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최신 Tech Talk에서 Synopsys의 Thomas Tessnow는 Micro-Lens Array (MLA)를 사용하여 Light Carpet Projector를 설계하는 방법에 대해 이야기했습니다. 그는 Symbol Projector나 Light Carpet과 같은 차량용 프로젝션 애플리케이션에서 MLA가 어떻게 활용되는지 시연했습니다.
본 포스팅에서는 LucidShape 소프트웨어의 Macro Focal Lens Tool과 최적화를 위한 Optimizer를 사용하여 Lens Array를 설계하는 과정을 간략하게 설명합니다. MLA는 두가지 이상의 재질로 만들어지기 때문에 여러 재질의 렌즈로 인한 문제를 해결할 수 있는 기능을 포함합니다. 여기에는 최소한의 추가 CAD 작업으로 많은 수의 Mask 이미지를 생성하는 Mask Calculation Method도 포함됩니다.
Figure 1: Light Carpet 예시
(© Driving Vision News 2022)
Micro Lens Arrays in Automotive Projection Applications
자동차 애플리케이션에서의 Micro-Lens Array
간략하게는 MLA라고도 불리는 Micro-Lens Array는 일반적으로 직경 1mm 이하의 작은 렌즈 어레이입니다. 이러한 어레이는 대개 글래스 기판과 각 면의 플라스틱 렌즈 어레이로 구성됩니다. 주로 자동차 산업에서 Symbol Projector나 Light Carpet과 같은 프로젝션 애플리케이션에 사용됩니다. 작은 크기와 타겟 면에 이미지를 투사할 수 있는 기능 덕분에 이러한 애플리케이션에 이상적입니다.
MLA는 반도체 스타일의 웨이퍼 배치 공정으로 제작된 후 개별 조각으로 절단됩니다. 이 공정을 통해 렌즈에서 투사된 이미지가 모두 원거리에서 중첩되기 때문에 광학 장치와 Mask 사이의 높은 배치 정확도 (Alignment Accuray)가 매우 중요한 요소가 될 수 있습니다.
Designing the Optics for the MLA
MLA를 포함한 광학 시스템 설계
MLA를 포함한 광학 시스템의 설계 프로세스는 LucidShape를 사용할 경우에 더욱 자세히 알 수 있습니다. LucidShape을 사용할 경우 하나의 렌즈를 설계하고 직사각형 패턴을 자동으로 생성할 수 있습니다. 렌즈 어레이의 크기와 간격을 MF-Lens dialog에서 쉽게 변경할 수 있는 장점이 있습니다.
아래에 각 렌즈의 크기가 1x1mm인 5x5 렌즈 어레이를 예로 들어 프로세스를 설명하겠습니다. 렌즈 레이어는 0.2mm 두께의 플라스틱으로 만들어지며, 3mm 두께의 글라스 레이어로 이루어져 있습니다. Mask는 플라스틱 렌즈 소재 내부의 글라스 레이어 위에 있습니다.
Figure 2: Mask를 포함한 5x5 Micro Lens Array가 바닥에 Symbol을 투사하는 예시
Calculating and Processing a Mask Surface
Mask 면 계산 및 처리
광학 장치를 설계하고 사용 가능한 투사 영역을 정의한 후 이미지를 선택하고 해당 이미지의 Mask를 계산합니다. 여기에는 LucidShape 좌표계에서 원하는 이미지의 모양으로 CAD 면을 만드는 작업이 포함됩니다. 그런 다음 이 면을 LucidShape로 가져와 광선 파일 센서를 부착합니다.
광선 추적이 실행되고 이미지 면에 도달하는 모든 광선이 수집됩니다. 광선이 반전되어 마스크 면에 도달할 때까지 광선이 역추적 됩니다. 마스크 면의 조도 센서가 lux 분포를 수집한 다음 면으로 전환하여 CAD로 내보냅니다. 내보낸 면을 사용 가능한 마스크 면으로 처리한 후 LucidShape으로 다시 가져와 시뮬레이션을 통해 검증합니다.
Figure 3: 애니메이션을 위해 각 4분면에 다른 이미지를 포함한 10x10 MLA를 위한 Mask
Conclusion
결론
Micro Lens Array는 자동차 프로젝션 애플리케이션의 필수적인 구성 요소입니다. LucidShape을 사용하면 이러한 어레이의 설계와 최적화를 효율적이고 효과적으로 수행할 수 있습니다. 또한 임의의 투사 면에서 타겟팅한 이미지에 대한 Mask를 계산할 수 있습니다. 몇 가지의 제한 사항이 있지만, 작은 애니메이션을 만들기 위해 여러개의 Mask와 LED를 사용하는 등 더 확장할 수 있는 가능성이 있습니다. 이 기술은 계속 발전하고 있으며, 이에 따라 적용 분야와 애플리케이션도 계속 확대되고 있습니다.
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