KR102475891B1 - Edge light emitting laser source, apparatus for obtaining 3D image having the same - Google Patents
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Abstract
측면 발광 레이저 광원, 및 이를 포함한 3차원 영상 획득 장치가 개시된다.
개시된 측면 발광 레이저 광원에서, 기판에 활성층이 구비되고, 활성층에 복수 개의 파장 대역의 광을 발진하는 복수 개의 그레이팅 영역을 포함하는 파장 선택 섹션이 구비될 수 있다.A side emitting laser light source and a 3D image capture device including the same are disclosed.
In the disclosed side-emitting laser light source, an active layer may be provided on a substrate, and a wavelength selection section including a plurality of grating regions oscillating light in a plurality of wavelength bands may be provided in the active layer.
Description
예시적인 실시예는 단일 칩 구조를 가지는 다중 파장의 측면 발광 레이저 광원, 이를 포함한 3차원 영상 획득 장치 및 측면 발광 레이저 광원의 제조 방법에 관한 것이다.Exemplary embodiments relate to a multi-wavelength side-emitting laser light source having a single chip structure, a 3D image acquisition device including the same, and a method of manufacturing the side-emitting laser light source.
3D 카메라는 대상체 표면 상의 다수의 점들로부터 3D 카메라까지의 거리를 측정하는 기능을 포함한다. 대상체와 3D 카메라 사이의 거리를 측정하기 위한 다양한 알고리즘들이 제안되고 있는데, 통상적으로 광 비행-시간법(Time-of-Flight; TOF)이 주로 사용된다. TOF 방식은 조명광(예를 들어, 적외선)을 대상체에 조사한 후, 대상체로부터 반사되는 조명광이 수광부에서 수광되기까지 비행시간을 측정하는 방법이다. 조명광의 비행시간은 주로 조명광의 위상지연을 측정하여 얻을 수 있는데, 위상지연의 측정을 위해 고속 광변조기가 사용된다. 대상체에 반사되어 돌아오는 광 시간-비행으로부터 거리영상이 추출된다.The 3D camera includes a function of measuring a distance from a plurality of points on the surface of the object to the 3D camera. Various algorithms for measuring the distance between an object and a 3D camera have been proposed, and a time-of-flight (TOF) method is generally used. The TOF method is a method of measuring a flight time from irradiating illumination light (eg, infrared rays) to an object until the illumination light reflected from the object is received by a light receiver. The flight time of the illumination light can be mainly obtained by measuring the phase delay of the illumination light, and a high-speed light modulator is used to measure the phase delay. A distance image is extracted from the time-flight of light reflected from the object and returned.
예시적인 실시예에 따르면, 단일 칩 구조로 다중 파장 대역의 광을 조사하는 측면 발광 레이저 광원을 제공할 수 있다.According to an exemplary embodiment, a side-emission laser light source radiating light of multiple wavelength bands with a single chip structure may be provided.
예시적인 실시예에 따르면, 단일 칩 구조로 다중 파장 대역의 광을 조사하는 측면 발광 레이저 광원을 포함하는 3차원 영상 획득 장치를 제공할 수 있다.According to an exemplary embodiment, it is possible to provide a 3D image capture device including a side-emitting laser light source emitting light of multiple wavelength bands with a single chip structure.
예시적인 실시예에 따른 측면 발광 레이저 광원은, A side emitting laser light source according to an exemplary embodiment,
기판;Board;
상기 기판에 구비된 활성층;an active layer provided on the substrate;
상기 활성층으로부터 출력된 광의 파장을 선택하는 복수 개의 그레이팅 영역을 가지는 파장 선택 섹션; 및a wavelength selection section having a plurality of grating regions for selecting wavelengths of light output from the active layer; and
상기 복수 개의 그레이팅 영역에 의해 선택된 다중 파장 대역을 가지는 광을 상기 활성층에 대해 평행한 방향으로 공진시키는 게인 섹션;을 포함할 수 있다.and a gain section configured to resonate light having multiple wavelength bands selected by the plurality of grating regions in a direction parallel to the active layer.
상기 복수 개의 그레이팅 영역이 상기 활성층과 게인 섹션 사이와, 기판과 활성층 사이 중 적어도 하나에 구비될 수 있다.The plurality of grating regions may be provided in at least one of between the active layer and the gain section and between the substrate and the active layer.
상기 복수 개의 그레이팅 영역이 상기 게인 섹션에서의 광의 출사 방향에 대해 평행한 방향으로 배열될 수 있다.The plurality of grating areas may be arranged in a direction parallel to a direction in which light is emitted from the gain section.
상기 복수 개의 그레이팅 영역이 기판에 대해 평행한 방향으로 배열될 수 있다. The plurality of grating areas may be arranged in a direction parallel to the substrate.
상기 복수 개의 그레이팅 영역이 상기 게인 섹션의 외부에 구비될 수 있다.The plurality of grating regions may be provided outside the gain section.
상기 게인 섹션이 광 출사면과 광 반사면을 가지고, 상기 복수 개의 그레이팅 영역이 상기 광 출사면의 전방과 광 반사면의 후방 중 적어도 하나에 구비될 수 있다.The gain section may have a light exit surface and a light reflection surface, and the plurality of grating areas may be provided on at least one of a front side of the light exit surface and a rear side of the light reflection surface.
상기 복수 개의 그레이팅 영역이 상기 게인 섹션에서의 광의 출사 방향에 대해 평행한 방향으로 배열될 수 있다. The plurality of grating areas may be arranged in a direction parallel to a direction in which light is emitted from the gain section.
상기 복수 개의 그레이팅 영역이 기판에 대해 평행한 방향으로 배열될 수 있다.The plurality of grating areas may be arranged in a direction parallel to the substrate.
상기 복수 개의 그레이팅 영역이 그레이팅 어레이 구조에 따라 다른 파장의 광을 선택하도록 구성될 수 있다.The plurality of grating regions may be configured to select light of different wavelengths according to the grating array structure.
상기 복수 개의 그레이팅 영역이 동일한 하나의 기판 위에 구비될 수 있다.The plurality of grating areas may be provided on one same substrate.
상기 측면 발광 레이저 광원이 단일 칩 구조를 가질 수 있다. The side-emitting laser light source may have a single chip structure.
상기 활성층이 다중양자우물 구조를 가질 수 있다.The active layer may have a multi-quantum well structure.
상기 복수 개의 그레이팅 영역은 In, Ga, As, P 중 적어도 하나를 포함하는 물질을 포함할 수 있다. The plurality of grating regions may include a material including at least one of In, Ga, As, and P.
상기 복수 개의 그레이팅 영역은 SiO2, SiNx, TiO2, MgF2, Al2O3, Ta2O5 중 적어도 하나를 포함하는 유전 물질, 폴리머, 메탈 등을 포함하는 물질 중 하나, 또는 둘 이상의 조합을 포함할 수 있다.The plurality of grating regions may include one or two or more of a dielectric material including at least one of SiO 2 , SiN x , TiO 2 , MgF 2 , Al 2 O 3 , and Ta 2 O 5 , a material including a polymer, a metal, and the like. Combinations may be included.
상기 복수 개의 그레이팅 영역에서 선택되는 파장은 780-1650nm 범위를 가질 수 있다. A wavelength selected from the plurality of grating regions may have a range of 780-1650 nm.
상기 기판이 GaAs 기판을 포함할 수 있다. The substrate may include a GaAs substrate.
상기 측면 발광 레이저 광원은, 상기 기판과 활성층 사이의 제1형 클래드층; 및 상기 활성층에 구비된 제2형 클래드층;을 더 포함할 수 있다.The side-emitting laser light source may include: a
예시적인 실시예에 따른 3차원 영상 획득 장치는,A 3D image acquisition device according to an exemplary embodiment,
다중 파장 대역의 광을 조사하는 측면 발광 레이저 광원;a side-emitting laser light source for irradiating light of multiple wavelength bands;
상기 측면 발광 레이저 광원으로부터 조사되고, 대상체에서 반사된 광을 변조하는 광 변조기; 및an optical modulator for modulating light emitted from the side-emitting laser light source and reflected from an object; and
상기 광 변조기에 의해 변조된 광을 센싱하는 이미지 센서;를 포함하고,An image sensor sensing the light modulated by the light modulator; includes,
상기 측면 발광 레이저 광원이, 기판, 상기 기판에 구비된 활성층, 상기 활성층으로부터 출력된 광의 파장을 선택하는 복수 개의 그레이팅 영역을 가지는 파장 선택 섹션, 및 상기 복수 개의 그레이팅 영역에 의해 선택된 다중 파장 대역을 가지는 광을 상기 활성층에 대해 평행한 방향으로 공진시키는 게인 섹션을 포함할 수 있다. The side-emitting laser light source has a substrate, an active layer provided on the substrate, a wavelength selection section having a plurality of grating regions for selecting a wavelength of light output from the active layer, and multiple wavelength bands selected by the plurality of grating regions. A gain section for resonating light in a direction parallel to the active layer may be included.
예시적인 실시예에 따른 측면 발광 레이저 광원은 2개 이상의 파장 대역을 가지는 광을 조사하여 스페클을 감소할 수 있다. 예시적인 실시예에 따른 측면 발광 레이저 광원은 복수 개의 그레이팅 어레이 구조를 이용하여 온도 변화에 따른 파장 이동 특성이 광 변조기와 유사하도록 함으로써 온도 변화로 인해 대상체의 깊이 센싱 정확도가 저하되는 것을 감소시킬 수 있다.A side-emission laser light source according to an exemplary embodiment may reduce speckle by irradiating light having two or more wavelength bands. The side-emission laser light source according to an exemplary embodiment uses a plurality of grating array structures to have a wavelength shift characteristic corresponding to a temperature change similar to that of an optical modulator, thereby reducing deterioration in depth sensing accuracy of an object due to temperature change. .
예시적인 실시예에 따른 측면 발광 레이저 광원의 제조 방법은 다중 파장 대역의 광을 발진하는 복수 개의 그레이팅 영역을 하나의 기판에 형성하여 다중 파장의 측면 발광 레이저 광원을 단일 칩 구조로 제작할 수 있다. 다중 파장의 측면 발광 레이저 광원을 단일 칩 구조로 제작하여 광원의 부피를 감소시킬 수 있고, 제조 공정을 단순화할 수 있다. In the method of manufacturing a side-emission laser light source according to an exemplary embodiment, a plurality of grating regions oscillating light in multiple wavelength bands may be formed on a single substrate to fabricate a multi-wavelength side-emission laser light source in a single chip structure. By manufacturing a multi-wavelength side-emitting laser light source in a single chip structure, the volume of the light source can be reduced and the manufacturing process can be simplified.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 측면 발광 레이저 광원의 개략적인 사시도를 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 I-I 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 측면 발광 레이저 광원이 세 개 이상의 파장 대역의 그레이팅 영역을 포함한 예를 도시한 것이다.
도 4는 예시적인 실시예에 따른 측면 발광 레이저 광원, 광 변조기, 단일 파장의 측면 발광 레이저 광원 각각의 온도에 따른 파장 변화를 도시한 것이다.
도 5는 상대적으로 높은 온도와 상대적으로 낮은 온도에 대해 광 변조기와 단일 파장의 측면 발광 레이저 광원의 파장에 따른 광 세기 변화를 도시한 것이다.
도 6은 상대적으로 높은 온도와 상대적으로 낮은 온도에 대해 광 변조기와 예시적인 실시예에 따른 측면 발광 레이저 광원의 파장에 따른 광 세기 변화를 도시한 것이다.
도 7은 예시적인 실시예에 따른 측면 발광 레이저 광원과, 단일 파장의 측면 발광 레이저 광원 각각의 온도에 따른 투과율 차의 변화를 도시한 것이다.
도 8은 단일 파장의 측면 발광 레이저 광원의 파장에 따른 광 변조기의 투과율 차의 변화를 25℃, 40℃, 50℃에 대해 각각 도시한 것이다.
도 9는 예시적인 실시예에 따른 측면 발광 레이저 광원의 파장에 따른 광 변조기의 투과율 변화를 25℃, 40℃, 50℃에 대해 각각 도시한 것이다.
도 10은 예시적인 실시예에 따른 측면 발광 레이저 광원과 단일 파장의 측면 발광 레이저 광원 각각의 대상체의 위치에 따른 광 세기 변화를 도시한 것이다.
도 11은 예시적인 실시예에 따른 측면 발광 레이저 광원에 의해 형성된 영상을 나타낸 것이다.
도 12는 단일 파장의 측면 발광 레이저 광원에 의해 형성된 영상을 나타낸 것이다.
도 13은 도 1에 도시된 측면 발광 레이저 광원이 클래드층을 더 구비한 예를 도시한 것이다.
도 14는 다른 예시적인 실시예에 따른 측면 발광 레이저 광원의 개략적인 사시도를 도시한 것이다.
도 15는 도 14의 II-II 단면도이다.
도 16은 도 14에 도시된 측면 발광 레이저 광원이 세 개 이상의 파장 대역의 그레이팅 영역을 포함한 예를 도시한 것이다.
도 17은 다른 예시적인 실시예에 따른 측면 발광 레이저 광원의 개략적인 사시도를 도시한 것이다.
도 18은 도 17의 Ⅲ-Ⅲ 단면도이다.
도 19는 도 17에 도시된 측면 발광 레이저 광원이 세 개 이상의 파장 대역의 그레이팅 영역을 포함한 예를 도시한 것이다.
도 20은 예시적인 실시예에 따른 3차원 영상 획득 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 21은 다른 예시적인 실시예에 따른 3차원 영상 획득 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 22는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 3차원 영상 획득 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 23 내지 도 26은 도 1에 도시된 측면 발광 레이저 광원의 제조 방법을 도시한 것이다.
도 27 내지 도 31은 도 14에 도시된 측면 발광 레이저 광원의 제조 방법을 도시한 것이다.1 shows a schematic perspective view of a side-emitting laser light source according to an exemplary embodiment.
FIG. 2 is a II cross-sectional view of FIG. 1 .
FIG. 3 illustrates an example in which the side-emission laser light source shown in FIG. 1 includes grating regions of three or more wavelength bands.
4 illustrates a change in wavelength according to temperature of each of a side-emitting laser light source, an optical modulator, and a single-wavelength side-emitting laser light source according to an exemplary embodiment.
FIG. 5 shows changes in light intensity according to wavelengths of an optical modulator and a single-wavelength side-emitting laser light source at relatively high and low temperatures.
FIG. 6 shows a change in light intensity as a function of wavelength of a light modulator and a side-emission laser light source according to an exemplary embodiment for relatively high and low temperatures.
FIG. 7 illustrates a change in transmittance difference according to temperature between a side-emitting laser light source and a single-wavelength side-emitting laser light source according to an exemplary embodiment.
FIG. 8 shows the change in transmittance difference of the light modulator according to the wavelength of the single-wavelength side-emitting laser light source at 25° C., 40° C., and 50° C., respectively.
9 illustrates a change in transmittance of an optical modulator according to a wavelength of a side-emission laser light source at 25° C., 40° C., and 50° C., respectively, according to an exemplary embodiment.
FIG. 10 illustrates changes in light intensity according to a position of an object of each of a side-emitting laser light source and a single-wavelength side-emitting laser light source according to an exemplary embodiment.
11 illustrates an image formed by a side-emitting laser light source according to an exemplary embodiment.
12 shows an image formed by a single-wavelength side-emitting laser light source.
FIG. 13 illustrates an example in which the side emitting laser light source shown in FIG. 1 further includes a cladding layer.
Fig. 14 shows a schematic perspective view of a side emitting laser light source according to another exemplary embodiment.
15 is a II-II sectional view of FIG. 14;
FIG. 16 illustrates an example in which the side-emission laser light source shown in FIG. 14 includes grating regions of three or more wavelength bands.
Fig. 17 shows a schematic perspective view of a side-emitting laser light source according to another exemplary embodiment.
FIG. 18 is a III-III sectional view of FIG. 17 .
FIG. 19 illustrates an example in which the side-emitting laser light source shown in FIG. 17 includes grating regions of three or more wavelength bands.
20 schematically illustrates a 3D image acquisition device according to an exemplary embodiment.
21 schematically illustrates a 3D image capture device according to another exemplary embodiment.
22 schematically illustrates a 3D image acquisition device according to another exemplary embodiment.
23 to 26 show a method of manufacturing the side emitting laser light source shown in FIG. 1 .
27 to 31 show a method of manufacturing the side emitting laser light source shown in FIG. 14 .
이하, 예시적인 실시예에 따른 측면 발광 레이저 광원, 및 이를 포함한 3차원 영상 획득 장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a side emitting laser light source according to an exemplary embodiment and a 3D image capture device including the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.In the following drawings, the same reference numerals denote the same components, and the size of each component in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but these terms are only used to distinguish one component from another.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. Also, when a part "includes" a certain component, it means that it may further include other components unless otherwise stated.
또한, 명세서에 기재된 “...부”, “모듈” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, "A가 B에 구비된"은 A가 B에 접촉 또는 비접촉식으로 구비되는 것으로 해석될 수 있다.In addition, terms such as "...unit" and "module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software or a combination of hardware and software. . Also, "A is provided to B" can be interpreted as A being provided to B in a contact or non-contact manner.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 측면 발광 레이저 광원의 사시도를, 도 2는 도 1의 I-I 단면도를 도시한 것이다.1 is a perspective view of a side emitting laser light source according to an exemplary embodiment, and FIG. 2 is a sectional view II of FIG. 1 .
측면 발광 레이저 광원은 기판(10), 기판(10)에 구비된 활성층(20), 복수 개의 그레이팅 영역(35)을 가지는 파장 선택 섹션(30), 및 복수 개의 그레이팅 영역(35)에 의해 선택된 다중 파장 대역을 가지는 광을 공진시키는 게인 섹션(40)을 포함할 수 있다.The side-emission laser light source includes a
기판(10)은 GaAs 기판일 수 있다. 활성층(20)은 In, Ga, As, P 중 적어도 하나를 포함하는 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, GaAs 재질을 포함할 수 있다. 활성층(20)은 양자 우물 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 압축 스트레인된 양자 우물 및 인장 장벽층을 포함하는 단일 양자 우물 또는 다중 양자 우물로 활성층(20)이 구성될 수 있다. 우물 구조는 예를 들어, GaInN 양자 우물 및 AlGaInN 장벽층을 포함하는 단일 또는 다중 양자 우물 구조일 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니고, 활성층(20)의 재질은 원하는 발진 파장 대역에 따라 다양하게 변경될 수 있다.The
복수 개의 그레이팅 영역(35)이 활성층(20)과 게인 섹션(40) 사이와, 기판(10)과 활성층(20) 사이 중 적어도 하나에 구비될 수 있다.A plurality of
복수 개의 그레이팅 영역(35)은 각각 다른 그레이팅 어레이 구조를 포함할 수 있다. 복수 개의 그레이팅 영역(35)은 그레이팅 어레이 구조에 따라 파장 대역을 선택할 수 있다. 따라서, 복수 개의 그레이팅 영역(35)은 다중 파장 대역의 광을 발진할 수 있다. 예를 들어, 그레이팅의 배열 구조, 그레이팅의 사이즈 등에 따라 일부 파장의 광은 보강 간섭되고, 다른 파장의 광은 상쇄 간섭됨으로써 파장 대역이 선택될 수 있다. 그레이팅 배열 구조는 예를 들어, 그레이팅의 배열 피치, 그레이팅의 배열 방향 등을 포함할 수 있다. 그레이팅의 사이즈는 예를 들어, 그레이팅의 깊이, 그레이팅의 폭 등을 포함할 수 있다. Each of the plurality of
그레이팅 영역(35)에 In, Ga, Al, As, P 중 적어도 하나를 포함하는 화합물, SiO2, SiNx, TiO2, MgF2, Al2O3, Ta2O5 중 적어도 하나를 포함하는 유전 물질, 폴리머, 메탈 등을 포함하는 물질 중 하나 또는 둘 이상의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 유전체 물질은 SiO2/SiNx, Al2O3/TiO2, Al2O3/SiNx, SiO2/Ta2O5 등을 포함할 수 있다A compound containing at least one of In, Ga, Al, As, and P in the
예시적인 실시예에 따른 측면 발광 레이저 광원에서는 다중 파장 대역의 광을 발진시키는 그레이팅 영역(35)이 일체형의 단일 칩 구조를 가질 수 있다. 본딩을 위한 접착층이나 본딩의 결과로 나타나는 연결부(seam)를 가지지 않는 일체형의 단입칩 구조를 가짐으로써, 복수 개의 그레이팅 영역(35)이 동일한 하나의 기판(10) 상에 구비될 수 있다.In the side-emission laser light source according to an exemplary embodiment, the
게인 섹션(40)은 선택된 다중 파장 대역을 가지는 광을 공진시켜 증폭시킬 수 있다. 게인 섹션(40)은 광을 활성층(20)에 대해 평행한 방향으로 왕복 반사시켜 공진시킬 수 있다. The
파장 선택 섹션(30)은 활성층(20)의 상부 또는 하부, 광 출사 방향에 대해 출사면 또는 출사면의 반대 면에 구비될 수 있다. 도 1에서는 파장 선택 섹션(30)이 예를 들어, 활성층(20)의 상부에 구비된 예를 도시하고 있지만, 여기에 한정되는 것은 아니다. The
복수 개의 그레이팅 영역(35)은 예를 들어, 제1그레이팅 영역(35-1), 제2그레이팅 영역(35-2)을 포함할 수 있다. 하지만, 그레이팅 영역의 개수는 여기에 한정되는 것은 아니고, 다양하게 구비될 수 있다. 제1 및 제2 그레이팅 영역(35-1)(35-2)은 예를 들어, 분산 피드백(Distributed Feedback) 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 제1 그레이팅 영역(35-1)은 제1파장 대역(λ1)의 광을, 제2 그레이팅 영역(35-2)은 제2파장 대역(λ2)의 광을 선택적으로 반사할 수 있다.The plurality of
도 1 및 도 2에 도시된 다중 파장 측면 발광 레이저 광원에서 선택된 파장 대역의 광이 공진되는 공진 공간을 예를 들어, 레이저 캐비티라고 할 수 있다. 레이저 캐비티의 폭(LC)은 예를 들어, 1mm 이하일 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 레이저 캐비티의 폭은 다양하게 설계될 수 있다.A resonance space in which light of a wavelength band selected from the multi-wavelength side-emitting laser light source shown in FIGS. 1 and 2 resonates may be referred to as, for example, a laser cavity. The width LC of the laser cavity may be, for example, 1 mm or less. However, it is not limited thereto, and the width of the laser cavity may be designed in various ways.
도 3은 도 1에 도시된 측면 발광 레이저 광원의 복수 개의 그레이팅 영역(35)이 2개 이상의 서로 다른 파장 대역의 광을 발진하는 예를 도시한 것이다.FIG. 3 illustrates an example in which the plurality of
복수 개의 그레이팅 영역(35)은 제1 그레이팅 영역(35-1), 제2 그레이팅 영역(35-2), 제3 그레이팅 영역(35-3),... 제n 그레이팅 영역(35-n)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제n 그레이팅 영역(35-1)(35-2)(35-3)...(35-n)은 각각 다른 파장 대역의 광을 선택할 수 있고, 또는 일부 그레이팅 영역은 같은 파장 대역의 광이 선택되도록 구성될 수 있다. 제1 내지 제n 그레이팅 영역(35-1)(35-2)(35-3)...(35-n)은 광의 출사 방향에 대해 나란하게 배열될 수 있다. 제1 내지 제n 그레이팅 영역(35-1)(35-2)(35-3)...(35-n)에서는 그레이팅의 배열 주기, 그레이팅의 사이즈 등에 의해 파장 대역이 선택될 수 있다. The plurality of
예를 들어, 각 그레이팅 영역은 도 2를 참조하면, 교대로 배열된 랜드(L)와 그루브(G)를 포함할 수 있다. 그레이팅의 배열 주기는 예를 들어, 이웃하는 랜드(L)(또는 그루브(G)) 사이의 피치(Pi)일 수 있다. 그리고, 그레이팅의 사이즈는 예를 들어, 랜드(L)(또는 그루브(G))의 높이, 폭 및/또는 길이에 의해 변화될 수 있다. 각 그레이팅 영역에서 광의 출사 방향은 그레이팅 배열 방향과 나란한 방향일 수 있다. 다시 말하면, 광의 출사 방향은 측면 발광 레이저 광원의 측면 방향일 수 있다.For example, referring to FIG. 2 , each grating area may include alternately arranged lands L and grooves G. An arrangement period of the grating may be, for example, a pitch Pi between neighboring lands L (or grooves G). And, the size of the grating may be changed by, for example, the height, width and/or length of the land L (or groove G). An emission direction of light from each grating area may be in a direction parallel to the grating arrangement direction. In other words, the emission direction of the light may be the side direction of the side-emitting laser light source.
예를 들어, 제1 그레이팅 영역(35-1)은 제1파장(λ1)의 광을 선택하고, 제2 그레이팅 영역(35-2)은 제2파장(λ2)의 광을 선택하고, 제n 그레이팅 영역(35-n)은 제n파장(λn)의 광을 선택하여 반사시킬 수 있다. For example, the first grating region 35-1 selects light of a first wavelength λ1, the second grating region 35-2 selects light of a second wavelength λ2, and the nth wavelength λ2. The grating area 35-n may select and reflect light of the nth wavelength λn.
각 그레이팅 영역에서 선택된 파장 대역의 광은 게인 섹션(40)에서 왕복하면서 공진할 수 있다. 게인 섹션의 양측면에 반사 영역이 구비될 수 있다.The light of the wavelength band selected in each grating region may resonate while reciprocating in the
예시적인 실시예에 따른 측면 발광 레이저 광원은 복수 파장의 광을 출사하도록 구성된 복수 개의 그레이팅 영역이 어레이 구조로 배열된 일체형의 단일 칩 구조를 가질 수 있다. 단일 칩 구조는 본딩을 위한 접착층이나 본딩의 결과로 나타나는 연결부(seam)를 갖지 않는 구조로서 측면 발광 레이저 광원이 단일 기판에서 제작된 구조를 나타낼 수 있다.A side-emission laser light source according to an exemplary embodiment may have an integral single-chip structure in which a plurality of grating regions configured to emit light of a plurality of wavelengths are arranged in an array structure. The single-chip structure is a structure that does not have an adhesive layer for bonding or a seam resulting from bonding, and may represent a structure in which a side-emitting laser light source is fabricated on a single substrate.
예시적인 실시예에 따른 측면 발광 레이저 광원은 예를 들어, 3차원 영상을 획득하는 데 사용될 수 있다. 3차원 영상을 얻기 위해서는 피사체에 대한 거리(또는 깊이) 정보가 필요하며, 거리(또는 깊이) 정확도가 높은 3차원 영상을 얻기 위해서 우수한 전기-광학적 응답 특성을 갖는 광 변조기가 사용될 수 있다. 그런데, 광원과 광 변조기의 온도 변화에 따른 특성 변화 차가 크면 거리(또는 깊이) 정확도가 저하될 수 있다. 이하에서 광원과 광 변조기에 대한 온도 변화에 따른 특성 변화에 대해 설명한다.A side-emission laser light source according to an exemplary embodiment may be used, for example, to obtain a 3D image. In order to obtain a 3D image, distance (or depth) information on a subject is required, and an optical modulator having excellent electro-optical response characteristics may be used to obtain a 3D image with high distance (or depth) accuracy. However, when the difference between the characteristics of the light source and the light modulator due to temperature changes is large, distance (or depth) accuracy may be degraded. Hereinafter, a change in the characteristics of the light source and the light modulator according to temperature change will be described.
도 4는 온도에 따른 파장 변화 특성을 도시한 것이다. 그래프의 가로축은 온도를, 세로축은 파장을 나타낸 것으로, 변화 특성의 경향성만을 보이기 위한 것으로, 단위는 생략한다. 단일 파장의 측면 발광 레이저 광원은 온도 변화에 따라 대략 0.3nm/℃의 파장 변화 특성을 보인다. 광 변조기는 온도 변화에 따라 대략 0.1nm/℃의 파장 변화 특성을 보인다. 본 실시예에 따른 다중 파장의 측면 발광 레이저 광원은 0.07nm/℃의 파장 변화 특성을 보인다. 이 결과에 따르면, 단일 파장의 측면 발광 레이저 광원은 광 변조기와의 온도에 따른 파장 변화 특성 차가 대략 0.2nm/℃가 될 수 있다. 이에 반해, 본 실시예에 따른 다중 파장의 측면 발광 레이저 광원은 광 변조기와의 온도에 따른 파장 변화 특성 차가 대략 0.03nm/℃가 될 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 다중 파장의 측면 발광 레이저 광원이 단일 파장 레이저에 비하여 상대적으로 광 변조기와 유사한 온도 특성을 가지고 있어, 주변 환경의 온도 변화에 대해 높은 거리(또는 깊이) 정확도를 가질 수 있다.4 shows wavelength change characteristics according to temperature. The horizontal axis of the graph represents the temperature, and the vertical axis represents the wavelength, to show only the tendency of change characteristics, and units are omitted. A single-wavelength side-emitting laser light source exhibits a wavelength change characteristic of approximately 0.3 nm/°C with temperature change. The optical modulator exhibits a wavelength change characteristic of approximately 0.1 nm/° C. with temperature change. The multi-wavelength side-emitting laser light source according to this embodiment exhibits a wavelength change characteristic of 0.07 nm/°C. According to this result, the single-wavelength side-emitting laser light source may have a difference in wavelength change characteristics with the light modulator of about 0.2 nm/°C according to temperature. In contrast, the multi-wavelength side-emitting laser light source according to the present embodiment may have a difference in wavelength change characteristics with an optical modulator of about 0.03 nm/°C according to temperature. Therefore, the multi-wavelength side-emitting laser light source according to the present embodiment has a temperature characteristic relatively similar to that of an optical modulator compared to a single-wavelength laser, and thus can have high distance (or depth) accuracy for temperature changes in the surrounding environment. .
도 5는 단일 파장의 측면 발광 레이저 광원의 파장에 따른 광세기와 광 변조기의 파장에 따른 광세기를 비교하여 나타낸 것이다. 광세기를 상대적으로 높은 온도(HT)와 상대적으로 낮은 온도(LT)에 대해 나타내고, 광 변조기와의 온도 변화 특성을 비교한 것이다. 실선이 단일 파장의 측면 발광 레이저 광원에 대한 것이고, 점선이 광 변조기에 대한 것이다. 단일 파장의 측면 발광 레이저 광원의 낮은 온도(LT)에서의 제1피크점(PL1)과 높은 온도(HT)에서의 제2피크점(PL2)의 파장 차이를 △λ1이라고 한다. 광 변조기의 낮은 온도(LT)에서의 제3피크점(PM1)과 높은 온도(HT)에서의 제4피크점(PM2)의 파장 차이를 △λ2라고 한다. 5 shows a comparison between the light intensity according to the wavelength of a single-wavelength side-emitting laser light source and the light intensity according to the wavelength of the light modulator. The light intensity is shown for a relatively high temperature (HT) and a relatively low temperature (LT), and temperature change characteristics with the light modulator are compared. The solid line is for a single wavelength side-emitting laser light source, and the dotted line is for the light modulator. A wavelength difference between a first peak point PL1 at a low temperature LT and a second peak point PL2 at a high temperature HT of a single-wavelength side-emitting laser light source is referred to as Δλ1. A wavelength difference between the third peak point PM1 at the low temperature LT and the fourth peak point PM2 at the high temperature HT of the light modulator is referred to as Δλ2.
도 6은 본 실시예에 따른 다중 파장의 측면 발광 레이저 광원의 파장에 따른 광 세기와 광 변조기의 파장에 따른 광 세기를 비교하여 나타낸 것이다. 광세기를 상대적으로 높은 온도(HT)와 상대적으로 낮은 온도(LT)에 대해 나타내고, 광 변조기와의 온도 변화 특성을 비교한 것이다. 실선이 본 실시예에 따른 다중 파장의 측면 발광 레이저 광원에 대한 것이고, 점선이 광 변조기에 대한 것이다. 본 실시예에 따른 다중 파장의 측면 발광 레이저 광원의 낮은 온도(LT)에서의 제5피크점(PE1)과 높은 온도(HT)에서의 제6피크점(PE2)의 파장 차이를 △?3이라고 한다. 앞에서 설명한 바와 같이 광 변조기의 낮은 온도(LT)에서의 제3피크점(PM1)과 높은 온도(HT)에서의 제4피크점(PM2)의 파장 차이는 △λ2이다. 도 5 및 도 6을 비교하면, △λ1>△λ2이고, △λ2와 △λ3는 거의 같을 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 측면 발광 레이저 광원이 광 변조기의 파장에 따른 광 세기 특성 변화와 거의 유사한 특성을 가질 수 있다. 6 shows a comparison between the light intensity according to the wavelength of the multi-wavelength side-emitting laser light source and the light intensity according to the wavelength of the light modulator according to the present embodiment. The light intensity is shown for a relatively high temperature (HT) and a relatively low temperature (LT), and temperature change characteristics with the light modulator are compared. The solid line is for the multi-wavelength side-emitting laser light source according to this embodiment, and the dotted line is for the light modulator. The wavelength difference between the fifth peak point PE1 at the low temperature LT and the sixth peak point PE2 at the high temperature HT of the multi-wavelength side-emitting laser light source according to the present embodiment is referred to as Δ?3. do. As described above, the wavelength difference between the third peak point PM1 at the low temperature LT and the fourth peak point PM2 at the high temperature HT of the light modulator is Δλ2. Comparing FIGS. 5 and 6 , Δλ1>Δλ2, and Δλ2 and Δλ3 may be almost the same. That is, the side-emitting laser light source according to the present embodiment may have characteristics substantially similar to the change in light intensity characteristics according to the wavelength of the light modulator.
예시적인 실시예에 따른 측면 발광 레이저 광원은 온도 변화에 대하여 광 변조기의 파장 변화 특성과, 광 세기 변화 특성에 대응하는 특성을 가질 수 있다. 즉, 온도 변화에 따른 광 변조기의 파장 변화와 광원의 파장 변화의 차를 감소시킬 수 있다. 그러므로, 온도 변화에 따른 광 변조기의 특성 변화를 효율적으로 보상할 수 있으며, 3차원 거리 센서의 정확도를 높일 수 있다. A side-emission laser light source according to an exemplary embodiment may have characteristics corresponding to the wavelength change characteristics of the light modulator and the light intensity change characteristics with respect to temperature change. That is, the difference between the wavelength change of the light modulator and the wavelength change of the light source according to the temperature change can be reduced. Therefore, it is possible to efficiently compensate for a change in the characteristics of the light modulator due to a change in temperature, and it is possible to increase the accuracy of the 3D distance sensor.
도 7은 온도에 따른 광 변조기의 투과율 차(transmittance difference)를 나타낸 것이다. 투과율 차는 광 변조기에 전압을 인가했을 때 투과율과 전압을 인가하지 않았을 때의 투과율 차이를 나타낸다. 광 변조기에 전압을 인가하지 않은 경우의 투과율이 전압을 인가한 경우의 투과율보다 높을 수 있다. 이러한 투과율 차가 클수록 3차원 거리 센서의 정확도가 높아진다. 여기서, 온도는 광 변조기의 주변 온도를 나타낼 수 있다. 점선은 단일 파장의 측면 발광 레이저 광원에 대한 것을 나타낸 것이고, 실선은 본 실시예에 따른 다중 파장의 측면 발광 레이저 광원에 대한 것을 나타낸 것이다. 단일 파장의 측면 발광 레이저 광원에 대해서는, 온도 변화에 따라 광 변조기의 투과율 차가 변하는데 반해, 본 실시예에 따른 다중 파장의 측면 발광 레이저 광원에 대해서는 온도 변화에 관계 없이 광 변조기의 투과율 차가 거의 균일할 수 있다. 광 변조기의 투과율 차가 온도에 관계 없이 일정하게 유지될 때, 3차원 거리 센서의 정확도가 온도 변화에 영향을 받지 않고 일정하게 유지될 수 있다. 온도 변화에 따라 광 변조기의 투과율 차가 변화되면, 광 변조기가 온도에 민감하게 반응하여 거리 센싱의 정확도가 떨어질 수 있다. 7 shows a transmittance difference of an optical modulator according to temperature. The difference in transmittance represents a difference in transmittance when voltage is applied to the light modulator and transmittance when voltage is not applied. Transmittance when voltage is not applied to the optical modulator may be higher than transmittance when voltage is applied. The greater the transmittance difference, the higher the accuracy of the 3D distance sensor. Here, the temperature may represent the ambient temperature of the light modulator. The dotted line represents a single-wavelength side-emitting laser light source, and the solid line represents a multi-wavelength side-emitting laser light source according to the present embodiment. For a single-wavelength side-emitting laser light source, the difference in transmittance of the light modulator changes with temperature change, whereas for the multi-wavelength side-emitting laser light source according to the present embodiment, the difference in transmittance of the light modulator is almost uniform regardless of temperature change. can When the transmittance difference of the light modulator is kept constant regardless of the temperature, the accuracy of the 3D distance sensor can be kept constant without being affected by the temperature change. When the transmittance difference of the light modulator changes according to the temperature change, the light modulator reacts sensitively to the temperature, and thus the accuracy of distance sensing may deteriorate.
한편, 예시적인 실시예에 따른 측면 발광 레이저 광원은 적색 파장 대역의 광을 출사할 수 있다. 예를 들어, 측면 발광 레이저 광원은, 780nm에서 1650nm 범위의 파장을 가지는 광을 출사할 수 있다. 측면 발광 레이저 광원은 예를 들어, 800nm에서 1600nm 범위의 파장을 가지는 광을 출사할 수 있다. Meanwhile, the side-emitting laser light source according to an exemplary embodiment may emit light in a red wavelength band. For example, the side-emitting laser light source may emit light having a wavelength ranging from 780 nm to 1650 nm. The side-emitting laser light source may emit light having a wavelength ranging from 800 nm to 1600 nm, for example.
도 8은 단일 파장 측면 발광 레이저 광원의 파장에 따른 광 변조기의 최대 투과율 차의 변화를 온도 별로 나타낸 것이다. 도 8은 광변조기 외부 온도가 25℃, 40℃, 50℃일 때, 광의 파장에 따른 광 변조기의 최대 투과율 차의 변화를 보여준다. 광 변조기에서 열이 발생하기 때문에 일반적으로 외부 온도보다 광 변조기의 온도가 높다. 도 8은 외부 온도 25℃, 40℃, 50℃ 에 대해 광 변조기의 온도가 각각 50℃, 60℃, 70℃인 경우를 보여준다. 광 변조기는 예를 들어 최대 투과율 차가 대략 30% 이상일 때 3차원 거리 센서의 양호한 센싱 효율을 확보할 수 있다. 도 8을 참조하면, 광변조기가 외부 온도와 상관 없이투과율 차를 대략 30%로 확보할 수 있는 중첩 파장 대역이 3.5nm임을 알 수 있다. 도 9는 본 실시예에 따른 다중 파장의 측면 발광 레이저 광원의 파장에 따른 광 변조기의 최대 투과율 차의 변화를 온도 별로 나타낸 것이다. 도 9를 참조하면, 외부 온도 25℃, 40℃, 50℃에서의 대략 30% 투과율 차에 대응되는 중첩 파장 대역이 7nm일 수 있다. 광 변조기의 가능한 외부 온도 범위에 대하여, 소정 투과율 차를 확보할 수 있는 중첩 파장 대역이 클 수록, 광원과 광 변조기의 온도 변화에 따른 광 투과 특성 차가 적고, 온도 변화에 따른 광 투과 특성의 차이가 적을수록 거리 센싱의 정확도가 높아질 수 있다.8 shows a change in maximum transmittance difference of an optical modulator according to a wavelength of a single wavelength side-emitting laser light source for each temperature. 8 shows a change in the maximum transmittance difference of the light modulator according to the wavelength of light when the external temperature of the light modulator is 25° C., 40° C., and 50° C. Since heat is generated in the optical modulator, the temperature of the optical modulator is generally higher than the external temperature. 8 shows a case where the temperature of the light modulator is 50°C, 60°C, and 70°C, respectively, for external temperatures of 25°C, 40°C, and 50°C. The optical modulator may ensure good sensing efficiency of the 3D distance sensor when the maximum transmittance difference is about 30% or more. Referring to FIG. 8 , it can be seen that the overlapping wavelength band in which the optical modulator can secure a transmittance difference of approximately 30% regardless of the external temperature is 3.5 nm. FIG. 9 shows the change in the maximum transmittance difference of the light modulator according to the wavelength of the multi-wavelength side-emitting laser light source according to the present embodiment according to temperature. Referring to FIG. 9 , an overlapping wavelength band corresponding to a transmittance difference of approximately 30% at external temperatures of 25° C., 40° C., and 50° C. may be 7 nm. With respect to the possible external temperature range of the light modulator, the larger the overlapping wavelength band that can secure the predetermined transmittance difference, the smaller the difference in light transmission characteristics according to the temperature change between the light source and the light modulator, and the difference in light transmission characteristics according to the temperature change The smaller the number, the higher the accuracy of distance sensing.
도 10은 단일 파장의 측면 발광 레이저 광원과 다파장의 측면 발광 레이저 광원의 조명 위치에 대한 플럭츄에이션 패턴(fluctuation pattern)을 나타낸 것이다. 예를 들어, 도 11은 단일 파장의 측면 발광 레이저 광원에 의해 조사된 광을 이용하여 대상체(OBJ)를 촬영한 영상을 나타내고, 도 12는 다중 파장의 측면 발광 레이저 광원에 의해 조사된 광을 이용하여 대상체(OBJ)를 촬영한 영상을 나타낸 것이다. 도 10은 대상체(OBJ) 영상의 소정 위치(P)에서의 광 세기를 측정하여 임의 단위(a.u.)로 나타낸 것이다. 도 10에서 점선이 단일 파장의 측면 발광 레이저 광원에 대한 것이고, 실선이 다중 파장의 측면 발광 레이저 광원에 대한 것이다. 예를 들어, 단일 파장의 측면 발광 레이저 광원의 플럭츄에이션 패턴의 최대 진폭이 18이고, 다중 파장의 측면 발광 레이저 광원의 플럭츄에이션 패턴의 최대 진폭이 11일 수 있다. 이와 같이, 단일 파장의 측면 발광 레이저 광원에 비해 다중 파장의 측면 발광 레이저 광원의 플럭츄에이션 진폭이 감소될 수 있다. 플럭츄에이션 진폭이 감소되면 레이저의 스페클이 감소될 수 있다.10 illustrates a fluctuation pattern of a single-wavelength side-emitting laser light source and a multi-wavelength side-emitting laser light source for illumination positions. For example, FIG. 11 shows an image obtained by capturing an object OBJ using light emitted from a single-wavelength side-emitting laser light source, and FIG. 12 shows an image obtained by using light emitted from a multi-wavelength side-emitting laser light source. This shows an image of the object (OBJ) photographed. 10 shows the measured light intensity at a predetermined position (P) of the image of the object (OBJ) and expressed in arbitrary units (a.u.). In FIG. 10 , a dotted line indicates a single-wavelength side-emitting laser light source, and a solid line indicates a multi-wavelength side-emitting laser light source. For example, the maximum amplitude of a fluctuation pattern of a single-wavelength side-emitting laser light source may be 18, and the maximum amplitude of a fluctuation pattern of a multi-wavelength side-emitting laser light source may be 11. In this way, the fluctuation amplitude of the multi-wavelength side-emitting laser light source can be reduced compared to the single-wavelength side-emitting laser light source. The speckle of the laser can be reduced if the fluctuation amplitude is reduced.
예시적인 실시예에 따른 측면 발광 레이저 광원은 일체형의 단일 칩 구조로 다중 파장 대역을 갖도록 구성되므로, 소형화될 수 있고, 각 파장 대역 특성의 불균일도를 줄일 수 있고, 생산비를 저감할 수 있다. Since the side-emission laser light source according to the exemplary embodiment is configured to have multiple wavelength bands in an integral single-chip structure, it can be miniaturized, and non-uniformity of characteristics of each wavelength band can be reduced, and production cost can be reduced.
도 13은 도 1에 도시된 측면 발광 레이저 광원이 클래드층을 더 구비한 예를 도시한 것이다. 도 1과 동일한 참조 번호에 대한 구성 요소에 대해서는 상세한 설명을 생략한다. 예를 들어, 활성층(20)의 일 면에 제1형 클래드층(21)이 구비되고, 활성층(20)의 다른 면에 제2형 클래드층(22)이 구비될 수 있다. 제1형 클래드층(21)은 예를 들어, n형 클래드층일 수 있으며, 제2형 클래드층(22)은 예를 들어, p형 클래드층일 수 있다. 또는, 제1형 클래드층(21)은 예를 들어, p형 클래드층일 수 있으며, 제2형 클래드층(22)은 예를 들어, n형 클래드층일 수 있다.FIG. 13 illustrates an example in which the side emitting laser light source shown in FIG. 1 further includes a cladding layer. Detailed descriptions of elements having the same reference numerals as those in FIG. 1 are omitted. For example, the first
n형 클래드층 및 p형 클래드층은 예를 들어, GaN, AlGaN, 또는 AlGaInN의 벌크 결정, 또는 AlGaN/AlGaN 또는 AlGaN/GaN 의 초격자 구조를 포함할 수 있다. 하지만, 여기에 한정되는 것은 아니고, 다양한 재질로 형성될 수 있다. 제1형 클래드층(21)과 제2형 클래드층(22)은 광 가둠(optical confinement) 효과를 향상하여 광 효율을 높일 수 있다.The n-type cladding layer and the p-type cladding layer may include, for example, a bulk crystal of GaN, AlGaN, or AlGaInN, or a superlattice structure of AlGaN/AlGaN or AlGaN/GaN. However, it is not limited thereto and may be formed of various materials. The first-
도 14는 다른 예시적인 실시예에 따른 측면 발광 레이저 광원의 사시도를, 도 15는 도 14의 Ⅱ-Ⅱ 단면도를 도시한 것이다. 측면 발광 레이저 광원은 기판(110), 기판(110)에 구비된 활성층(120), 복수 개의 그레이팅 영역(135)을 가지는 파장 선택 섹션(130), 및 복수 개의 그레이팅 영역(135)에 의해 선택된 다중 파장 대역을 가지는 광을 공진시키는 게인 섹션(140)을 포함할 수 있다. 파장 선택 섹션(130)은 활성층(120)의 측면에 나란하게 구비될 수 있다. 즉, 기판(110)의 일부에 활성층(120)이 구비되고, 기판(110)의 나머지 부분에 파장 선택 섹션(130)이 구비될 수 있다. 게인 섹션(140)이 활성층(120) 상부에 구비될 수 있다. 14 is a perspective view of a side emitting laser light source according to another exemplary embodiment, and FIG. 15 is a cross-sectional view II-II of FIG. 14 . The side-emission laser light source includes a
복수 개의 그레이팅 영역(135)이 게인 섹션(140)의 외부에 구비될 수 있다. 예를 들어, 게인 섹션(140)이 광 출사면과 광 반사면을 가지고, 복수 개의 그레이팅 영역(135)이 광 출사면의 전방과 광 반사면의 후방 중 적어도 하나에 구비될 수 있다.A plurality of
복수 개의 그레이팅 영역(135)은 예를 들어, 제1 그레이팅 영역(135-1)과 제2 그레이팅 영역(135-2)을 포함할 수 있다. 파장 선택 섹션(130)은 예를 들어, 분산 브레그 반사부(Distributed Bragg Reflector) 역할을 할 수 있다.The plurality of
예를 들어, 복수 개의 그레이팅 영역(135)의 그레이팅의 배열 구조, 그레이팅의 사이즈 등에 따라 일부 파장의 광은 보강 간섭되고, 다른 파장의 광은 상쇄 간섭됨으로써 파장 대역이 선택될 수 있다. 그레이팅 배열 구조는 예를 들어, 그레이팅의 배열 피치, 그레이팅의 배열 방향 등을 포함할 수 있다. 그레이팅의 사이즈는 예를 들어, 그레이팅의 깊이, 그레이팅의 폭 등을 포함할 수 있다. 게인 섹션(140)은 선택된 다중 파장 대역을 가지는 광을 공진시켜 진폭시킬 수 있다. 게인 섹션(140)은 광을 활성층(120)에 대해 평행한 방향으로 왕복 반사시키면서 증폭된 광을 출사시킬 수 있다.For example, a wavelength band may be selected by constructively interfering with light of some wavelengths and destructively interfering with light of other wavelengths according to the grating arrangement structure of the plurality of
도 15에 도시된 다중 파장 측면 발광 레이저 광원에서 레이저 캐비티의 폭(LC)은 예를 들어, 2mm 이하일 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 레이저 캐비티의 폭은 다양하게 설계될 수 있다.In the multi-wavelength side-emitting laser light source shown in FIG. 15 , the width LC of the laser cavity may be, for example, 2 mm or less. However, it is not limited thereto, and the width of the laser cavity may be designed in various ways.
도 14에 도시된 DBR 타입의 측면 발광 레이저 광원은 일체형의 단일 칩 구조로 다중 파장 대역을 갖도록 구성되므로, 소형화될 수 있고, 각 파장 대역 특성의 불균일도를 줄일 수 있고, 생산비를 저감할 수 있다. 그리고, 단일 파장의 측면 발광 레이저 광원에 비해 광 변조기의 온도 변화에 따른 파장 변화 특성의 차이가 상대적으로 적기 때문에 3차원 거리 센서 효율과 정확도가 증가될 수 있다. 또한, 측면 발광 레이저 광원이 고출력 및 고효율 특성을 보이며, 그레이팅 적용으로 인해 파장 선택성이 높아 3차원 거리 센서에 효과적으로 적용할 수 있다.Since the DBR-type side-emission laser light source shown in FIG. 14 is configured to have multiple wavelength bands in an integrated single-chip structure, it can be miniaturized, can reduce non-uniformity of characteristics of each wavelength band, and can reduce production cost. . In addition, since the difference in wavelength change characteristics according to the temperature change of the light modulator is relatively small compared to a single-wavelength side-emitting laser light source, efficiency and accuracy of the 3D distance sensor can be increased. In addition, the side-emitting laser light source exhibits high power and high efficiency characteristics, and has high wavelength selectivity due to the application of the grating, so that it can be effectively applied to a 3D distance sensor.
도 14에서는 그레이팅 영역이 두 개인 예를 도시하였지만, 도 16에 도시된 바와 같이 세 개 이상의 그레이팅 영역을 가지는 것도 가능하며, 원하는 선택 파장 대역에 따라 그레이팅 영역을 다양하게 설계할 수 있다. 도 16에서는 파장 선택 섹션(130)이 제1 그레이팅 영역(135-1), 제2 그레이팅 영역(135-2), 제3 그레이팅 영역(135-3), 제4 그레이팅 영역(135-4),..., 제n 그레이팅 영역(135-n)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 그레이팅 영역(135-1)은 제1파장(λ1)의 광을 선택하고, 제2 그레이팅 영역(135-2)은 제2파장(λ2)의 광을 선택하고, 제n 그레이팅 영역(135-n)은 제n파장(λn)의 광을 선택하여 반사시킬 수 있다. Although FIG. 14 shows an example with two grating areas, it is possible to have three or more grating areas as shown in FIG. 16, and the grating area can be designed in various ways according to a desired selected wavelength band. 16, the
다음, 도 17은 예시적인 실시예에 따른 측면 발광 레이저 광원의 사시도를 도시한 것이고, 도 18은 도 17의 Ⅲ-Ⅲ 단면도를 도시한 것이다. Next, FIG. 17 is a perspective view of a side-emitting laser light source according to an exemplary embodiment, and FIG. 18 is a cross-sectional view taken along line III-III of FIG. 17 .
예시적인 측면 발광 레이저 광원은 기판(310), 기판(310)에 구비된 활성층(320), 복수 개의 그레이팅 영역을 가지는 복수 개의 파장 선택 섹션, 및 복수 개의 그레이팅 영역에 의해 선택된 다중 파장 대역을 가지는 광을 공진시키는 게인 섹션(340)을 포함할 수 있다. An exemplary side-emitting laser light source includes a
예를 들어, 복수 개의 파장 선택 섹션은 활성층(320)의 측면에 나란하게 구비될 수 있다. 예를 들어, 활성층(320)의 일 측에 제1 파장 선택 섹션(331)이 구비되고, 활성층(320)의 타 측에 제2 파장 선택 섹션(332)가 구비될 수 있다. 게인 섹션(340)이 활성층(320) 상부에 구비될 수 있다. For example, a plurality of wavelength selection sections may be provided side by side on the side of the
제1 파장 선택 섹션(331)과 제2 파장 선택 섹션(332)은 서로 대응되는 복수 개의 그레이팅 영역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 파장 선택 섹션(331)은 제1파장 대역(λ1)을 선택하도록 구성된 제1 그레이팅 영역(335-1)과 제2파장 대역(λ2)을 선택하도록 구성된 제2 그레이팅 영역(335-2)을 포함할 수 있다. 제2 파장 선택 섹션(332)은 제3 그레이팅 영역(336-1)과 제4 그레이팅 영역(336-2)을 포함할 수 있다.The first
예를 들어, 제3 그레이팅 영역(336-1)은 제1 그레이팅 영역(335-1)과 동일한 그레이팅 어레이 구조를 가질 수 있다. 제4 그레이팅 영역(336-2)은 제2 그레이팅 영역(335-2)과 동일한 그레이팅 어레이 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제3 그레이팅 영역(336-1)이 제1 그레이팅 영역(335-1)보다 짧은 길이를 가질 수 있다. 제4 그레이팅 영역(336-2)이 제2 그레이팅 영역(335-2)보다 짧은 길이를 가질 수 있다. 하지만, 여기에 한정되는 것은 아니고, 그 길이는 다양하게 선택될 수 있다.For example, the third grating area 336-1 may have the same grating array structure as the first grating area 335-1. The fourth grating area 336-2 may have the same grating array structure as the second grating area 335-2. For example, the third grating area 336-1 may have a shorter length than the first grating area 335-1. The fourth grating area 336-2 may have a shorter length than the second grating area 335-2. However, it is not limited thereto, and the length may be variously selected.
제1 그레이팅 영역(335-1)과 제3 그레이팅 영역(336-1)에 의해 제1 파장 대역(λ1)의 광이 선택될 수 있고, 제2 그레이팅 영역(335-2)과 제4 그레이팅 영역(336-2)에 의해 제2 파장 대역(λ2)의 광이 선택될 수 있다.Light of the first wavelength band λ1 can be selected by the first grating area 335-1 and the third grating area 336-1, and the second grating area 335-2 and the fourth grating area Light of the second wavelength band λ2 may be selected by 336-2.
도 18에 도시된 다중 파장 측면 발광 레이저 광원에서 레이저 캐비티의 폭(LC)은 예를 들어, 2.5mm 이하일 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 레이저 캐비티의 폭은 다양하게 설계될 수 있다.In the multi-wavelength side-emission laser light source shown in FIG. 18 , the width LC of the laser cavity may be, for example, 2.5 mm or less. However, it is not limited thereto, and the width of the laser cavity may be designed in various ways.
도 19에 도시된 바와 같이 각 파장 선택 섹션이 세 개 이상의 그레이팅 영역을 포함하는 것도 가능하다. 예를 들어, (335-1)(335-2)...(335-n)을 가지는 것도 가능하며, 원하는 선택 파장 대역에 따라 그레이팅 영역을 다양하게 설계할 수 있다.As shown in FIG. 19, it is also possible that each wavelength selection section includes three or more grating regions. For example, it is possible to have (335-1)(335-2)...(335-n), and the grating area can be designed in various ways according to a desired selected wavelength band.
제1 파장 선택 섹션(331)이 제1-1 그레이팅 영역(335-1), 제1-2 그레이팅 영역(335-2), 제1-3 그레이팅 영역(335-3), 제1-4 그레이팅 영역(335-4),..., 제1-n 그레이팅 영역(135-n)을 포함할 수 있다. 제2 파장 선택 섹션(332)이 제2-1 그레이팅 영역(336-1), 제2-2 그레이팅 영역(336-2), 제2-3 그레이팅 영역(336-3), 제2-4 그레이팅 영역(336-4),..., 제2-n 그레이팅 영역(336-n)을 포함할 수 있다.The first
예를 들어, 제1-1 그레이팅 영역(335-1)과, 제2-1 그레이팅 영역(336-1)은 제1파장(λ1)의 광을 선택하고, 제1-2 그레이팅 영역(335-2)과 제2-2 그레이티이 영역(336-2)은 제2파장(λ2)의 광을 선택하고, 제1-n 그레이팅 영역(335-n)과 제2-n 그레이팅 영역(336-n)은 제n파장(λn)의 광을 선택하여 반사시킬 수 있다.For example, the 1-1st grating area 335-1 and the 2-1st grating area 336-1 select light of the first wavelength λ1, and the 1-2nd grating area 335-1 2) and the 2-2nd grating area 336-2 select light of the second wavelength λ2, and the 1-n grating area 335-n and the 2-n grating area 336-n ) may select and reflect light of the nth wavelength (λn).
한편, 도시되지는 않았지만, 활성층(320)의 일 면에 제1형 클래드층이 구비되고, 타면에 제2형 클래드층이 더 구비될 수 있다. Meanwhile, although not shown, a
도 20은 예시적인 실시예에 따른 3차원 영상 획득 장치(400)를 개략적으로 도시한 것이다. 3차원 영상 획득 장치(400)는 대상체(OBJ)에 광을 조사하는 광원(410), 대상체(OBJ)에서 반사된 광을 변조하는 광 변조기(430), 광 변조기(430)에 의해 변조된 광을 수광하여 영상을 형성하는 이미지 센서(440)를 포함할 수 있다.20 schematically illustrates a 3D
광원(410)으로는 도 1 내지 도 19를 참조하여 설명한 다중 파장의 측면 발광 레이저 광원이 채용될 수 있다. 광원(410)은 예를 들어, 일체형의 단일 칩 구조를 가지는 다파장의 적색 레이저 광원을 포함할 수 있다. 적색 파장 대역은 예를 들어, 780-1650nm 범위를 가질 수 있다. 적색 파장 대역은 예를 들어, 800-1600nm 범위를 가질 수 있다. 광 변조기(430)는 투과형으로, 대상체(OBJ)에서 반사된 광의 진폭 또는 위상을 변조할 수 있다. 광원(410)과 광 변조기(430) 사이에 광을 집광하기 위한 적어도 하나의 렌즈(420)가 더 구비될 수 있다.As the
측면 발광 레이저 광원(410)은 단일 칩 구조의 다파장 레이저를 대상체(OBJ)에 조사할 수 있다. 그럼으로써, 온도 변화에 따른 광원(410)의 특성 변화와 광 변조기(430)의 특성 변화의 차를 감소시킬 수 있다. 광원(410)과 광 변조기(430)의 외부 환경에 대한 특성 변화의 차가 적으면, 대상체(OBJ)의 거리(깊이)의 정확도가 높아질 수 있다. 또한, 스페클을 감소시킴으로써 3차원 영상 획득 장치에 의한 영상의 품질을 높일 수 있다.The side-emitting
도 21은 예시적인 실시예에 따른 3차원 영상 획득 장치(500)의 개략적인 구성을 보인 것이다. 21 shows a schematic configuration of a 3D
3차원 영상 획득 장치(500)는 예를 들어, 광 시간-비행법(Time Of Flight)을 이용하여 대상체(OBJ)의 깊이 정보를 추출할 수 있도록 구성될 수 있다. The 3D
3차원 영상 획득 장치(500)는 대상체(OBJ)에 다중 파장 대역의 광을 조사하는 측면 발광 레이저 광원(505), 대상체(OBJ)에서 반사된 광을 변조하는 광 변조기(510), 광 변조기(510)에 의해 변조된 광을 센싱하여 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서(515), 이미지센서(515)에서의 출력으로부터 깊이 영상 정보를 산출하는 신호 처리부(530)를 포함할 수 있다. 또한, 광원(505), 광 변조기(510), 이미지센서(515), 신호 처리부(530)의 동작을 제어하기 위한 제어부(555)를 포함할 수 있다. 광원(505)은 도 1 내지 도 19를 참조하여 설명한 광원이 채용될 수 있다.The 3D
3차원 영상 획득 장치(500)는 대상체(OBJ)로부터 반사된 적외선 광을 광 변조기(510)에 집광하는 제1렌즈(540)를 더 포함할 수 있다. 그리고 제1렌즈(540)와 광 변조기(510) 사이에는 대상체(OBJ)로부터 반사된 광 중 소정 파장 대역의 광만을 투과시키는 대역 투과 필터(bandpass filter)(545)가 더 구비될 수 있다. 예를 들어, 대역 투과 필터(545)는 광원(505)에서 조사되는 파장 대역의 광만을 투과시킬 수 있다. 제1렌즈(540)와 대역 투과 필터(545)의 배치 순서는 뒤바뀔 수도 있다. 광 변조기(510)와 이미지센서(515) 사이에 광 변조기(510)에서 변조된 광을 이미지센서(515)에 집광하는 제2렌즈(550)가 더 구비될 수 있다.The 3D
광원(505)은 예를 들어, 780nm에서 1650nm 범위의 다중 파장 대역의 적외선 광을 조사하도록 구성될 수 있다. 광원(505)은 예를 들어, 800nm에서 1600nm 범위의 다중 파장 대역의 적외선 광을 조사하도록 구성될 수 있다. The
광원(505)은 제어부(555)로부터 수신된 제어 신호에 따라 광을 대상체(OBJ)에 투사할 수 있다. 광원(505)으로부터 대상체(OBJ)로 투사되는 투사 광은 소정의 주기(Te)를 갖는 주기적인 연속 함수의 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 투사광은 사인파, 램프파, 사각파 등과 같이 특수하게 정의된 파형을 가질 수도 있지만, 정의되지 않은 일반적인 형태의 파형을 가질 수도 있다. 또한, 광원(505)은 제어부(555)에 의해 주기적으로 일정 시간 동안만 광을 대상체(OBJ)에 투사할 수 있다. The
광 변조기(510)는 대상체(OBJ)로부터 반사된 광을 제어부(555)에 의해 변조할 수 있다. 광 변조기(510)는 소정의 파형을 갖는 광변조 신호에 따라 이득을 변화시켜 투과광의 크기를 변조시킬 수 있다. 이를 위해, 광 변조기(510)는 가변 이득을 가질 수 있다. 광 변조기(510)는 거리에 따른 빛의 위상차 또는 이동 시간을 식별하기 위해 예를 들어, 수십~수백 MHz의 높은 변조 속도로 동작할 수 있다. The
이미지센서(515)는 광 변조기(510)에 의해 변조된 광을 검출하여 영상을 형성할 수 있다. 예를 들어, 대상체(OBJ)의 어느 한 점까지의 거리만을 측정하고자 하는 경우, 이미지센서(515)는 예를 들어 포토다이오드나 적분기와 같은 하나의 단일한 광센서를 사용할 수도 있다. 또는, 대상체(OBJ) 상의 다수의 점들까지의 거리들을 동시에 측정하고자 하는 경우, 이미지센서(515)는 다수의 포토다이오드 또는 다른 광검출기들의 1차원 또는 2차원 어레이를 가질 수도 있다. 예를 들어, 이미지센서(515)는 2차원 어레이를 갖는 CCD 이미지 센서 또는 CMOS 이미지 센서일 수도 있다. The
신호 처리부(530)는 이미지센서(515)의 출력을 기초로, 깊이 정보를 산출하고, 깊이 정보가 포함된 영상을 생성할 수 있다. 신호 처리부(530)는 예를 들어 전용의 집적회로(IC)로 구현될 수도 있으며, 또는 3차원 영상 획득 장치(500) 내에 설치된 소프트웨어로도 구현될 수 있다. 소프트웨어로 구현되는 경우, 신호 처리부(530)는 별도의 이동 가능한 저장 매체에 저장될 수도 있다.The
광원(505)으로부터 방출된 광은 대상체(OBJ)의 표면에서 반사되어, 제1렌즈(540)로 입사할 수 있다. 일반적으로 실제의 대상체(OBJ)는 3차원 영상 획득 장치(500)의 촬영 면까지의 거리, 즉 깊이(depth)가 서로 다른 다수의 표면들이 2차원 어레이를 이룰 것이지만, 도면에는 설명의 단순화를 위하여 깊이(depth)가 서로 다른 제1 내지 제5 표면(P1~P5)을 갖는 대상체(OBJ)가 예시적으로 도시되어 있다. 투사 광이 각각의 제1 내지 제5 표면(P1~P5)에서 반사되면서, 상이하게 시간 지연된(즉, 위상이 상이한) 5개의 반사광이 발생할 수 있다. 이 때, 3차원 영상 획득 장치(500)로부터의 거리가 가장 먼 제1표면(P1)에서 반사된 반사광은 TOF1 만큼의 시간 지연 후 제1렌즈(540)에 도달하고, 3차원 영상 획득 장치(500)로부터의 거리가 가장 가까운 제5표면(P5)에서 반사된 반사광은 TOF1보다 작은 TOF5 만큼의 시간 지연 후 제1렌즈(540)에 도달할 것이다.Light emitted from the
각각 다른 시간 지연(또는, 위상 지연)을 가지는 반사광이 광 변조기(510)에 입사될 수 있다. 광이 광 변조기(510)에 입사되기 전에, 대역 투과 필터(545)에 의해, 광원(505)에서 조사된 파장 대역 이외의 배경광이나 잡광은 제거될 수 있다.Reflected light having different time delays (or phase delays) may be incident to the
위상 지연의 정도가 다른 반사광들은 광 변조기(510)에 의해 진폭 또는 위상이 변조될 수 있다. 변조된 광은 제2렌즈(550)를 통과하면서 배율 조정 및 포커싱된 후 이미지센서(515)에 도달할 수 있다. 이미지센서(515)는 상기 변조된 광을 수광하여 이를 전기적 신호로 변환할 수 있다. 이미지센서(515)의 출력 신호(I1~I5)는 서로 다른 깊이 정보를 포함하고 있으며, 신호 처리부(530)는 이를 기초로, 대상체(OBJ)의 각각의 제1 내지 제5표면(P1~P5)에 대응하는 깊이(Depth1~Depth5) 정보를 산출하고, 깊이 정보가 포함된 영상을 생성할 수 있다. Amplitudes or phases of the reflected lights having different degrees of phase delay may be modulated by the
도 22는 다른 예시적인 실시예에 따른 3차원 영상 획득 장치(600)의 개략적인 구성을 보인 것이다. 22 shows a schematic configuration of a 3D
3차원 영상 획득 장치(600)는 2차원의 컬러 영상을 촬영하는 구성과 함께, 광 시간-비행법(TOF)을 이용하여 대상체(OBJ)의 깊이 정보를 추출할 수 있다.The 3D
3차원 영상 획득 장치(600)는 대상체(OBJ)에 예를 들어, 광원(605), 대상체(OBJ)로부터 반사된 광을 변조하는 광 변조기(610), 광 변조기(610)에 의해 변조된 광을 센싱하여 전기적 신호로 변환하는 제1 이미지센서(615), 대상체(OBJ)로부터 반사된 가시광(R,G,B) 대역의 광학 상을 전기적 신호로 변환하는 제2 이미지센서(625), 제1 이미지센서(615) 및 제2 이미지센서(625)로부터 각각 출력되는 전기적 신호들로부터 깊이 정보 및 컬러 정보를 산출하여 대상체의 3차원 영상을 생성하는 3차원 영상신호 처리부(630)를 포함할 수 있다. 또한, 광원(605), 광 변조기(610), 제1 이미지센서(615), 제2 이미지센서(625), 3차원 영상 신호 처리부(630)의 동작을 제어하기 위한 제어부(655)를 포함할 수 있다.The 3D
광원(605)은 예를 들어, 도 1 내지 19를 참조하여 설명한 광원이 채용될 수 있다. 광원(605)은 예를 들어, 780nm-1650nm 사이의 다중 파장의 적외선 광(IR)을 조사할 수 있다. 광원(605)은 예를 들어, 800nm-1600nm 사이의 다중 파장의 적외선 광(IR)을 조사할 수 있다.As the
3차원 영상 획득 장치(600)는 대상체(OBJ)에서 반사된 광 중, 적외선광(IR)이 제1 이미지센서(615)를 향하고, 가시광이 제2 이미지센서(625)를 향하도록 분기하는 빔스플리터(635)를 더 포함할 수 있다. The 3D
빔스플리터(635)와 광 변조기(610) 사이에, 빔스플리터(635)로부터 분기된 적외선 광(IR)을 광 변조기(610)에 집광하는 제1렌즈(640)가 더 구비될 수 있고, 대상체(OBJ)로부터 반사된 광 중 소정 파장 대역의 광만을 투과시키는 대역 투과 필터(bandpass filter)(645)가 더 구비될 수 있다. 예를 들어, 대역 투과 필터(645)는 광원에서 조사되는 파장 대역의 광만을 투과시킬 수 있다. 제1렌즈(640)와 대역 투과 필터(645)의 배치 순서는 뒤바뀔 수도 있다. 광 변조기(610)와 제1 이미지센서(615) 사이에는 광 변조기(610)에서 변조된 광을 제1 이미지센서(615)에 집광하는 제2렌즈(650)가 더 구비될 수 있다.Between the
도면에서는 대상체(OBJ)로부터 반사된 적외선 광(IR)과 가시광(R,G,B)이 촬영 렌즈(620)를 공통적으로 경유하고 있으나, 가시광(R,G,B)만이 촬영 렌즈(620)를 경유하고, 적외선광(IR)은 촬영 렌즈(620)를 경유하지 않는 경로로 광 변조기(610)에 입사되는 광학적 배치로 변경될 수도 있다.In the drawing, although infrared light (IR) and visible light (R, G, and B) reflected from the object (OBJ) pass through the photographing
광 변조기(610)는 소정의 파형을 갖는 광 변조 신호에 따라 이득을 변화시켜 투과광의 진폭 또는 위상을 변조할 수 있다. 변조된 광은 제1 이미지센서(615)에서 센싱되고, 제1 이미지센서(615)에서 대상체(OBJ)의 깊이 정보를 담은 신호가 출력될 수 있다. 제2 이미지센서(625)에서 대상체(OBJ)의 컬러 정보를 담은 신호가 출력될 수 있다. The
3차원 영상 신호 처리부(630)는 제1 이미지센서(615) 및 제2 이미지센서(625)에서의 출력으로부터 3차원 영상 신호를 생성할 수 있다.The 3D image
예시적인 실시예에 따른 3차원 영상 획득 장치는 예를 들어, 로봇 청소기, 동작 인식 DTV(Digital TV), DSC(Digital Security Controls) 카메라, 3D 카메라, 대상체(object)와의 거리 정보를 획득할 수 있는 3D 카메라, 모션 캡처 센서(motion sensor), 레이저 레이더(Laser Radar) 등 다양한 분야에 적용될 수 있다. 3차원 영상 획득 장치가 로봇 청소기의 장애물 감지를 위한 센서에 적용될 수 있다. 또한, 3차원 영상 획득 장치가 DTV의 동작 인식을 위한 깊이 센서에 채용될 수 있다. 또한, 3차원 영상 획득 장치가 보안 카메라의 인증/인식 센서에 적용될 수 있다. 또한, 3차원 영상 획득 장치가 일반 사용자가 3D 컨텐츠를 직접 제작할 수 있는 다양한 3차원 영상 획득 장치에도 적용될 수 있다.A 3D image acquisition device according to an exemplary embodiment may acquire distance information from a robot cleaner, a motion recognition DTV (Digital TV), a Digital Security Controls (DSC) camera, a 3D camera, and an object, for example. It can be applied to various fields such as 3D cameras, motion capture sensors, and laser radars. A 3D image acquisition device may be applied to a sensor for detecting an obstacle in a robot cleaner. Also, a 3D image capture device may be employed as a depth sensor for motion recognition of a DTV. Also, the 3D image capture device may be applied to an authentication/recognition sensor of a security camera. In addition, the 3D image capture device can be applied to various 3D image capture devices through which general users can directly produce 3D content.
도 23 내지 도 26은 예시적인 실시예에 따른 측면 발광 레이저 광원의 제조 방법을 도시한 것이다.23 to 26 show a method of manufacturing a side-emitting laser light source according to an exemplary embodiment.
도 23을 참조하면, 기판(710)에 활성층(720)을 적층할 수 있다. 기판(710)은 GaAs로 형성될 수 있다. 활성층(720)은 양자 우물층을 포함할 수 있다. 도 24를 참조하면, 활성층(720)에 박막층(730)을 적층할 수 있다. 박막층(730)은 예를 들어, In, Ga, Al, As, P 중 하나 또는 둘 이상의 조합을 포함하는 화합물, SiO2, SiNx, TiO2, MgF2, Al2O3, Ta2O5 중 하나 또는 둘 이상의 조합을 포함하는 유전 물질, 폴리머, 메탈 등을 포함하는 물질 중 하나 또는 둘 이상의 조합을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 23 , an
도 25를 참조하면, 박막층(730)을 패터닝하여 그레이팅 영역(735)을 형성할 수 있다. 그레이팅 영역(735)은 다른 그레이팅 어레이 구조를 가지는 복수 개의 영역을 포함할 수 있다. 복수 개의 그레이팅 어레이 구조를 가지는 그레이팅 영역을 한 단계의 에칭 공정을 통해 제작할 수 있다. 복수 개의 그레이팅 영역(735)에 의해 다중 파장 대역의 광이 선택될 수 있다.Referring to FIG. 25 , a
도 26을 참조하면, 그레이팅 영역(735)에 게인 섹션(740)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 26 , a
도 27 내지 도 31은 다른 실시예에 따른 측면 발광 레이저 광원의 제조 방법을 도시한 것이다. 27 to 31 illustrate a method of manufacturing a side emitting laser light source according to another embodiment.
도 27을 참조하면, 기판(810)에 활성층(815)을 적층할 수 있다. 도 28을 참조하면, 활성층(815)의 일부 영역(823)을 에칭할 수 있다. 도 29를 참조하면, 에칭된 일부 영역(823)에 박막층(830)을 적층할 수 있다. 도 30을 참조하면, 박막층(830)을 패터닝하여 그레이팅 영역(835)을 형성할 수 있다. 그레이팅 영역(835)은 다른 그레이팅 어레이 구조를 가지는 복수 개의 영역을 포함할 수 있다. 복수 개의 그레이팅 어레이 구조를 가지는 그레이팅 영역을 한 단계의 에칭 공정을 통해 제작할 수 있다. 그레이팅 영역(835)은 활성층(820)과 같은 층에 형성될 수 있다. 복수 개의 그레이팅 영역(835)에 의해 다중 파장 대역의 광이 선택될 수 있다.Referring to FIG. 27 , an
도 31을 참조하면, 활성층(820) 상에 게인 섹션(840)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 31 , a
예시적인 실시예에 따른 측면 발광 레이저 광원의 제조 방법은 다중 파장 대역의 광을 발진하는 복수 개의 그레이팅 영역을 동일한 하나의 기판에 형성하여 다중 파장의 측면 발광 레이저 광원을 일체형의 단일 칩 구조로 제작할 수 있다. 다중 파장의 측면 발광 레이저 광원을 단일 칩 구조로 제작하여 광원의 부피를 감소시킬 수 있고, 제조 공정을 단순화할 수 있다. 단일 칩 구조이므로 복수 개의 그레이팅 영역 별 파장 차이의 불균일성을 감소시킬 수 있다.In the manufacturing method of a side-emitting laser light source according to an exemplary embodiment, a plurality of grating regions oscillating light in multiple wavelength bands are formed on the same substrate to fabricate a multi-wavelength side-emitting laser light source in an integral single-chip structure. have. By manufacturing a multi-wavelength side-emitting laser light source in a single chip structure, the volume of the light source can be reduced and the manufacturing process can be simplified. Since it has a single chip structure, it is possible to reduce non-uniformity of wavelength differences between a plurality of grating areas.
또한, 예시적인 실시예에 따른 측면 발광 레이저 광원은 2개 이상의 파장 대역을 가지는 광을 조사하여 스페클을 감소하고, 복수 개의 그레이팅 어레이 구조를 이용하여 온도 변화에 따른 파장 이동 특성이 광 변조기와 유사하도록 함으로써 온도 변화로 인해 대상체의 깊이 센싱 정확도가 저하되는 것을 감소시킬 수 있다.In addition, the side-emission laser light source according to an exemplary embodiment reduces speckle by radiating light having two or more wavelength bands, and has a wavelength shift characteristic similar to that of an optical modulator by using a plurality of grating array structures. By doing so, it is possible to reduce the deterioration of depth sensing accuracy of the object due to temperature change.
상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다. The above embodiments are merely exemplary, and various modifications and equivalent other embodiments may be made therefrom by those skilled in the art. Therefore, the true technical scope of protection according to the embodiments of the present invention should be determined by the technical spirit of the invention described in the following claims.
10,110, 310: 기판, 20,120, 320:활성층
30,130, 330:파장 선택 섹션
35,135, 335:그레이팅 영역
35-1,135-1, 335-1:제1 그레이팅 영역
35-2,135-2, 335-2:제2 그레이팅 영역
40,140, 340:게인 섹션
400,500,600: 3차원 영상 획득 장치
430,510,610:광 변조기
440,515,615,625:이미지 센서10,110, 310: substrate, 20,120, 320: active layer
30, 130, 330: Wavelength selection section
35,135, 335: grating area
35-1, 135-1, 335-1: first grating area
35-2, 135-2, 335-2: Second grating area
40, 140, 340: gain section
400,500,600: 3D image acquisition device
430,510,610: light modulator
440,515,615,625: image sensor
Claims (23)
상기 기판에 구비된 활성층;
상기 활성층으로부터 출력된 광의 파장을 선택하는 복수 개의 그레이팅 영역을 가지는 파장 선택 섹션; 및
상기 복수 개의 그레이팅 영역에 의해 선택된 다중 파장 대역을 가지는 광을 상기 활성층에 대해 평행한 방향으로 공진시키는 게인 섹션;을 포함하고,
상기 파장 선택 섹션이 제1 파장의 광을 선택하도록 구성된 제1 그레이팅 영역, 상기 제1 파장과 다른 제2 파장의 광을 선택하도록 구성된 제2 그레이팅 영역을 포함하고, 상기 제1 그레이팅 영역과 제2 그레이팅 영역이 상기 게인 섹션에서의 광의 출사 방향에 대해 평행한 방향으로 나란하게 배열된, 측면 발광 레이저 광원.Board;
an active layer provided on the substrate;
a wavelength selection section having a plurality of grating regions for selecting wavelengths of light output from the active layer; and
A gain section for resonating light having multiple wavelength bands selected by the plurality of grating regions in a direction parallel to the active layer;
The wavelength selection section includes a first grating area configured to select light of a first wavelength and a second grating area configured to select light of a second wavelength different from the first wavelength, The side-emitting laser light source, wherein the grating regions are arranged side by side in a direction parallel to an emission direction of light in the gain section.
상기 복수 개의 그레이팅 영역이 상기 활성층과 게인 섹션 사이와, 기판과 활성층 사이 중 적어도 하나에 구비된 측면 발광 레이저 광원.According to claim 1,
The plurality of grating regions are provided at least one of between the active layer and the gain section and between the substrate and the active layer.
상기 복수 개의 그레이팅 영역이 기판에 대해 평행한 방향으로 배열된 측면 발광 레이저 광원.According to claim 1,
A side-emitting laser light source in which the plurality of grating regions are arranged in a direction parallel to a substrate.
상기 복수 개의 그레이팅 영역이 상기 게인 섹션의 외부에 구비된 측면 발광 레이저 광원.According to claim 1,
The plurality of grating regions are provided on the outside of the gain section side-emitting laser light source.
상기 게인 섹션이 광 출사면과 광 반사면을 가지고, 상기 복수 개의 그레이팅 영역이 상기 광 출사면의 전방과 광 반사면의 후방 중 적어도 하나에 구비된 측면 발광 레이저 광원.According to claim 5,
The gain section has a light exit surface and a light reflection surface, and the plurality of grating regions are provided on at least one of a front side of the light exit surface and a rear side of the light reflection surface.
상기 복수 개의 그레이팅 영역이 상기 게인 섹션에서의 광의 출사 방향에 대해 평행한 방향으로 배열된 측면 발광 레이저 광원.According to claim 5,
The side-emitting laser light source in which the plurality of grating regions are arranged in a direction parallel to an emission direction of light from the gain section.
상기 복수 개의 그레이팅 영역이 기판에 대해 평행한 방향으로 배열된 측면 발광 레이저 광원.According to claim 7,
A side-emitting laser light source in which the plurality of grating regions are arranged in a direction parallel to a substrate.
상기 복수 개의 그레이팅 영역이 그레이팅 어레이 구조에 따라 다른 파장의 광을 선택하도록 구성된 측면 발광 레이저 광원.The method of any one of claims 1, 2, 4 to 8,
The side-emitting laser light source configured to select light of different wavelengths according to the grating array structure of the plurality of grating regions.
상기 복수 개의 그레이팅 영역이 동일한 하나의 기판 위에 구비된 측면 발광 레이저 광원.The method of any one of claims 1, 2, 4 to 8,
A side-emitting laser light source in which the plurality of grating regions are provided on the same substrate.
상기 측면 발광 레이저 광원이 일체형의 단일 칩 구조를 가지는 측면 발광 레이저 광원.The method of any one of claims 1, 2, 4 to 8,
The side-emitting laser light source having an integral single-chip structure.
상기 활성층이 다중양자우물 구조를 가지는 측면 발광 레이저 광원.The method of any one of claims 1, 2, 4 to 8,
A side-emitting laser light source in which the active layer has a multi-quantum well structure.
상기 복수 개의 그레이팅 영역은 In, Ga, As, P 중 적어도 하나를 포함하는 물질을 포함하는 측면 발광 레이저 광원.The method of any one of claims 1, 2, 4 to 8,
The plurality of grating regions include a material containing at least one of In, Ga, As, and P.
상기 복수 개의 그레이팅 영역은 SiO2, SiNx, TiO2, MgF2, Al2O3, Ta2O5 중 적어도 하나를 포함하는 유전 물질, 폴리머, 메탈 등을 포함하는 물질 중 하나 또는 둘 이상의 조합을 포함하는 측면 발광 레이저 광원.The method of any one of claims 1, 2, 4 to 8,
The plurality of grating regions may include one or a combination of two or more of a dielectric material including at least one of SiO 2 , SiN x , TiO 2 , MgF 2 , Al 2 O 3 , and Ta 2 O 5 , a material including a polymer, a metal, and the like. A side-emitting laser light source comprising a.
상기 복수 개의 그레이팅 영역에서 선택되는 파장은 780-1650nm 범위를 가지는 측면 발광 레이저 광원.The method of any one of claims 1, 2, 4 to 8,
The wavelength selected from the plurality of grating regions is a side-emitting laser light source having a range of 780-1650 nm.
상기 기판이 GaAs 기판을 포함하는 측면 발광 레이저 광원.The method of any one of claims 1, 2, 4 to 8,
A side-emitting laser light source in which the substrate includes a GaAs substrate.
상기 기판과 활성층 사이의 제1형 클래드층; 및
상기 활성층에 구비된 제2형 클래드층;을 더 포함하는 측면 발광 레이저 광원.The method of any one of claims 1, 2, 4 to 8,
a first-type cladding layer between the substrate and the active layer; and
A side emitting laser light source further comprising a second type cladding layer provided on the active layer.
상기 측면 발광 레이저 광원으로부터 조사되고, 대상체에서 반사된 광을 변조하는 광 변조기; 및
상기 광 변조기에 의해 변조된 광을 센싱하는 이미지 센서;를 포함하고,
상기 측면 발광 레이저 광원이, 기판, 상기 기판에 구비된 활성층, 상기 활성층으로부터 출력된 광의 파장을 선택하는 복수 개의 그레이팅 영역을 가지는 파장 선택 섹션, 및 상기 복수 개의 그레이팅 영역에 의해 선택된 다중 파장 대역을 가지는 광을 상기 활성층에 대해 평행한 방향으로 공진시키는 게인 섹션을 포함하고,
상기 파장 선택 섹션이 제1 파장의 광을 선택하도록 구성된 제1 그레이팅 영역, 상기 제1 파장과 다른 제2 파장의 광을 선택하도록 구성된 제2 그레이팅 영역을 포함하고, 상기 제1 그레이팅 영역과 제2 그레이팅 영역이 상기 게인 섹션에서의 광의 출사 방향에 대해 평행한 방향으로 나란하게 배열된 3차원 영상 획득 장치.a side-emitting laser light source for irradiating light of multiple wavelength bands;
an optical modulator for modulating light emitted from the side-emitting laser light source and reflected from an object; and
An image sensor sensing the light modulated by the light modulator; includes,
The side-emitting laser light source has a substrate, an active layer provided on the substrate, a wavelength selection section having a plurality of grating regions for selecting a wavelength of light output from the active layer, and multiple wavelength bands selected by the plurality of grating regions. A gain section for resonating light in a direction parallel to the active layer;
The wavelength selection section includes a first grating area configured to select light of a first wavelength and a second grating area configured to select light of a second wavelength different from the first wavelength, A three-dimensional image acquisition device in which grating regions are arranged in a direction parallel to an emission direction of light in the gain section.
상기 복수 개의 그레이팅 영역이 상기 활성층과 게인 섹션 사이와, 기판과 활성층 사이 중 적어도 하나에 구비된 3차원 영상 획득 장치.According to claim 18,
The plurality of grating regions are provided in at least one of between the active layer and the gain section and between the substrate and the active layer.
상기 복수 개의 그레이팅 영역이 상기 게인 섹션의 외부에 구비된 3차원 영상 획득 장치.According to claim 18,
The plurality of grating regions are provided outside the gain section.
상기 게인 섹션이 광 출사면과 광 반사면을 가지고, 상기 복수 개의 그레이팅 영역이 상기 광 출사면의 전방과 광 반사면의 후방 중 적어도 하나에 구비된 3차원 영상 획득 장치.According to claim 21,
The gain section has a light exit surface and a light reflection surface, and the plurality of grating regions are provided on at least one of a front side of the light exit surface and a rear side of the light reflection surface.
상기 복수 개의 그레이팅 영역이 동일한 하나의 기판 위에 구비된 3차원 영상 획득 장치.The method of any one of claims 18, 19, 21 to 22,
A three-dimensional image acquisition device in which the plurality of grating regions are provided on the same substrate.
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