KR102067729B1

KR102067729B1 - 광 조향 장치

Info

Publication number: KR102067729B1
Application number: KR1020180126693A
Authority: KR
Inventors: 류한열
Original assignee: 인하대학교 산학협력단
Priority date: 2018-10-23
Filing date: 2018-10-23
Publication date: 2020-01-17

Abstract

본 발명은, 광원에서 발광되어 광분배기에 의해 분해되고, 광 위상 제어부를 통해 위상 제어된 레이저광을 일정 각도로 방사되도록 하는 광 조향 장치로서, 직사각형으로 이루어지고 중앙으로는 단변과 평행한 기준선이 설정되는 기판과, 상기 기준선의 좌측으로 배치되는 복수의 제1 단위격자를 포함하는 제1 격자군과, 상기 기준선의 우측으로 배치되는 복수의 제2 단위격자를 포함하는 제2 격자군을 포함하고, 상기 기준선에서 상기 기판의 좌측단과 우측단으로 각각 진행하며 상기 제1 단위격자의 배치 간격과 상기 제2 단위격자의 배치 간격은 증가하되, 상기 제1 단위격자와 상기 제2 단위격자는 서로 비대칭되는 배치 위치를 갖는 광 조향 장치를 제공한다.

Description

광 조향 장치{Apparatus for light beam steering}

본 발명은 광 조향 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 격자 결합기가 포함하는 격자를 기준선을 중심으로 서로 비대칭되는 위치에 배치하여 광 조향 신호의 품질이 향상되도록 하는 광 조향 장치에 관한 것이다.

운전자가 운행 경험이 풍부하지 못하거나 혹은 운전자가 일시적으로 차량의 진행 방향을 잘못 판단함으로 인해 사고가 발생될 수 있다.

따라서, 사고 발생 방지를 위해 레이더(radio detection and ranging; RADAR) 장비가 사용되었다. 레이더는 마이크로파(극초단파, 10cm 내지 100cm 파장) 정도의 전자기파를 물체에 발사시켜 그 물체에서 반사되는 전자기파를 수신하여 물체와의 거리, 방향, 고도 등을 알아내는 무선 감시 장치로서, 가격이 고가이므로 다양한 차종에 보급이 용이하지 않은 문제점이 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여, 라이다(light detection and ranging; LiDAR)가 개발되고 있다. 라이다(LiDAR)는, 펄스 레이저광을 대기 중에 발사해 그 반사체 또는 산란체를 이용하여 상대 물체와의 거리를 측정하는 장치로서, 레이저 레이더라고도 한다.

현재, 차량에 탑재되는 라이다(LiDAR)로서, 360도 라이다(LiDAR) 스캐너가 개발되고 있으나, 이는 구조상 라이다의 몸체가 360도 회전하면서 주변을 스캔한다.

라이다의 몸체를 회전시키기 위해서는 소정의 회전 구조물을 필요로 한다. 이때, 라이다가 일측을 향할 때, 반대 방향에서 발생되는 상황의 탐지가 어려운 문제점이 있는 등, 탐지 범위가 한정되는 문제점이 있으므로, 레이저의 방사 각도를 변화시킬 필요가 있다.

도 1은 일반적인 차량용 라이다에서 사용되는 광 조향 장치에서 사용하는 격자 결합기의 일 예를 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 광 위상 배열 구조(1)의 일측으로 소정의 광원에서 발광된 광이 입력되면, 입력된 광은 광 분배기(3)를 통해 분배된 후 위상 제어부(4)로 입력된다. 위상 제어부(4)는 입력된 광의 위상을 사용자가 필요로 하는 수준으로 제어한 후, 격자 결합기를 포함하는 광 조향 장치(10)로 입력한다.

광 조향 장치(10)는 입력된 광을 소정의 방사 각도를 갖고 방사되도록 하는 격자 결합기(12)를 포함한다.

도 2는 도 1에 도시된 격자 결합기에 의한 빛의 방사를 설명하는 도면이다. 도 2에서 격자 결합기가 단일개로 도시되어 있어, 격자 결합기는 복수로 사용될 수 있다.

도 2를 참조하면, 격자 결합기(12)는 소정의 실리콘 기판 상에 소정의 폭(W)을 갖고 상부에는 소정의 주기(Λ) 간격으로 복수의 격자(14)가 돌출되어 있음을 도시하고 있다. 또한, 격자 결합기들은 일정한 간격으로 주기적으로 배치되는 것이 일반적이다.

이때, 격자는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 공정을 이용하여 제작하는 것이 일반적이다. CMOS 공정은 널리 알려진 공지의 기술이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 2에 도시된 격자 결합기(12)의 일측에서 레이저가 입사(L1)되면, 입사된 레이저는 격자(14)에 대하여 소정의 각도(θ)로 방사(L2)됨을 알 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이 격자가 1차원적으로 배치되는 위상 결합에서는 각각의 격자의 위상 차이를 이용하여 빔 조향 각도를 제어한다.

도 3은 간격과 주기가 선형적으로 일정하게 배치되는 격자로 이루어지는 격자 결합기를 포함하는 광 조향 장치에서 얻어지는 신호의 신호 분포를 나타내는 그래프이다.

도 3의 그래프는 4㎛의 간격을 갖는 64개의 격자가 일정한 주기로 배치된 광 조향 장치에서 파장 1.31㎛의 빛이 방출될 때의 원장분포(FFP; far-field pattern)를 나타낸다.

여기서, 광 조향 장치의 원장분포는 시간영역 유한차분법 (FDTD ; Finite- Difference Time-Domain) 방법을 이용하여 계산하는 것이 일반적이다.

도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 격자에 입사하는 빛의 위상이 동일하게 설정하여 중심 0도에서 가장 강한 피크가 형성되고, 강한 피크의 양측으로 ± 90도 범위에서 각각 3개의 피크가 형성되어 전체적으로 7개의 피크(peak)가 형성됨을 알 수 있다.

여기서, 격자 결합기와 일정 거리 이격된 원장(far-field)에서는 격자 결합기에서 방출된 빛이 모두 보강간섭이 되는 각도에서 피크(peak)가 형성될 수 있다. 보다 상세하게는 다음의 [수학식 1]을 만족하는 각도에서 강한 빛이 형성된다.

d : 격자 사이의 간격, l : 빛의 파장,

f: 각도, m : 정수

이때, 격자 사이의 간격이 넓어질수록 위 조건을 만족하는 정수 m이 많아지므로 여러 각도에서 피크가 형성될 수 있다.

이때, 중심의 피크에서 양측으로 각각 25도 정도 이격된 위치에 다른 피크가 형성됨을 알 수 있다.

상기와 같은 광 조향 장치를 라이다(LiDAR)에 적용하면, 실질적인 조향 각도의 범위가 25도 정도로 제한됨을 의미한다.

여기서, 조향 각도의 범위를 확장하기 위해서는 격자 사이의 간격을 줄여야 하는데, 이는 제작 공정상 어려움이 있고, 격자 사이의 혼선(crosstalk)에 의하여 잡음이 증가할 수도 있다. 예를 들어, 중심 피크의 양측으로 각각 90도 범위에서 조향을 하려면 격자 사이의 간격이 1 ㎛ 정도로 줄어야 하는데, 격자의 간격을 1 ㎛ 로 설정하는 것은 매우 높은 노력과 비용이 소모되는 문제점이 있다.

도 4는 종래의 기술에 따른 광 조향 장치의 구성의 일 예를 나타내는 평면도이다.

도 4를 참조하면, 광 조향 장치(10A)는 복수의 격자(14)가 무작위적이고, 비주기적으로 배치된 상태의 격자 결합기(12A)를 포함함을 알 수 있다.

도 5는 도 4에 따른 광 조향 장치에 의해 얻어지는 신호의 신호 분포를 나타내는 그래프이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 중심에 하나의 피크가 형성되어 있고 피크 주위에는 노이즈(noise) 신호가 형성되어 있어, 격자 결합기의 위상을 정확하게 제어하기가 어려움을 알 수 있다.

도 6은 종래의 광 조향 장치의 다른 예의 구성을 나타내는 평면도이다.

도 6을 참조하면, 광 조향 장치(10B)는 복수의 격자(14B)가 기준선(CL)의 양측으로 대칭적으로 배치된 격자 결합기(12B)를 포함함을 알 수 있다.

도 6과 같이 격자가 배치되는 경우에도, 중심에 하나의 피크가 형성되어 있고, 피크 주위에 노이즈(noise) 신호가 형성되어 있어, 격자 결합기의 위상을 정확하게 제어하기 어려움을 알 수 있다. 다만, 일정 기준을 중심으로 중심에서 멀어지며 격자의 간격이 증가하면 노이즈가 감소함이 확인되었다.

따라서, 격자 결합기의 노이즈를 보다 감소시키기 위한 격자의 최적의 배치에 대한 연구의 필요성이 있다.

본 발명에 대한 선행기술로는 공개특허 2018-0024249호를 예시할 수 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기준선을 중심으로 양측으로 배치되는 복수의 격자를 포함하되, 기준선 양측의 격자가 서로 비대칭적인 위치에 배치되도록 하여 광의 방사 각도가 변화되도록 하는 광 조향 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 기준선의 양측으로 비대칭적으로 배치되는 격자의 배치 위치가 비선형 함수에 의해 설정되도록 하여 넓은 조향 각도를 얻을 수 있고, 광 신호의 노이즈(noise)를 감소시켜 신호 품질을 개선할 수 있는 광 조향 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 광원에서 발광되어 광분배기에 의해 분배되고, 광 위상 제어부를 통해 위상 제어된 레이저광을 일정 각도로 방사되도록 하는 광 조향 장치로서, 직사각형으로 이루어지고 중앙으로는 단변과 평행한 기준선이 설정되는 기판과, 상기 기준선의 좌측으로 배치되는 복수의 제1 단위격자를 포함하는 제1 격자군과, 상기 기준선의 우측으로 배치되는 복수의 제2 단위격자를 포함하는 제2 격자군을 포함하고, 상기 기준선에서 상기 기판의 좌측단과 우측단으로 각각 진행하며 상기 제1 단위격자의 배치 간격과 상기 제2 단위격자의 배치 간격은 증가하되, 상기 제1 단위격자와 상기 제2 단위격자는 서로 비대칭되는 배치 위치를 갖는 광 조향 장치를 제공한다.

상기 제1 단위격자와 상기 제2 단위격자의 배치 간격은 비선형 함수에 의해 설정될 수 있다.

상기 비선형 함수는, 2차 함수 이상의 다차 함수, 삼각 함수, 지수 함수를 포함할 수 있다.

상기 제1 단위격자의 배치 간격은 2차 함수에 의해 설정되고, 상기 제2 단위격자의 배치 간격은 2차 함수에 의해 설정될 수 있다.

상기 기판은, 실리콘(silicon)을 포함할 수 있다.

상기 제1 단위격자의 개수와 상기 제2 단위격자의 개수는 동일할 수 있다.

상기 제1 단위격자와 상기 제2 단위격자는, 동일한 형상과 크기로 이루어질 수 있다

상기 제1 및 제2 단위격자의 배치 간격은, 0.5 내지 10 ㎛ 일 수 있다.

상기와 같은 본 발명은, 기준선을 중심으로 양측으로 배치되는 복수의 격자를 포함하되, 기준선 양측의 격자가 서로 비대칭적인 위치에 배치되도록 하여 광의 방사 각도가 변화되도록 할 수 있다.

또한, 본 발명은 기준선의 양측으로 비대칭적으로 배치되는 격자의 배치 위치가 비선형 함수에 의해 설정되도록 하여 넓은 조향 각도를 얻을 수 있고, 광 신호의 노이즈(noise)를 감소시켜 신호 품질을 개선할 수 있다.

도 1은 일반적인 차량용 라이다에서 사용되는 광 조향 장치에서 사용하는 격자 결합기의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 격자 결합기에 의한 빛의 방사를 설명하는 도면이다.
도 3은 간격과 주기가 선형적으로 일정하게 배치되는 격자로 이루어지는 격자 결합기를 포함하는 광 조향 장치에서 얻어지는 신호의 신호 분포를 나타내는 그래프이다.
도 4는 종래의 기술에 따른 광 조향 장치의 구성의 일 예를 나타내는 평면도이다.
도 5는 도 4에 따른 광 조향 장치에 의해 얻어지는 신호의 신호 분포를 나타내는 그래프이다.
도 6은 종래의 광 조향 장치의 다른 예의 구성을 나타내는 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 조향 장치의 구성의 일 예를 나타내는 평면도이다.
도 8은 도 7에 도시된 광 조향 장치의 격자 간격을 나타나는 그래프이다.
도 9는 도 8에 표시된 배치 간격에 따라 격자가 배치된 광 조향 장치에 의해 얻어지는 신호의 신호 분포를 나타내는 그래프이다.
도 10은 기준선 양측으로 격자가 대칭적으로 배치될 때의 격자 간격을 나타나는 그래프이다.
도 11은 기준선 양측으로 1차 함수에 따라 격자가 배치되는 광 조향 장치에 의해 얻어지는 신호의 신호 분포를 나타내는 그래프이다.
도 12는 기준선 양측으로 2차 함수에 따라 격자가 배치되는 광 조향 장치에 의해 얻어지는 신호의 신호 분포를 나타내는 그래프이다.
도 13은 기준선 양측으로 3차 함수에 따라 격자가 배치되는 광 조향 장치에 의해 얻어지는 신호의 신호 분포를 나타내는 그래프이다.
도 14는 기준선 양측으로 격자가 비대칭적으로 배치될 때의 격자 간격의 일 예를 나타나는 그래프이다.
도 15는 도 14에 도시된 간격에 따라 격자가 배치된 광 조향 장치에 의해 얻어지는 신호의 신호 분포를 나타내는 그래프이다.
도 16은 기준선 양측으로 격자가 비대칭적으로 배치될 때의 격자 간격의 다른 예를 나타내는 그래프이다.
도 17은 도 16에 도시된 간격에 따라 격자가 배치된 광 조향 장치에 의해 얻어지는 신호의 신호 분포를 나타내는 그래프이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 조향 장치의 구성의 일 예를 나타내는 평면도이다.

도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 조향 장치(100)의 구성을 설명하기로 한다.

우선, 광 조향 장치(100)로 레이저광을 공급하기 위해 광원, 광 분배기, 광 위상 제어부를 사용할 수 있다. 광원, 광 분배기, 광 위상 제어부는 널리 알려진 공지의 기술이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

광 조향 장치(100)는 광원에서 발광된 소정 파장의 레이저광을 수광받은 후, 이를 소정의 각도로 외부로 방사한다.

광 조향 장치(100)는 소정의 기판 상에 배치되는 복수의 격자를 포함한다. 여기서, 기판은 소정의 면적을 갖는 직사각형 형태의 플레이트(plate) 형상일 수 있다.

광 조향 장치(100)의 구성에 대해 살펴보기로 한다.

우선, 사용자는 격자가 배치되는 기판(110)을 준비한다.

준비되는 기판(110)은 소정의 가로와 세로 길이를 갖는 직사각형 형태로 이루어진다. 그리고, 기판(110)은 실리콘(Si)을 포함할 수 있다.

사용자는 기판(110) 상에 소정의 기준선(CL)을 설정한다.

여기서, 기준선(CL)은 직사각형 기판(110)의 중앙을 따라 설정하되, 기판(110)의 단변과 평행하게 설정될 수 있다.

기준선(CL)의 좌측으로는 복수의 제1 단위격자(114A)를 포함하는 제1 격자군(110A)이 배치된다. 그리고, 기준선(CL)의 우측으로는 복수의 제2 단위격자(114B)를 포함하는 제2 격자군(110B)이 배치된다.

이때, 제1 격자군(110A)이 포함하는 제1 단위격자(114A)의 개수와 제2 격자군(110B)이 포함하는 제2 단위격자(114B)의 개수는 동일할 수 있다. 또한, 제1 단위격자(114A)와 제2 단위격자(114B)는 서로 동일한 형태와 크기를 가질 수 있다. 여기서, 제1 단위격자(114A)와 제2 단위격자(114B)는 각각 소정의 길이와 높이를 갖는 직육면체 형태로 이루어질 수 있다.

여기서, 제1 단위격자(114A)와 제2 단위격자(114B)의 배치 위치는 기준선(CL)을 중심으로 하여 서로 비대칭적일 수 있다. 그리고, 도면상에서 기준선(CL)에는 소정의 격자가 배치되어 있지만, 이는 배치의 일 예로서, 기준선(CL) 상에는 사용자의 필요에 따라 격자가 배치되지 않아도 무방하다.

제1 단위격자(114A)와 제2 단위격자(114B)의 배치에 대해 살펴보기로 한다.

제1 격자군(110A)이 포함하는 복수의 제1 단위격자(114A)는 기준선(CL)의 좌측으로 배치된다. 여기서, 제1 단위격자(114A)의 배치 간격은 기판(110)의 기준선(CL)에서 좌측단으로 진행하며 점차 증가할 수 있다.

여기서, 제1 단위격자(114A)의 배치 간격은 다음과 같이 계산될 수 있다.

제1 격자군(110A)이 포함하는 제1 단위격자(114A)의 개수가 15개인 것으로 상정하고 설명하기로 한다.

제1 단위격자(114A)는 다음의 [수학식 2]에 의해 계산되는 간격으로 배치될 수 있다.

상기와 같이, [수학식 2]는 2차 함수임을 알 수 있다. 여기서, [수학식 2]에서 a는 기준선과 격자의 최소 간격을 나타내고, b는 X²의 계수로서 양수이다. 또한, X는 기준선(CL)의 좌측으로 배치되는 제1 단위격자(114A)의 배치 순서에 따라 부여되는 양의 정수일 수 있다. 이때, 기준선(CL)의 좌측으로 첫 번째로 배치되는 제1 단위격자(114A)에 대하여는 0을 부여하고, 이후부터는 1씩 증가할 수 있다.

기준선(CL)의 좌측으로 배치되는 제1 단위격자(114A)의 배치 간격 설정에 대해서는 후술하기로 한다.

제1 단위격자(114A)의 배치 간격은 2차 함수에 의해 계산될 수 있다. 여기서, 제1 단위격자(114A)의 배치 간격 환산을 위해 2차 함수인 [수학식 2]가 제시되었으나, 제1 단위격자(114A)의 배치 간격 환산을 위해 [수학식 2]로는 사용자의 필요에 따라 삼각 함수 또는 지수 함수가 제시될 수도 있다.

또한, 제1 단위격자(114A)의 배치 간격 환산을 위해 입력되는 변수는 제1 단위격자(114A)의 배치 순서로 설정하였으나, 사용자의 필요에 따라 다른 값으로 변경될 수 있다.

제2 격자군(110B)은 복수의 제2 단위격자(114B)를 포함한다.

복수의 제2 단위격자(114B)는 기준선(CL)의 우측으로 배치된다. 여기서, 제2 단위격자(114B)의 배치 간격은 기준선(CL)에서 기판(110)의 우측단으로 갈수록 점차 증가할 수 있다.

여기서, 제2 단위격자(114B)의 배치 간격 증가는 다음과 같이 계산될 수 있다.

제2 단위격자(114B)의 개수가 15개인 것으로 상정하고 설명하기로 한다.

제2 단위격자(114B)는 다음의 [수학식 3]에 의해 계산되는 간격으로 배치될 수 있다.

상기와 같이, [수학식 3]은 3차 함수임을 알 수 있다.

[수학식 3]에서 a는 기준선과 격자의 최소 간격을 나타내고, c는 X³의 계수로서 양수이다. 또한, X는 기준선(CL)의 우측으로 배치되는 제2 단위격자(114B)의 배치 순서에 따라 부여되는 양의 정수일 수 있다. 이때, 기준선(CL)의 우측으로 첫 번째로 배치되는 제2 단위격자(114B)에 대하여는 0을 부여하고, 이후부터는 1씩 증가할 수 있다.

기준선(CL)의 우측으로 배치되는 제2 단위격자(114B)의 배치 간격 설정에 대해서는 후술하기로 한다.

이와 같이, 제2 단위격자(114B)의 배치 간격은 3차 함수에 의해 계산될 수 있다. 여기서, 제2 단위격자(114B)의 배치 간격 환산을 위해 [수학식 3]으로 3차 함수가 제시되었으나, 제2 단위격자(114B)의 배치 간격 환산을 위해 삼각 함수 또는 지수 함수가 제시될 수도 있다.

또한, 제2 단위격자(114B)의 배치 간격 환산을 위해 입력되는 변수는 제2 단위격자(114B)의 배치 순서로 설정할 수 있지만, 사용자의 필요에 따라 변경될 수 있다.

도 8은 도 7에 도시된 광 조향 장치의 격자 간격을 나타나는 그래프이다.

도 8을 참조하면, 광 조향 장치(100)가 포함하는 격자 중에서, 제1 격자군(110A)이 포함하는 격자는 2차 함수에 따라 배치되어 있고, 제2 격자군(110B)이 포함하는 격자는 3차 함수에 따라 격자가 배치되어 있음을 알 수 있고, 각각의 격자군의 격자의 배치 간격은 서로 비대칭적임을 알 수 있다.

여기서, 제1 단위격자와 제2 단위격자의 배치 간격 설정은 다음과 같이 이루어질 수 있다.

우선, 제1 단위격자(114A)의 간격 설정은 상기한 [수학식 2]에 의해 이루어질 수 있다.

[수학식 2]에서 a를 2 ㎛로 하고, b를 0.095로 설정하기로 한다.

즉, a는 2 ㎛이므로, 기준선(CL)과 기준선(CL)의 좌측으로 배치되는 제1 단위격자(114A) 중, 첫 번째 제1 단위격자(114A)는 기준선(CL)과 2 ㎛의 간격을 가질 수 있다.

기준선(CL)의 좌측으로 배치되는 제1 단위격자(114A) 중, 두 번째 제1 단위격자(114A)는 다음과 같다.

b는 0.095이고, x는 1이므로, 2.095㎛ 의 간격을 가질 수 있다.

세 번째 제1 단위 격자(114A)는 b는 0.095이고, x는 2이므로, 이를 [수학식 2]에 대입하면 2.38㎛ 의 간격을 가질 수 있다.

제2 단위격자(114B)의 간격 설정은 상기한 [수학식 3]에 의해 이루어질 수 있다.

[수학식 3]에서 a를 2 ㎛로 하고, c를 0.03으로 설정하기로 한다.

즉, a는 2 ㎛이므로, 기준선(CL)과 기준선(CL)의 우측으로 배치되는 제2 단위격자(114B) 중, 첫 번째 제2 단위격자(114B)는 기준선(CL)과 2 ㎛의 간격을 가질 수 있다.

기준선(CL)의 우측으로 배치되는 제1 단위격자(114A) 중, 두 번째 제2 단위격자(114B)는 다음과 같다.

c는 0.03이고, x는 1이므로, 2.03㎛ 의 간격을 가질 수 있다.

세 번째 제1 단위 격자(114A)는 c는 0.03이고, x는 2이므로, 이를 [수학식 3]에 대입하면 2.12㎛ 의 간격을 가질 수 있다.

도 8에서 기준선은 좌측으로부터 16번째 격자에 배치되고, 기준선(CL)의 양측으로 각각 15개씩의 격자를 포함하는 제1 격자군(110A)과 제2 격자군(110B)이 배치되는 것으로 상정하기로 한다.

또한, 기준선(CL)에 근접하는 격자의 간격은 0.5 내지 10㎛ 인 것이 바람직하다.

도 9는 도 8에 표시된 배치 간격에 따라 격자가 배치된 광 조향 장치에 의해 얻어지는 신호의 신호 분포를 나타내는 그래프이다.

도 9를 참조하면, 도 7과 같이 기준선의 양측으로 2차 함수와 3차 함수에 따라 격자가 배치되는 광 조향 장치(100)의 신호대 잡음비(SNR)는 6.6dB로 측정됨을 알 수 있다.

이를 보다 상세히 살펴보면 다음과 같다.

도 9에서, 중심 피크의 값을 1.0 이라 하였을 때, 중심 피크 양측에서 측정된 노이즈는 대략 0.22 임을 알 수 있다. 노이즈값 0.22를 대수(log)를 사용하여 나타낸 비율의 단위인 dB로 계산하면, 0.34 라는 값을 얻을 수 있다. 따라서, 도 9에 도시된 광 조향 장치(100)의 신호대 잡음비(SNR)는 6.6dB임을 알 수 있다.

상기와 같이 기준선 양측으로 배치되는 제1 격자군과 제2 격자군은 각각 2차 함수와 3차 함수에 의해 격자 위치가 배치되지만, 2차 함수와 3차 함수 이외에도 다양한 비선형 함수(non linear function)가 사용될 수 있다. 즉, 1차 방적식에 표현될 수 있는 선형 함수를 제외한다면 2차, 3차 함수이외에도 코사인, 탄젠트와 같은 삼각함수에 의해서도 제1 격자군과 제2 격자군이 포함하는 격자의 위치가 설정될 수 있다.

본 발명과 같이 기준선 양측으로 2차 함수와 3차 함수에 따라 격자가 배치되는 광 조향 장치의 신호대 잡음비와 다른 배치를 갖는 광 조향 장치의 신호대 잡음비를 비교하기로 한다.

도 10은 기준선 양측으로 격자가 대칭적으로 배치될 때의 격자 간격을 나타나는 그래프이다.

도 10을 참조하면, 기준선(CL) 양측으로 배치되는 제1 격자군(112A)와 제2 격자군(112B)이 포함하는 격자의 간격이 각각 1차, 2차, 3차 함수에 따라 서로 대칭적으로 배치됨을 알 수 있다.

도 11은 기준선 양측으로 1차 함수에 따라 격자가 배치되는 광 조향 장치에 의해 얻어지는 신호의 신호 분포를 나타내는 그래프이다.

도 11을 참조하면, 격자가 1차 함수에 따라 배치되므로, 격자가 선형적이고 대칭되는 배치로 이루어지는 것으로서, 중심 피크와 잡음간의 신호대 잡음비가 2.8dB임을 알 수 있다.

도 12는 기준선 양측으로 2차 함수에 따라 격자가 배치되는 광 조향 장치에 의해 얻어지는 신호의 신호 분포를 나타내는 그래프이다.

도 12를 참조하면, 격자가 동일한 2차 함수에 따라 배치되므로 비선형적이지만 대칭되는 배치로 이루어지는 것으로서, 중심 피크와 잡음간의 신호대 잡음비가 3.8dB임을 알 수 있다.

또한, 도 13은 기준선 양측으로 3차 함수에 따라 격자가 배치되는 광 조향 장치에 의해 얻어지는 신호의 신호 분포를 나타내는 그래프이다.

도 13을 참조하면, 격자가 동일한 3차 함수에 따라 배치되므로 비선형적이지만 대칭되는 배치로 이루어지는 것으로서, 중심 피크와 잡음간의 신호대 잡음비가 4.1dB임을 알 수 있다.

도 11 내지 도 13를 참조하면, 기준선 양측으로 배치되는 격자가 서로 대칭적으로 배치되는 경우의 신호대 잡음비는 도 7과 도 8에 도시된 광 조향 장치에서 얻어지는 신호대 잡음비보다 작은 것을 알 수 있다.

신호대 잡음비가 클수록 노이즈는 작은 것이고, 이에 따라 도 7과 도 8에 도시된 광 조향 장치의 신호 품질이 가장 좋은 것으로 판단할 수 있다.

도 14는 기준선 양측으로 격자가 비대칭적으로 배치될 때의 격자 간격의 일 예를 나타나는 그래프이다.

도 14를 참조하면, 기준선(CL)의 좌측으로 배치되는 제1 격자군(110A2)이 포함하는 격자는 1차 함수에 따라 배치되고, 기준선(CL)의 우측으로 배치되는 제2 격자군(110B2)이 포함하는 격자는 2차 함수에 따라 격자가 배치되는 광 조향 장치의 배치를 나타낸다.

도 15는 도 14에 도시된 간격에 따라 격자가 배치된 광 조향 장치에 의해 얻어지는 신호의 신호 분포를 나타내는 그래프로서, 중심 피크와 잡음간의 신호대 잡음비가 5.1dB임을 알 수 있다.

도 16은 기준선 양측으로 격자가 비대칭적으로 배치될 때의 격자 간격의 다른 예를 나타내는 그래프이다.

도 16을 참조하면, 기준선(CL)의 좌측으로 배치되는 제1 격자군(110A3)이 포함하는 격자는 1차 함수에 따라 배치되고, 기준선(CL)의 우측으로 배치되는 제2 격자군(110B3)이 포함하는 격자는 3차 함수에 따라 격자가 배치되는 광 조향 장치의 배치를 나타낸다.

도 17은 도 16에 도시된 간격에 따라 격자가 배치된 광 조향 장치에 의해 얻어지는 신호의 신호 분포를 나타내는 그래프로서, 중심 피크와 잡음간의 신호대 잡음비가 5.2dB임을 알 수 있다.

상기와 같이, 기준선(CL)의 좌측으로는 1차 함수에 따라 격자가 배치되고, 기준선(CL)의 우측으로는 2차 함수 또는 3차 함수에 따라 격자가 배치되는 광 조향 장치 즉, 기준선 양측의 격자가 비선형적이고, 비대칭적으로 배치되는 구조의 신호대 잡음비는 도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같이 격자가 비대칭적으로 배치되는 구조보다 신호대 잡음비가 개선됨을 알 수 있다.

상기와 같은 본 발명은, 기준선을 중심으로 양측으로 배치되는 복수의 격자를 포함하되, 기준선 양측의 격자가 서로 비대칭적인 위치에 비선형 함수에 의해 설정되도록 하여 넓은 조향 각도를 얻을 수 있고, 광 신호의 노이즈(noise)를 감소시켜 신호 품질을 개선할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 광 조향 장치
110: 기판
110A, 110A1, 110A2, 110A3: 제1 격자군
110B, 110B1, 110B2, 110B3: 제2 격자군
114A: 제1 단위격자
114B: 제2 단위격자

Claims

광원에서 발광되어 광분배기에 의해 분배되고, 광 위상 제어부를 통해 위상 제어된 레이저광을 일정 각도로 방사되도록 하는 광 조향 장치로서,
직사각형으로 이루어지고 중앙으로는 단변과 평행한 기준선이 설정되는 기판과,
상기 기준선의 좌측으로 배치되는 복수의 제1 단위격자를 포함하는 제1 격자군과,
상기 기준선의 우측으로 배치되는 복수의 제2 단위격자를 포함하는 제2 격자군을 포함하고,
상기 기준선에 근접하는 상기 제1 및 제2 단위격자의 배치 간격은,
0.5 내지 10 ㎛ 이고,
상기 기준선에서 상기 기판의 좌측단과 우측단으로 각각 진행하며 상기 제1 단위격자의 배치 간격과 상기 제2 단위격자의 배치 간격은 증가하되,
상기 제1 단위격자와 상기 제2 단위격자는 서로 비대칭되는 배치 위치를 갖는 광 조향 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 단위격자와 상기 제2 단위격자의 배치 간격은 비선형 함수에 의해 설정되는 광 조향 장치.
제2항에 있어서,
상기 비선형 함수는,
2차 함수 이상의 다차 함수, 삼각 함수, 지수 함수를 포함하는 광 조향 장치.
제3항에 있어서,
상기 제1 단위격자의 배치 간격은 2차 함수에 의해 설정되고,
상기 제2 단위격자의 배치 간격은 2차 함수에 의해 설정되는 광 조향 장치.
제1항에 있어서,
상기 기판은,
실리콘(silicon)을 포함하는 광 조향 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 단위격자의 개수와 상기 제2 단위격자의 개수는 동일한 광 조향 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 단위격자와 상기 제2 단위격자는,
동일한 형상과 크기로 이루어지는 광 조향 장치.
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