KR20170101009A - 2차원 빔 스티어링 소자 - Google Patents

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Abstract

2차원 빔 스티어링 소자에 관해 개시되어 있다. 개시된 2차원 빔 스티어링 소자는 프리즘 효과를 나타내는 굴절률 가변 패널과, 상기 패널의 일 면에 접촉된 도파관과, 상기 도파관의 일면 상에 배치된 전기-광학 프리즘을 포함한다. 상기 굴절률 가변 패널은 굴절률 가변층과, 공통전극과, 전극패턴을 포함하고, 상기 공통전극과 상기 전극패턴은 상기 굴절률 가변층을 사이에 두고 마주할 수 있다.

Description

2차원 빔 스티어링 소자{2D steering device}
본 개시는 스티어링 소자에 관한 것으로써, 보다 자세하게는 2차원 빔 스티어링 소자에 관한 것이다.
레이저를 원하는 위치로 스티어링(steering) 하는 방법으로 다음 3가지가 소개되었다.
첫째 방법은 레이저 소스(laser source) 자체를 기계적으로 회전시켜는 방법이다. 3차원 입체 영상 센서로 사용될 수 있고, 내부에 레이저 소스를 회전시키는 모터가 구비되어 있다.
둘째는 벌크 전기-광학(Electro-Optic) 재료를 이용하는 방법이다.
셋째는 광 위상 어레이(Optical Phase Array, OPA) 방식으로 복수의 도파관(waveguide)과 변조기(modulator)를 이용하는 광 간섭방식이다. 위상 가변이 가능한 화소 어레이를 이용한 빔 스티어링이다.
첫째 방식은 어느 정도 양산화되었으나 둘째와 셋째 방법의 양산화는 지체되고 있다.
본 개시는 소형이면서 구성이 단순하고, 광 편향을 증가시킬 수 있는 2차원 빔 스티어링 소자를 제공한다.
본 개시에서 일 실시예에 의한 빔 스티어링 소자는 프리즘 효과를 나타내는 굴절률 가변 패널과, 상기 패널의 일 면에 접촉된 도파관과, 상기 도파관의 일면 상에 배치된 전기-광학 프리즘을 포함한다.
이러한 2차원 빔 스티어링 소자에서, 상기 굴절률 가변 패널은 굴절률 가변층과, 공통전극과, 전극패턴을 포함하고, 상기 공통전극과 상기 전극패턴은 상기 굴절률 가변층을 사이에 두고 마주할 수 있다.
상기 도파관은 광의 입사위치에 따라 광 방출위치가 달라지는 구조를 갖는 도파관일 수 있다.
상기 전기-광학 프리즘의 광 방출면 상에 광 굴절수단이 더 구비될 수 있다.
상기 전극패턴은 서로 이격된 복수의 전극을 포함하고, 상기 복수의 전극은,
전압인가시 굴절률이 다른 2개의 프리즘을 붙인 구조와 동등한 광 굴절효과를 나타내는 굴절률 분포를 상기 굴절률 가변층에 형성하도록 배치될 수 있다.
상기 굴절률 가변층은 액정층, KTN층 또는 NbOx층일 수 있다.
상기 도파관은 쐐기형일 수 있다.
상기 광 굴절수단은 렌즈일 수 있다.
상기 전기-광학 프리즘은 복수의 단위 프리즘을 포함할 수 있다.
상기 전기-광학 프리즘은 상기 도파관으로부터 방출되는 광이 상기 단위 프리즘의 바닥 중심에 입사되도록 배치될 수 있다.
개시된 2차원 빔 스티어링 소자는 프리즘 효과를 나타내는 굴절률 가변 패널과 광 입사위치에 따라 광 방출위치가 달라지는 도파관과 도파관으로부터 입사되는 광의 광 방출방향을 제어할 수 있는 전기-광학 프리즘을 구비하여 상기 굴절률 가변 패널과 상기 전기-광학 프리즘에 인가되는 전압을 제어하는 방식으로 기존의 기계식 방식에 비해 구성요소를 줄일 수 있고, 소자의 전체 부피도 줄일 수 있다.
그리고 개시된 빔 스티어링 소자를 이용할 경우, 단일 광원(레이저)으로 2차원 빔 스캔이 가능하다. 또한, 쐐기형 도파관을 이용함으로써, 광 편향각을 증가시킬 수 있다.
이러한 이점으로 개시된 빔 스티어링 소자는 레이저를 2차원 공간에 스캐닝하는 디스플레이, 센서, 의료분야에 적용할 수 있으며, 특히 프로젝션 디스플레이, 오토모티브(automotive)향 LiDAR(Light Detection And Ranging) 센서에 적용할 수도 있다.
도 1은 일 실시예에 의한 2차원 빔 스티어링 소자를 나타낸 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 의한 2차원 빔 스티어링 소자의 측면도이다.
도 3은 도 2의 평면도이다.
도 4는 도 2의 제1 내지 제3 전극의 배치를 보다 자세하게 나타낸 평면도이다.
도 5 및 도 6은 도 4의 제1 내지 제3 전극에 인가되는 전압조건에 따른 굴절률 가변층의 굴절률 분포의 변화(n1<n2)와 그에 따른 광의 굴절위치를 보여준다.
도 7 및 도 8은 도 4의 제1 내지 제3 전극에 인가되는 전압조건에 따른 굴절률 가변층의 굴절률 분포의 변화(n1>n2)와 그에 따른 광의 굴절위치를 보여준다.
도 9는 굴절률 가변층의 일 측면에 n개의 전극이 배치된 전극패턴을 보여준다.
도 10은 도 3을 10-10’방향으로 절개한 단면도이다.
도 11은 일 실시예에 의한 2차원 빔 스티어링 소자에서 굴절률 가변층에 입사된 광의 굴절위치에 따른 굴절률 가변층에서 방출되는 광의 방출각을 나타낸 그래프이다.
이하, 일 실시예에 의한 2차원 빔 스티어링 소자를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.
도 1은 일 실시예에 의한 2차원 빔 스티어링 소자를 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 2차원 빔 스티어링 소자(30)는 굴절률 가변 프리즘 효과를 나타내는 패널(32), 도파관(34) 및 출광 프리즘(36)을 포함한다. 패널(32), 도파관(32) 및 출광 프리즘(36)은 서로 광학적으로 연결되어 있다. 패널(32)은 굴절률 가변 물질을 포함한다. 상기 굴절률 가변 물질은 전압인가에 따라 굴절률이 달라지는 전기-광학(EO) 물질(Electro-Optical material)일 수 있다. 상기 굴절률 가변 물질은, 예를 들면 액정(liquid crystal), KTN, 또는 NbOx 등을 포함할 수 있다. 따라서 패널(32)에 인가되는 전압을 조절함으로써, 패널(32)에 입사된 입사광(L)의 진행 경로를 제어할 수 있다. 이것은 패널(32)을 통과하여 패널(32)을 떠나는 광의 방출각, 곧 진행방향을 제어할 수 있음을 의미하고, 패널(32)을 통과하여 도파관(34)에 입사되는 광의 입사각을 제어할 수 있음을 의미한다. 광(L)은, 예를 들면 레이저일 수 있다. 패널(32)을 통과하여 도파관(34)에 입사된 광은 도파관(34)을 따라 진행하다 주어진 경계조건을 만족하는 도파관(34)의 주어진 위치에서 도파관(34) 밖으로 방출될 수 있다. 도파관(34)에서 방출된 광은 출광 프리즘(36)에 입사된다. 출광 프리즘(36)은 전기 광학 프리즘일 수 있다. 따라서 출광 프리즘(36)에 인가되는 전압을 제어함으로써, 출광 프리즘(36)의 굴절률을 조절할 수 있다. 이에 따라 도파관(34)으로부터 출광 프리즘(36)에 입사된 광의 진행경로를 조절할 수 있고, 따라서 출광 프리즘(36)으로부터 방출되는 광의 방출각을 제어할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 의한 2차원 빔 스티어링 소자의 측면도이다. 도 2는 도 1의 2차원 빔 스티어링 소자를 구체화한 일 예이다.
도 2를 참조하면, 2차원 빔 스티어링 소자(40)는 굴절률 가변 프리즘 효과를 나타내는 패널(42)과 그 일 측면에 부착된 도파관(44)을 포함한다. 2차원 빔 스티어링 소자(40)는 또한 도파관(44)의 일 면상에 마련된 전기-광학 프리즘(46)을 포함한다. 패널(42)은 일 측면에 복수의 전극(42A, 42B, 42C)을 포함한다. 복수의 전극(42A, 42B, 42C)은 주어진 패턴을 이루도록 형성된 것일 수 있다. 복수의 전극(42A, 42B, 42C)은 패널(42)에 포함된 굴절률 가변층(예, 도 3의 42L)이 전압인가시에 주어진 형태의 굴절률 분포를 갖도록 배치될 수 있다. 도파관(44)은 쐐기형 도파관(wedge waveguide)일 수 있다. 도파관(44)의 입구와 패널(42)의 광방출면은 서로 접촉되어 있다. 따라서 패널(42)로부터 방출되는 광은 도파관(44)에 입사될 수 있다. 전기-광학 프리즘(46)은 도파관(44)의 경사면 상에 배치되어 있다. 도파관(44)의 경사면은 광 방출면일 수 있다. 전기-광학 프리즘(46)은 도파관(44)의 경사면을 통해 방출된 광이 전기-광학 프리즘(46)에 입사되도록 구비될 수 있다. 도파관(44)으로부터 전기-광학 프리즘(46)에 입사된 광은 전기-광학 프리즘(64)을 통과하여 입사면의 반대편에 있는 면, 곧 방출면으로 방출된다. 전기-광학 프리즘(46)의 상기 방출면 상에 복수의 렌즈(46L)가 마련될 수 있다. 전기-광학 프리즘(46)은 복수의 단위 프리즘(P1, P2…Pm, Pm+1,…Pn,…Pq)(m, n, q는 3, 4, 5,…, q>n>m+1)을 포함할 수 있다.
복수의 단위 프리즘(P1, P2…Pm, Pm+1,…Pn,…Pq)은 서로 부착되어 있고, 서로 동일한 프리즘일 수 있다. 복수의 단위 프리즘(P1, P2…Pm, Pm+1,…Pn,…Pq)은 도파관(44)의 경사면을 따라 일렬로 배치되어 있다. 복수의 단위 프리즘(P1, P2…Pm, Pm+1,…Pn,…Pq) 각각의 광 방출면 상에 렌즈(46L)가 마련되어 있다. 렌즈(46L)는 광 굴절수단의 하나일 수 있다. 렌즈(46L)에 의해 전기-광학 프리즘(46)으로부터 방출되는 광을 주어진 영역에 집속시킬 수 있다.
도 2의 2차원 빔 스티어링 소자(40)의 빔 스티어링에 대해 설명한다.
예를 들면, 패널(42)의 제1 전극(42A)에 제1 전압이 인가되고, 제2 및 제3 전극(42B, 42C)에 제2 전압이 인가될 수 있다. 이러한 전압인가에 따라 패널(42)의 굴절률 가변층(예, 도 3의 42L)의 굴절률도 제1 전극(42A)과 제2 전극(42B)의 경계를 중심으로 달라진다. 곧, 굴절률 가변층(42L)의 제1 전극(42A)에 대응하는 영역은 제1 굴절률(n1)을 갖고, 제2 및 제3 전극(42B, 42C)에 대응하는 영역은 제2 굴절률(n2)을 갖는다. 따라서 패널(42)의 굴절률 가변층(42L)에 입사된 광은 굴절률 가변층(42L)의 제1 전극(42A)과 제2 전극(42B)의 경계에 해당하는 영역에서 굴절되어 도파관(44)에 입사된다(실선). 제1 굴절률(n1)은 제2 굴절률(n2)과 다르다. 제1 굴절률(n1)과 제2 굴절률(n2)의 크기는 제1 내지 제3 전극(42A, 42B, 42C)에 인가되는 전압 분포에 따라 제1 굴절률(n1)이 제2 굴절률(n2)보다 크거나 그 반대일 수 있다. 또한, 제1 굴절률(n1)의 영역과 제2 굴절률(n2)의 영역도 제1 내지 제3 전극(42A, 42B, 42C)에 인가되는 전압에 따라 달라질 수 있다. 예컨대, 제1 및 제2 전극(42A, 42B)에 동일 전압을 인가하고, 제3 전극(42C)에 다른 전압을 인가하는 경우, 굴절률 가변층(42L)에서 제2 굴절률(n2) 영역은 제3 전극(42C)에 대응하는 영역으로 한정될 수 있다. 이 경우, 패널(42)의 굴절률 가변층(42L)에 입사된 광은 굴절률 가변층(42L)의 제2 전극(42B)과 제3 전극(42C)의 경계에 해당하는 영역에서 굴절되어 도파관(44)에 입사된다(점선).
이와 같이, 패널(42)에 입사된 광의 굴절 위치에 따라 굴절된 광이 도파관(44)에 도달되는 위치, 곧 도파관(44)에 입사되는 광의 입사위치가 달라진다. 도파관(44)에 입사되는 광의 입사위치가 달라지면, 도 2에서 볼 수 있듯이, 도파관(44)에서 광이 방출되는 위치 또한 달라진다. 패널(42)에 입사된 광의 굴절위치는 제1 내지 제3 전극(42A, 42B, 42C)에 인가되는 전압조건에 따라 조절될 수 있다. 그러므로 도파관에 입사되는 광의 입사위치는 제1 내지 제3 전극(42A, 42B, 42C)에 인가되는 전압조건에 따라 조절될 수 있고, 결과적으로, 도파관(44)에서 광이 방출되는 위치 또한 제1 내지 제3 전극(42A, 42B, 42C)에 인가되는 전압조건을 조절함으로써, 제어할 수 있다. 패널(42)에 제1 내지 제3 전극(42A, 42B, 42C)보다 더 많은 전극을 배치하여 입사광의 굴절위치를 더 세분할 경우, 도파관(44)에 입사되는 광의 입사위치도 더 세분할 수 있고, 도파관(44)에서 방출되는 광의 방출위치도 더 세분할 수 있다. 곧, 패널(42)에 제1 내지 제3 전극(42A, 42B, 42C)보다 더 많은 전극을 배치할 경우, 도파관(44)에서 방출되는 광의 방출위치를 보다 정밀하게 제어할 수 있다.
도 3은 도 2의 평면도이다.
도 3을 참조하면, 패널(42)은 굴절률 가변층(42L)과 제2 및 제3 전극(42B, 42C)과 제4 전극(42D)을 포함한다. 제4 전극(42D)은 제1 내지 제3 전극(42A-42C)에 대해 공통전극일 수 있다. 제2 및 제3 전극(42B, 42C)은 굴절률 가변층(42L)의 제1 측면에 마련되고, 제4 전극(42D)은 굴절률 가변층(42L)의 제2 측면에 마련된다. 제2 및 제3 전극(42B, 42C)과 제4 전극(42D)은 굴절률 가변층(42L)을 사이에 두고 마주하도록 배치될 수 있다. 도파관(44)의 Y축 방향 폭은 전기-광학 프리즘(46)의 Y축 방향 폭 보다 좁을 수 있으나, 이것으로 한정되지 않는다. 도파관(44)의 X축 방향 길이는 전기-광학 프리즘(46)의 X축 방향 길이보다 길 수 있다. 도 3에서 참조부호 L1은 패널(42)의 굴절률 가변층(42L)을 통과하여 도파관(44)의 주어진 입사위치에 도달된 광을 나타낸다. 그리고 참조부호 L2는 도파관(44)의 주어진 위치에 도달된 광이 전기-광학 프리즘(46)의 주어진 부분을 통해, 예컨대 제3 단위 프리즘(P3)을 통해 위로 방출되는 광을 나타낸다.
도 4는 도 2의 제1 내지 제3 전극(42A, 42B, 42C)의 배치를 보다 자세하게 나타낸 평면도이다.
도 4를 참조하면, 제1 내지 제3 전극(42A, 42B, 42C)은 서로 이격되어 있다. 제1 내지 제3 전극(42A, 42B, 42C)은 투명 전도성 물질의 전극일 수 있다. 예를 들면, 제1 내지 제3 전극(42A, 42B, 42C)은 ITO(Indium Tin Oxide) 전극일 수 있으나, 이것으로 한정되지 않는다. 제1 내지 제3 전극(42A, 42B, 42C)은 도 4에 도시된 형태로 패터닝될 수도 있으나, 다른 형태로 패터닝될 수도 있다.
도 5 및 도 6은 도 4의 제1 내지 제3 전극(42A, 42B, 42C)에 인가되는 전압조건에 따른 굴절률 가변층(42L)의 굴절률 분포의 변화와 그에 따른 광의 굴절위치를 보여준다.
도 4 내지 도 6을 함께 참조하면, 제2 및 제3 전극(42B, 42C)에 동일 전압을 인가하고, 제1 전극(42A)에 다른 전압을 인가하였을 때, 굴절률 가변층(42L)의 제1 영역(42A1)의 굴절률은 제1 굴절률(n1)이 되고, 제2 및 제3 영역(42A2, 42A3)의 굴절률은 제2 굴절률(n2)이 된다. 굴절률 가변층(42L)의 제1 영역(42A1)은 제1 전극(42A)에 대응되는 영역이다. 굴절률 가변층(42L)의 제2 영역(42A2)은 제2 전극(42B)에 대응되는 영역이다. 굴절률 가변층(42L)의 제3 영역(42A3)은 제3 전극(42C)에 대응되는 영역이다. 제1 내지 제3 전극(42A, 42B, 42C)에 인가되는 전압조건의 일 예로, 제1 전압조건의 전압이 인가될 수 있는데, 이때는 제1 굴절률(n1)이 제2 굴절률(n2)보다 작아진다(n1<n2). 이에 따라 굴절률 가변층(42L)에 입사된 광(L42)은 도 5에 도시한 바와 같이 제1 영역(42A1)과 제2 영역(42A2)의 경계에서 굴절되는데, 상향으로 굴절된다. 도 5의 굴절률 가변층(42L)에서 제1 영역(42A1)은 제1 굴절률(n1)을 갖는 프리즘에 대응될 수 있고, 제2 영역(42A2)은 제2 굴절률(n2)을 갖는 프리즘에 대응될 수 있다. 결국, 도 5의 굴절률 가변층(42L)은 제1 굴절률(n1)을 갖는 프리즘과 제2 굴절률을 갖는 프리즘을 서로 붙여 놓은 구조와 동일한 효과를 갖는다.
상기 제1 전압조건에서 제1 및 제2 전극(42A, 42B)에 동일전압을 인가하고, 제3 전극(42C)에 다른 전압을 인가할 수 있는데, 이때는 도 6에 도시한 바와 같이 굴절률 가변층(42L)의 제1 및 제2 영역(42A1, 42A2)의 굴절률은 제1 굴절률(n1)이 되고, 제3 영역(42A3)의 굴절률은 제2 굴절률(n2)이 된다. 이에 따라 굴절률 가변층(42L)에 입사된 광은 제2 영역(42A2)과 제3 영역(42A3)의 경계에서 상향으로 굴절된다. 도 6의 경우도 굴절률 가변층(42L)은 제1 굴절률(n1)을 갖는 프리즘과 제2 굴절률(n2)을 갖는 프리즘을 서로 붙여 놓은 구조와 동일한 효과를 나타낸다. 다만, 도 6에 시사된 프리즘 형태는 도 5에 시사된 것과 다르다.
도 5 및 도 6의 경우에서 굴절률 가변층(42L)에 입사된 광은 상향으로 굴절되지만, 입사광(L42)의 굴절각은 도 5의 경우가 도 6의 경우보다 크다. 도 5와 도 6으로부터 입사광(L42)의 굴절위치가 굴절률 가변층(42L)의 끝에 가까울 수록, 곧 도파관(44)에 가가울 수록 해당 광은 도파관(44)의 보다 먼 곳에 입사된다.
한편, 제1 내지 제3 전극(42A, 42B, 42C)에 상기 제1 전압조건과 다른 제2 전압조건으로 전압이 인가될 수 있다. 상기 제1 전압조건과 상기 제2 전압조건에서 제1 내지 제3 전극(42A, 42B, 42C)의 일부와 나머지 사이에 인가되는 전압의 극성은 반대일 수 있다. 상기 제2 전압조건에서 제1 굴절률(n1)은 제2 굴절률(n2)보다 클 수 있다(n1>n2). 이에 따라 제2 및 제3 영역(42A2, 42A3)의 굴절률이 제2 굴절률(n2)이 되고, 제1 영역(42A1)의 굴절률이 제1 굴절률(n1)이 되는 상황에서, 입사광(L42)은 도 7에 도시한 바와 같이 제1 영역(42A1)과 제2 영역(42A2)의 경계에서 하향으로 굴절될 수 있다. 상기 제2 전압조건에서 도 8에 도시한 바와 같이 제1 및 제2 영역(42A1, 42A2)의 굴절률이 제1 굴절률(n1)이 되고, 제3 영역(42A3)의 굴절률이 제2 굴절률(n2)이 되는 상황에서, 입사광(L42)은 제2 영역(42A2)과 제3 영역(42A3)의 경계에서 하향으로 굴절될 수 있다.
상술한 예에서 굴절률 가변층(42L)의 일 측면에 구비된 복수의 전극으로 제1 내지 제3 전극(42A, 42B, 42C)을 예시하였으나, 상기 일 측면에 3개 이상의 전극이 배치될 수 있다. 예를 들면, 도 9에 도시한 바와 같이 상기 일 측면에 제1 내지 제n 전극(E1, E2, E3,…En-1, En)(n=5, 6, 7,…)이 구비될 수 있다. 이때, 제1 내지 제n 전극(E1, E2, E3,…En-1, En)은 서로 이격되어 있으나, 도시의 편의 상, 붙은 것으로 도시하였다. 이와 같이 n개의 전극(E1, E2, E3,…En-1, En)을 구비함으로써, 굴절률 가변층(42L)도 n개의 전극(E1, E2, E3,…En-1, En)에 대응하는 영역으로 구분될 수 있는 바, 굴절률 가변층(42L)에 입사되는 광(L42)의 굴절위치를 보다 미세하게 분할 수 있다. 굴절률 가변층(42L)에 입사되는 광(L42)의 굴절위치에 따라 도파관(44)에서 광의 방출위치도 달라지는 바, 굴절률 가변층(42L)에 입사되는 광(L42)의 굴절위치를 미세하게 분할하는 것은 곧 도파관(44)에서 광의 방출위치를 미세하게 조절하는 결과를 가져온다.
광(L42)은 레이저일 수 있는데, 굴절률 가변층(42L)의 일 측면에 복수의 전극을 구비하여 굴절률 가변층(42L)에 입사되는 광(L42)의 굴절위치를 미세하게 분할함으로써, 도파관(44)에서 레이저가 방출되는 위치를 미세하게 조절할 수 있다. 도파관(44)의 경사면 상에 전기-광학 프리즘(46)이 배치되어 있는 바, 굴절률 가변층(42L)에 입사되는 광(L42)의 굴절위치를 미세하게 분할하는 것은 결국 도파관(44)을 통해서 전기-광학 프리즘(46)에 입사되는 레이저의 입사위치를 미세하게 제어할 수 있음을 의미한다. 이에 따라 도파관(44)의 경사면을 통해 방출되는 레이저가 전기-광학 프리즘(46)의 정해진 단위 프리즘(예컨대, 도 2의 Pm+1 또는 Pn)의 바닥의 중심에 입사되도록 제어할 수 있다. 전기-광학 프리즘(46)은 도파관(44)으로부터 방출되는 광이 단위 프리즘의 바닥 중심에 입사되도록 배치될 수 있다.
도 10은 도 3을 10-10’방향으로 절개한 단면을 보여준다.
도 10을 참조하면, 도파관(44) 상에 제3 단위 프리즘(P3)이 존재한다. 도파관(44)에서 제3 단위 프리즘(P3)에 입사되는 광(L44)(레이저일 수 있다)은 제3 단위 프리즘(P3)에 인가되는 전압조건에 따라 진행 방향이 달라질 수 있다. 예컨대, 제3 단위 프리즘(P3)에 인가되는 전압조건에 따라 광(L44)은 굴절없이 제3 단위 프리즘(P3)을 통과하여 방출되거나 왼쪽이나 오른쪽으로 굴절되어 방출될 수 있다. 이러한 결과는 전기-광학 프리즘(46)에 인가되는 전압을 조절함으로써, 각 단위 프리즘에 입사되는 레이저를 좌우로 조사할 수 있음을 시사한다. 결과적으로, 굴절률 가변층(42L)에 인가되는 전압을 조절하여 도파관(44)에서 광이 방출되는 위치를 제어하고, 전기-광학 프리즘(46)에 인가되는 전압을 조절하여 프리즘(46) 좌우로 방출되는 광의 방출방향을 제어할 수 있는 바, 굴절률 가변층(42L)에 인가되는 전압과 전기-광학 프리즘(46)에 인가되는 전압을 제어함으로써, 레이저를 이용한 2차원 스캔이 가능하다.
도 11은 일 실시예에 의한 2차원 빔 스티어링 소자에서 굴절률 가변층(42L)에 입사된 광의 굴절위치에 따른 굴절률 가변층(42L)에서 방출되는 광의 방출각을 나타낸 그래프이다.
도 11에서 가로축은 광의 굴절위치에서 굴절률 경계면의 각(예, 도 5의 θ1, 도 6의 θ2)을 나타내고, 세로축은 굴절률 가변층(42L)에서 방출되는 광의 방출각을 나타낸다.
도 11에서 제1 및 제2 그래프(G1, G2)는 도 5 및 도 6에서 설명한 바와 같이 굴절위치에서 광이 상향으로 굴절되는 상기 제1 전압조건에서 측정한 1차 및 2차 결과를 나타낸다. 제3 및 제4 그래프(G3, G4)는 도 7 및 도 8에서 설명한 바와 같이 굴절위치에서 광이 하향으로 굴절되는 상기 제2 전압조건에서 측정한 1차 및 2차 결과를 나타낸다.
도 11을 참조하면, 굴절률 경계면의 각이 증가할 수록, 곧 굴절위치가 도파관(44)으로부터 멀어질 수록 굴절률 가변층(42L)에서 방출되는 광의 방출각도 증가하고, 상기 방출각은 10°이상으로 증가함을 알 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고, 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
30, 40:2차원 빔 스티어링 소자 32, 42:프리즘 효과를 나타내는 패널
34:도파관 36:출광 프리즘
42A-42D:제1 내지 제4 전극 42A1-42A3:제1 내지 제3 영역
42L:굴절률 가변층 44:도파관
46:전기-광학 프리즘 E1, E2, E3,…En-1, En:전극
P1..Pm, Pm+1..Pn..Pq:단위 프리즘
L42:굴절률 가변층에 입사되는 광

Claims (10)

  1. 프리즘 효과를 나타내는 굴절률 가변 패널;
    상기 패널의 일 면에 접촉된 도파관; 및
    상기 도파관의 일면 상에 배치된 전기-광학 프리즘;을 포함하는 2차원 빔 스티어링 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 굴절률 가변 패널은,
    굴절률 가변층;
    공통전극; 및
    전극패턴;을 포함하고,
    상기 공통전극과 상기 전극패턴은 상기 굴절률 가변층을 사이에 두고 마주하는 2차원 빔 스티어링 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 도파관은 광의 입사위치에 따라 광 방출위치가 달라지는 구조를 갖는 도파관인 2차원 빔 스티어링 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기-광학 프리즘의 광 방출면 상에 광 굴절수단이 더 구비된 2차원 빔 스티어링 소자.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 전극패턴은 서로 이격된 복수의 전극을 포함하고,
    상기 복수의 전극은,
    전압인가시 굴절률이 다른 2개의 프리즘을 붙인 구조와 동등한 광 굴절효과를 나타내는 굴절률 분포를 상기 굴절률 가변층에 형성하도록 배치된 2차원 빔 스티어링 소자.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 굴절률 가변층은 액정층, KTN층 또는 NbOx층인 2차원 빔 스티어링 소자.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 도파관은 쐐기형인 2차원 빔 스티어링 소자.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 광 굴절수단은 렌즈인 2차원 빔 스티어링 소자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기-광학 프리즘은 복수의 단위 프리즘을 포함하는 2차원 빔 스티어링 소자.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 전기-광학 프리즘은 상기 도파관으로부터 방출되는 광이 상기 단위 프리즘의 바닥 중심에 입사되도록 배치된 2차원 빔 스티어링 소자.
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