있습니다.
- 이미지 설명: 빔이 곡선을 그리며 진행하는 모습이 보입니다.
- Laguerre-Gaussian Beam (c):
- 특징: 위상 나선형을 가지며, 회전 대칭적인 모양을 가집니다.
- 이미지 설명: 중앙에 어두운 점과 주변에 나선형 패턴이 나타납니다.
이 빔들은 각각 다른 물리적 특성과 응용 가능성을 가지고 있으며, 다양한 광학 실험과 기술에 사용됩니다.