KR20180022392A - 위상 변조 능동 소자, 이의 구동 방법 및 위상 변조 능동 소자를 포함하는 광학 장치 - Google Patents

위상 변조 능동 소자, 이의 구동 방법 및 위상 변조 능동 소자를 포함하는 광학 장치 Download PDF

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Abstract

위상 변조 능동 소자 및 이의 구동 방법이 개시된다. 개시된 방법에 따르면, 복수의 채널을 구비하는 위상 변조 능동 소자에 대해, 상기 위상 변조 능동 소자가 구현할 채널별 위상 변조 목표값을 나타내는 위상 프로파일을 설정하고, 상기 복수의 채널 중 위상 한계를 나타내는 채널에 대한 위상 변조 목표값을 상기 위상 한계값보다 낮은 값으로 수정한다. 이에 따라 향상된 광변조 성능을 나타낼 수 있다.

Description

위상 변조 능동 소자, 이의 구동 방법 및 위상 변조 능동 소자를 포함하는 광학 장치{Phase modulation active device, method of driving the same and optical apparatus including the phase modulation active device}
본 개시는 위상 변조 능동 소자, 이의 구동 방법 및 위상 변조 능동 소자를 포함하는 광학장치에 대한 것이다.
입사광의 투과/반사, 편광, 위상, 세기, 경로 등을 변경하는 광학 소자는 다양한 광학 장치에서 활용된다. 또한, 광학 시스템 내에서 원하는 방식으로 상기한 성질을 제어하기 위해 다양한 구조의 광 변조기들이 제시되고 있다.
이러한 예로서, 광학적 이방성을 가지는 액정(liquid crystal), 광 차단/반사 요소의 미소 기계적 움직임을 이용하는 MEMS(microelectromechanical system) 구조 등이 일반적인 광 변조기에 널리 사용되고 있다. 이러한 광변조기들은 그 구동 방식의 특성상 동작 응답시간이 수 ㎲ 이상으로 느리다.
최근에는 메타 구조(meta structure)를 광 변조기에 적용하는 시도가 있다. 메타 구조는 입사광의 파장보다 작은 수치가, 두께, 패턴, 또는 주기 등에 적용된 구조이다. 입사광에 대한 위상 변조 형태를 조합하여 다양한 형태로의 광 변조가 가능하며, 높은 응답 속도로 다양한 광학적 특성을 나타낼 수 있고, 또한, 초소형 기기에 적용되기 유리하다.
본 개시는 위상 변조 형태의 조합으로 원하는 광학 성능을 구현할 수 있는 위상 변조 능동 소자 및 이의 구동방법을 제공한다.
일 유형에 따르면, 입사광의 위상을 독립적으로 변조하는 복수의 채널을 구비하는 위상 변조 능동 소자에 대해, 상기 위상 변조 능동 소자가 구현할 채널별 위상 변조 목표값을 나타내는 위상 프로파일을 설정하는 단계; 상기 위상 변조 능동 소자의 위상 한계값을 설정하는 단계; 상기 위상 프로파일에서 상기 위상 한계값 이상이 요구되는 채널들에 대한 위상 변조 목표값을 상기 위상 한계값보다 낮은 값으로 수정하는 단계; 수정된 위상 프로파일에 따라 상기 위상 변조 능동 소자를 구동하는 단계;를 포함하는 위상 변조 능동 소자 구동 방법이 제공된다.
상기 위상 한계값을 설정하는 단계는 인가 전압 대 위상 변조값의 추이를 획득하고, 상기 추이로부터 위상 변화가 포화되는 값을 위상 한계값으로 설정할 수 있다.
상기 위상 한계값을 설정하는 단계는 상기 추이로부터 위상 변조 능동 소자가 구현할 위상변조의 최소값과 최대값을 설정하는 과정을 더 포함할 수 있다.
상기 최대값은 상기 위상 한계값과 같거나, 또는 위상 한계값보다 작고 위상 한계값의 95% 이상의 값일 수 있다.
상기 수정하는 단계는 상기 위상 한계값 이상이 요구되는 채널들 중 일부를 상기 최소값으로 수정할 수 있다.
상기 수정하는 단계는 상기 위상 한계값 이상이 요구되는 채널들 중 절반은 상기 최대값으로, 나머지 절반은 상기 최소값으로 수정할 수 있다.
상기 위상 한계값 이상이 요구되는 채널들 중, 위상 변조 목표값이 상대적으로 높은 절반에 대한 수정값이 상기 최소값으로 설정될 수 있다.
상기 위상 한계값을 설정하는 단계는 상기 최소값과 상기 최대값에 각각 대응하는 인가 전압값 V0, Vm를 설정하는 과정을 더 포함할 수 있다.
상기 구동하는 단계는 상기 위상 한계값 이상이 요구되는 채널들 중 절반에는 Vm를 인가하고 나머지 절반에는 V0를 인가할 수 있다.
또한, 일 유형에 따르면, 입사광의 위상을 독립적으로 변조하는 복수의 채널을 구비하는 위상 변조부; 상기 복수의 채널 각각에 위상 변조를 위한 입력 신호를 인가하는 신호 입력부; 상기 복수의 채널 중 위상 한계를 나타내는 채널의 적어도 일부에 대해서는, 해당 채널의 목표 위상값보다 낮은 값을 구현하는 입력 신호가 인가되도록, 상기 신호 입력부를 제어하는 제어부;를 포함하는 위상 변조 능동 소자가 제공된다.
상기 낮은 값은 상기 위상 변조부가 상기 입력 신호에 따라 구현할 수 있는 위상 변조값 중의 최소값일 수 있다.
상기 위상 한계를 나타내는 채널에서의 위상 한계값은 330˚ 이하일 수 있다.
상기 위상 한계를 나타내는 채널들 중 상기 최소값을 나타내는 입력 신호가 인가되지 않는 나머지 채널에 대해서는, 상기 위상 변조부가 상기 입력 신호에 따라 구현할 수 있는 위상 변조값 중의 최대값을 구현하는 입력 신호가 인가될 수 있다.
상기 위상 한계를 나타내는 채널들 중 절반에는 상기 최대값을 구현하는 입력 신호가, 나머지 절반에는 상기 최소값을 구현하는 입력신호가 인가될 수 있다.
상기 위상 한계를 나타내는 채널들 중, 목표 위상값과의 차이가 상대적으로 크게 나타나는 절반에 대해 상기 최소값을 구현하는 입력 신호가 인가될 수 있다.
상기 위상 변조부는 인가 전압에 따라 입사광의 위상을 변조하며, 상기 위상 한계를 나타내는 채널들 중, 목표 위상값과의 차이가 상대적으로 크게 나타나는 절반에 대해 상기 최소값을 구현하는 전압값이 인가되고, 나머지 절반에 대해서는 상기 최대값을 구현하는 전압값이 인가될 수 있다.
상기 위상 변조부는 전기적 신호에 따라 광학적 성질이 변하는 활성층과, 상기 활성층에 인접하게 배치되며 다수의 나노 구조물을 포함하는 나노 어레이층과, 상기 활성층에 신호 인가를 위한 전극층을 포함할 수 있다.
상기 나노 구조물은 상기 입사광의 파장보다 작은 형상 치수를 가질 수 있다.
상기 나노 구조물은 전도성 재질로 이루어질 수 있다.
상기 나노 어레이층과 상기 활성층 사이에 유전체층이 더 구비될 수 있다.
상기 신호 입력부는 상기 다수의 나노 구조물 각각과 상기 전극층 사이에 전압을 인가할 수 있다.
상기 나노 구조물은 유전체 재질로 이루어질 수 있다.
상기 나노 어레이층과 상기 활성층 사이에 전도층이 더 구비될 수 있고, 상기 신호 입력부는 상기 전도층과 상기 전극층 사이에 전압을 인가할 수 있다.
상기 위상 변조부가 입사광에 대해 빔 스티어링(beam steering), 포커싱(focusing), 디포커싱(defocusing), 빔 정형(beam shaping), 또는, 빔 스플리팅(beam splitting)의 기능을 하도록 상기 신호 입력부가 제어될 수 있다.
또한, 일 유형에 따르면 상술한 위상 변조 능동 소자;를 포함하는, 광학 장치가 제공된다.
또한, 일 유형에 따르면, 광원부; 상기 광원으로부터의 광이 피사체를 향하도록 스티어링(steering) 하는 것으로, 입사광의 위상을 독립적으로 변조하는 복수의 채널을 구비하는 위상 변조부와, 상기 복수의 채널 각각에 위상 변조를 위한 입력 신호를 인가하는 신호 입력부와, 상기 복수의 채널 중 위상 한계를 나타내는 채널의 적어도 일부에 대해서는, 상기 위상 변조부가 상기 입력 신호에 따라 구현할 수 있는 위상 변조값 중의 최소값을 구현하는 입력 신호가 인가되도록, 상기 신호 입력부를 제어하는 제어부를 포함하는 위상 변조 능동 소자; 및 상기 위상 변조 능동 소자에서 스티어링 되어 상기 피사체에 조사되고 상기 피사체에서 반사되는 광을 수신하는 센서부;를 포함하는 라이다(lidar) 장치가 제공된다.
상기 제어부는 상기 위상 변조 능동 소자의 스티어링 방향이 시순차적으로 조절되며 피사체를 스캔하도록 상기 신호 입력부를 제어할 수 있다.
상술한 위상 변조 능동 소자 구동 방법에 따르면, 위상 한계를 나타내는 채널들에 대한 목표 위상값을 수정하여 양호한 성능의 광 변조가 가능하다.
상술한 위상 변조 능동 소자는 원하는 광 변조 성능 구현에 필요한 위상 한계를 나타내는 채널을 포함하는 경우에도 위상 한계에 의한 성능 저감이 최소화될 수 있다.
상술한 위상 변조 능동 소자는 광 변조 성능이 인가 전압에 따라 능동적으로 제어되며 양호한 광 변조 성능을 나타낼 수 있으므로, 다양한 광학 장치에 적용되기에 적합하다.
도 1은 실시예에 따른 위상 변조 능동 소자의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.
도 2는 도 1의 위상 변조 능동 소자에 채용될 수 있는 위상 변조부의 예시적인 구성을 보인 단면도이다.
도 3은 도 1의 위상 변조 능동 소자에 채용될 수 있는 위상 변조부의 다른 예시적인 구성을 보인 단면도이다.
도 4는 실시예에 따른 위상 변조 능동 소자 구동 방법을 개략적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 위상 변조 능동 소자가 빔 스티어링 소자로 구동하도록 각 채널의 위상값을 설정한 위상 프로파일을 예시적으로 보인다.
도 6은 위상 한계를 설명하기 위한 개념적인 그래프이다.
도 7은 비교예의 위상 변조 능동 소자에서 구현되는 위상 프로파일을 예시적으로 보인다.
도 8은 실시예에 따른 위상 변조 능동 소자 구동 방법에 따라, 한계 채널들에 대한 목표 위상값을 재설정한 예를 보인 그래프이다.
도 9는 실시예에 따른 위상 변조 능동 소자 구동 방법에 따라, 한계 채널들에 대한 목표 위상값을 재설정한 것을 다른 예를 보인 그래프이다.
도 10은 실시예에 따른 위상 변조 능동 소자에 의한 변조광에 대해, 각도에 따른 세기 분포를 보인 그래프이다.
도 11은 비교예에 따른 위상 변조 능동 소자에 의한 변조광에 대해, 각도에 따른 세기 분포를 보인 그래프이다.
도 12는 빔 스티어링을 구현하기 위한, 실시예 및 비교예에 따른 위상 프로파일을 이상적인 경우와 비교하여 보인 그래프이다.
도 13은 실시예 및 비교예에 따른 위상 변조 능동 소자에 의한 변조광의 사이드 로브에 대한 메인 피크의 비를 위상 한계값에 대해 보인 그래프이다.
도 14는 실시예 및 비교예에 따른 위상 변조 능동 소자에 의한 변조광의 사이드 로브에 대한 메인 피크의 비를 위상 한계값에 대해 보인 그래프이다.
도 15는 실시예에 따른 라이다 장치의 개략적인 구성을 보인 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.
이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.
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 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
“상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다.
방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 한정되는 것은 아니다. 모든 예들 또는 예시적인 용어(예를 들어, 등등)의 사용은 단순히 기술적 사상을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 실시예에 따른 위상 변조 능동 소자(1000)의 개략적인 구성을 보인 블록도이다. 도 2 및 도 3은 위상 변조 능동 소자(1000)에 채용될 수 있는 위상 변조부(101)(102)의 구체적인 구성을 예시적으로 보인다.
위상 변조 능동 소자(1000)는 입사광의 위상을 변조하는 복수의 채널(CH_1 ~CH_N)을 구비하는 위상 변조부(100)와, 복수의 채널(CH_1~CH_N) 각각에 위상 변조를 위한 입력 신호를 인가하는 신호 입력부(200)와, 신호 입력부(200)를 제어하는 제어부(300)를 포함한다.
위상 변조부(100)는 입사광(Li)의 위상을 독립적으로 변조하는 복수의 채널(CH_1~CH_N)을 포함한다. 위상 변조부(100)는 예를 들어, 인가된 신호에 따라 광학적 성질이 변하는 활성층과, 활성층에 인접하게 배치된 다수의 나노 구조물들을 포함할 수 있고, 다수의 나노 구조물 각각이 복수의 채널(CH_1~CH_N)을 형성할 수 있다. 위상 변조부(100)의 보다 상세한 예시적인 구조는 도 2 및 도 3을 참조하여 후술할 것이다. 복수의 채널(CH_1~CH_N)은 신호 입력부(200)에서 각각에 인가하는 신호에 따라 입사광(Li)의 위상을 각각 변조한다. 신호 입력부(200)로부터의 입력 신호는 위상 변조부(100)의 구체적인 구성, 예를 들어, 위상 변조부(100)에 채용된 활성층, 나노 구조물의 재질에 따라 정해진다. 위상 변조부(100)가 전기 신호에 따라 광학적 성질이 바뀌는 물질을 채용하는 경우, 신호 입력부(200)는 위상 변조부(100)에 전기 신호, 예를 들어, 전압을 인가하는 구성을 가질 수 있다. 위상 변조부(100)의 각 채널(CH_1~CH_N)에서 위상을 변조하는 규칙성을 적절히 조절함에 따라 입사광(Li)이 다양한 형태의 변조광(Lm)으로 출사될 수 있으며, 위상 변조부(100)는 예를 들어, 입사광에 대해 빔 스티어링(beam steering), 포커싱(focusing), 디포커싱(defocusing), 빔 정형(beam shaping), 또는, 빔 스플리팅(beam splitting)의 기능을 할 수 있다.
제어부(300)는 변조하고자 하는 입사광(Li)의 파장과 원하는 변조 형태에 알맞게 각 채널(CH_1~CH_N)이 독립적으로 제어되도록 신호 입력부(200)를 제어할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하여, 도 1의 위상 변조 능동 소자(1000)에 채용될 수 있는 위상 변조부(101)(102)의 구체적인 구성을 살펴보기로 한다.
도 2를 참조하면, 위상 변조부(100)는 활성층(20)과 전도성 나노 구조물(52)이 어레이된 나노 어레이층(50), 활성층(20)에 신호 인가를 위한 전극층(10)을 포함한다. 활성층(20)은 신호 인가에 따라 광학적 성질이 변하는 물질로 이루어질 수 있다. 활성층(20)은 예를 들어, 전기장에 의해 유전율이 변하는 물질로 이루어질 수 있다. 나노 어레이층(50)은 복수의 나노 구조물(52)을 포함하며, 도면에서는 하나의 채널을 형성하는 하나의 나노 구조물(52)만 예시적으로 도시하고 있다. 나노 어레이층(50)과 활성층(20) 사이에는 절연층(30)이 더 배치될 수 있다.
나노 구조물(52)은 서브 파장(sub-wavelength)의 형상 치수를 가질 수 있다. 여기서, 서브 파장(sub-wavelength)은 위상 변조부(100)의 동작 파장, 즉, 변조하고자 하는 입사광(Li)의 보다 작은 치수를 의미한다. 나노 구조물(52)의 형상을 이루는 어느 한 치수, 예를 들어, 두께, 가로, 세로, 중 적어도 어느 하나가 서브 파장의 치수를 가질 수 있다.
나노 구조물(52)에 채용되는 전도성 물질로는 표면 플라즈몬 여기(surface plasmon excitation)가 일어날 수 있는 도전성이 높은 금속 물질이 채용될 수 있다. 예를 들어, Cu, Al, Ni, Fe, Co, Zn, Ti, 루세늄(ruthenium, Ru), 로듐(rhodium, Rh), 팔라듐(palladium, Pd), 백금(Pt), 은(Ag), 오스뮴(osmium, Os), 이리듐(iridium, Ir), 백금(Pt), 금(Au), 중에서 선택된 적어도 어느 하나가 채용될 수 있고, 이들 중 어느 하나를 포함하는 합금으로 이루어질 수 있다. 또한, 그래핀(graphene)과 같이 전도성이 좋은 이차원 물질, 또는, 전도성 산화물이 채용될 수도 있다.
활성층(20)은 외부 신호에 따라 광학적 특성이 변하는 물질로 이루어질 수도 있다. 외부 신호는 전기 신호일 수 있다. 활성층(20)은 예를 들어, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), AZO(aluminium zinc oxide), GZO(gallium zinc oxide)와 같은 투명 전도성 산화물(transparent conductive oxide, TCO)로 이루어질 수 있다. 또한, TiN, ZrN, HfN, TaN과 같은 전이 금속 질화물(transition metal nitrice)도 사용 가능하다. 이외에도, 전기 신호가 가해지면 유효 유전율이 변하는 전기 광학(electro-optic 물질), 즉, LiNbO3, LiTaO3 KTN(potassium tantalate niobate), PZT(lead zirconate titanate)이 사용될 수 있고, 또한, 전기광학 특성을 갖는 다양한 폴리머(polymer) 물질이 사용될 수 있다.
전극층(10)은 전도성이 있는 다양한 재질로 형성할 수 있다. 전극층(10)은 금속 물질, 예를 들어, Cu, Al, Ni, Fe, Co, Zn, Ti, 루세늄(ruthenium, Ru), 로듐(rhodium, Rh), 팔라듐(palladium, Pd), 백금(Pt), 은(Ag), 오스뮴(osmium, Os), 이리듐(iridium, Ir), 백금(Pt), 금(Au), 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 전극층(10)이 금속 물질로 이루어진 경우, 전극층(10)은 전압 인가의 역할 뿐 아니라 광을 반사시키는 반사층의 기능을 겸할 수도 있다. 전극층(10)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), AZO(aluminium zinc oxide), GZO(gallium zinc oxide)와 같은 투명 전도성 산화물(transparent conductive oxide, TCO)로 이루어질 수도 있다.
나노 구조물(52)은 금속물질과 유전체 물질의 경계에서 일어나는 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance)에 의해 특정 파장의 광의 위상을 변조할 수 있으며, 출력하는 위상값은 나노 구조물(52)의 세부적인 형상과 관계된다. 또한, 나노 구조물(52)과 전극층(10) 사이에 인가되는 전압에 의한 활성층(20)의 광학적 성질 변화에 의해 출력 위상값이 조절될 수 있다.
도 3을 참조하면, 위상 변조부(102)는 활성층(22)과 유전체 나노 구조물(62)이 어레이된 나노 어레이층(60), 활성층(22)에 신호 인가를 위한 전극층(10)을 포함한다. 활성층(22)은 신호 인가에 따라 광학적 성질이 변하는 물질로 이루어질 수 있고, 예를 들어, 전기장에 의해 유전율이 변하는 물질로 이루어질 수 있다. 나노 어레이층(60)은 복수의 나노 구조물(62)을 포함하며, 도면에서는 하나의 채널을 형성하는 나노 구조물(62) 하나만 예시적으로 도시하고 있다. 나노 어레이층(60)과 활성층(22) 사이에는 전도층(40)이 더 배치될 수 있다.
활성층(22)은 전기 신호가 가해지면 유효 유전율이 변하여 굴절률이 변하는 전기 광학(electro-optic 물질)로 이루어질 수 있다. 이러한 물질로, LiNbO3, LiTaO3 KTN(potassium tantalate niobate), PZT(lead zirconate titanate) 등이 사용될 수 있고, 또한, 전기광학 특성을 갖는 다양한 폴리머(polymer) 물질이 사용될 수 있다.
전극층(10)은 전도성이 있는 다양한 재질로 형성할 수 있다. 전극층(10)은 금속 물질, 예를 들어, Cu, Al, Ni, Fe, Co, Zn, Ti, 루세늄(ruthenium, Ru), 로듐(rhodium, Rh), 팔라듐(palladium, Pd), 백금(Pt), 은(Ag), 오스뮴(osmium, Os), 이리듐(iridium, Ir), 백금(Pt), 금(Au), 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 전극층(10)이 금속 물질로 이루어진 경우, 전극층(10)은 전압 인가의 역할 뿐 아니라 광을 반사시키는 반사층의 기능을 겸할 수도 있다. 전극층(10)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), AZO(aluminium zinc oxide), GZO(gallium zinc oxide)와 같은 투명 전도성 산화물(transparent conductive oxide, TCO)로 이루어질 수도 있다.
나노 구조물(62)은 서브 파장(sub-wavelength)의 형상 치수를 가질 수 있다. 나노 구조물(62)은 유전체 물질로 이루어져, 변위 전류(displacement current)에 의한 Mie resonance를 이용하여 특정 파장의 광의 위상을 변조할 수 있다. 이를 위하여, 나노 구조물(62)은 활성층(22)보다 큰 굴절률을 가지는 유전체 물질로 이루어질 수 있고, 예를 들어, 전압 인가에 의해 활성층(22)의 굴절률이 변화하는 범위의 가장 큰 값보다 큰 굴절률을 가지는 물질로 이루어질 수 있다. 나노 구조물(62)이 출력하는 위상값은 나노 구조물(62)의 세부적인 형상과 관계된다. 또한, 전도층(40)과 전극층(10) 사이에 인가되는 전압에 의한 활성층(10)의 광학적 성질 변화에 의해 나노 구조물(62)에서의 출력 위상값이 조절될 수 있다.
도 2 및 도 3은 각각 위상 변조부(101)(102)의 예시적인 구성을 설명한 것이며, 도 1의 위상 변조 능동 소자(1000)의 위상 변조부(100)는 예시된 구성에 한정되지 않으며, 이로부터 변형된 구성이 위상 변조 능동 소자(1000)에 채용될 수 있다.
한편, 위상 변조 능동 소자(2000)의 제어에 있어서, 위상 변조부(100)의 각 채널이 구현하는 위상 변조 범위는 0에서 360˚까지를 커버할 수 있는 것이 필요하다. 그러나, 입력 신호를 증가시켜도 위상 변조값이 어느 한계값 이상으로는 증가하지 않으며, 이를 위상 한계(phase limit)이라고 한다. 위상 한계는 예를 들어, 210˚, 300˚, 330˚ 등, 360˚보다 작은 값으로 나타나며, 위상 변조부(100)가 위상 한계를 나타내는 경우, 위상 한계값으로부터 360˚까지의 위상 변조가 요구되는 채널에서는 목표 위상을 구현하지 못하며, 따라서, 저하된 광변조 성능이 나타날 수 있다.
위상 변조부(100)가 빔 스티어링(beam steering)을 구현하는 예를 들어 설명하면, 인접한 복수의 채널들이 선형으로 증가하는 위상을 나타하고, 인접한 채널의 위상차가 Δφ이고 채널 폭이 d인 경우, 파장 λ의 광은 다음과 같이 정의되는 각 θ 방향으로 스티어링 된다.
Figure pat00001
그러나, 위상 한계에 의해 채널들이 구현하는 위상값이 360˚까지에 이르지 못하는 경우, 입사광(Li) 중 일부는 θ 이외의 방향으로도 스티어링 된다. 즉, 변조광(Lm)의 분포는 원하는 각도 θ 이외의 위치에서도 소정 피크를 나타내게 된다. 또한, 상대적으로, 의도한 각도 θ 에서의 피크 크기는 작아진다. 이러한 현상에 의해 SNR이 나빠지고 광효율이 낮아진다.
본 실시예의 위상 변조 능동 소자(1000)는 위상 변조부(100)의 복수의 채널(CH_1~CH_N) 중 위상 한계를 나타내는 채널에 대해서는 목표 위상값을 조절하는 방식을 사용하여, 위상 한계에 의한 위상 변조 능동 소자(1000)의 성능 저감을 최소화하고자 한다. 이를 위하여, 제어부(300)는 복수의 채널 중 위상 한계를 나타내는 채널의 적어도 일부에 대한 위상 목표값을 위상 한계값보다 작은 값이 되도록 신호 입력부를 제어할 수 있다. 수정된 위상 목표값은 예를 들어, 위상 변조부(100)가 입력 신호에 따라 구현할 수 있는 위상 변조값 중의 최소값일 수도 있다.
이하, 도 4 내지 도 9를 참조하여, 실시예에 따른 위상 변조 능동 소자를 구동하는 방법을 살펴보기로 한다.
도 4는 실시예에 따른 위상 변조 능동 소자 구동 방법을 개략적으로 설명하는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 위상 변조 능동 소자에 대해, 채널별 위상 변조 목표값을 나타내는 위상 프로파일을 설정한다(S310).
전술한 바와 같이, 위상 변조 능동 소자의 광 변조 특성은 채널별 위상 변조의 규칙에 의해 조절되는 것이므로, 구현할 광학 성능에 맞는 위상 변조 프로파일의 설정이 수행된다.
도 5는 위상 변조 능동 소자가 빔 스티어링 소자로 구동하도록 각 채널의 위상값을 설정한 위상 프로파일을 예시적으로 보인다.
예시된 위상 프로파일은 위상 변조 능동 소자에 입사한 광이 위상 변조 능동 소자(1000)에 의해 소정 스티어링 각(θT)의 방향을 향하도록 설계된 예를 보인다. 그래프의 가로축은 채널 ID를 나타내고 있다. 예시된 위상 프로파일은 채널 1에서 0의 위상이 나타나고 인접 채널로 갈수록 각 채널의 위상값은 선형적으로 증가하여 360˚까지 이른 후, 다시 0에서 360˚ 의 위상이 순차적으로 나타나는 형태이다.
다음, 위상 변조 능동 소자(1000)의 위상 한계값(φlim)을 설정한다.(S302) 위상 한계값(φlim)을 설정하기 위해, 인가 전압 변화에 따른 위상 변조값의 추이를 분석할 수 있다. 상기 추이 분석은 위상 변조 능동 소자(1000)의 한 채널에 대해 수행될 수 있다.
도 6은 위상 한계를 설명하기 위한 개념적인 그래프이다.
인가 전압 변화에 따른 위상 변조값의 추이 분석을 통해, 도 6과 같은 인가 전압 대 위상 그래프를 획득할 수 있다. 그래프를 참조하면, 인가 전압이 증가함에 따라 위상 출력값은 증가하지만, 위상 한계값(φlim)으로 포화되며, 포화된 이후에는 인가 전압이 증가하여도 출력 위상은 더 이상 증가하지 않는다.
도 5의 그래프로부터 위상 한계값(φlim) 및 이에 이르기 위한 인가 전압(Vs)을 설정할 수 있고, 또한, 추가적으로, 위상 변조 능동 소자가 구현할 위상변조의 최소값(φmin)과 최대값(φmax) 및 이를 위한 인가 전압, V0와 Vm을 설정할 수 있다.
최소값(φmin)은 0일 수 있으며, 이에 한정되지는 않는다.
최대값(φmax)은 위상 한계값(φlim) 과 같은 값으로 설정될 수도 있고, 또는, 이보다 작은 값으로 위상 한계값(φlim) 의 90% 이상, 또는 95% 이상의 값으로 정해질 수도 있다. 그래프에는, 위상 한계값(φlim)에 매우 가까운 위상을 구현하는 영역으로 인가 전압 증가에 따른 위상 증가의 기울기가 현저히 낮은 범위가 존재하며, 이 범위에서 최대값(φmax)을 설정함으로써, 효율적인 인가 전압을 설정할 수 있다. 설정된 최대값(φmax), 최소값(φmin)은 다음 단계(S330)의 목표값 수정에서 활용될 수 있다.
도 7은 비교예의 위상 변조 능동 소자에서 구현되는 위상 프로파일을 예시적으로 보인다.
도 7은 즉, 도 5의 위상 프로파일을 구현하기 위해 위상 변조 능동 소자의 각 채널에 전압을 인가할 때, 위상 한계에 의해 위상 변조 능동 소자에 구현되는 위상 프로파일을 예시적으로 보인다. 여기서, 비교예의 의미는 실시예에 따른 구동방법이 적용되지 않은 경우임을 의미하고 있다.
그래프에서는 점선으로 도 5에서 설정한 목표 위상 프로파일이 이상적으로 구현된 경우를 함께 도시하고 있다. 목표 위상 프로파일에서 위상 한계값(φlim) 이상이 요구되는 채널들(A)은 이하, 한계 채널들(A)이라고 칭한다. 한계 채널들(A)에서는 위상 한계값(φlim) 이상이 실질적으로 구현될 수 없기 때문에, 목표값을 나타내지 못하고, 위상 한계값(φlim)을 나타내게 된다.
실시예에 따른 구동 방법에서는 이러한 한계 채널들(A)에 대해서는 목표값을 수정하고(S330), 수정된 위상 프로파일에 따라 위상 변조 능동 소자를 구동한다(S340).
한계 채널들(A)의 위상은 목표 위상 프로파일에서 설정된 목표값보다 낮은 값으로 재설정될 수 있다. 한계 채널들(A) 중 적어도 일부에 대해 낮은 목표값으로의 수정이 행해질 수 있으며, 이 수정값은 위상 변조 능동 소자가 구현할 수 있는 최소값(φmin)일 수 있다.
도 8은 실시예에 따른 위상 변조 능동 소자 구동 방법에 따라, 한계 채널들(A)에 대한 목표 위상값을 재설정한 예를 보인 그래프이다.
도 8을 참조하면, 한계 채널들(A)의 목표값은 도 6에서 설정한 최소값(φmin)으로 수정된다. 즉, 위상 한계값(φlim) 이상이 요구되는 채널들(A)의 위상은 최소값(φmin)으로 재설정되고 있다. 그래프에서 우측 세로선은 인가 전압을 표시하고 있으며, 최소값(φmin)을 구현하는 인가 전압(V0)은 도 6의 그래프로부터 결정할 수 있다.
도 8에서는 한계 채널들(A) 모두에 대해 최소값(φmin)으로 재설정한 것으로 예시하고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 일부에 대해서만 최소값(φmin)으로 설정할 수도 있다. 예를 들어, 한계 채널들(A) 중 일부는 최소값(φmin)으로 재설정되고, 나머지 채널은 최대값(φmax)으로 재설정될 수 있다.
도 9는 실시예에 따른 위상 변조 능동 소자 구동 방법에 따라, 한계 채널들(A)에 대한 목표 위상값을 재설정한 것을 다른 예를 보인 그래프이다.
도 9를 참조하면, 한계 채널들(A) 중 절반은 최대값(φmax)으로 재설정되고, 나머지 절반은 최소값(φmin)으로 재설정된다. 이러한 위상 변조 능동 소자의 구동을 위해, 한계 채널들(A) 중 절반은 최대값(φmax)을 구현하는 입력 신호(Vm)가, 나머지 절반에는 최소값 (φmin)을 구현하는 입력 신호(V0)가 인가될 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 한계 채널들(A) 중 목표 위상값과의 차이가 상대적으로 크게 나타나는 절반은 위상값이 최소값(φmin)으로 재설정되고 있으며, 나머지 절반이 최대값(φmax)으로 재설정되고 있다. 최대값(φmax)은 도 6의 설명에서 설명한 것처럼, 위상 한계값(φlim)일 수 있고, 또는 이보다 조금 낮은 값일 수 있다.
도 10은 실시예에 따른 위상 변조 능동 소자에 의한 변조광에 대해, 각도에 따른 세기 분포를 보인 그래프이다.
도 10은 도 9와 같은 형태로 재설정된 실시예의 위상 프로파일에 따라 위상 변조 능동 소자를 구동한 경우이다. 그래프를 참조하면, 목표된 스티어링 각(θT)에서 최대 세기(intensity)를 나타내고 있으며, 이외의 몇몇 각도 위치에서도 작은 피크를 나타내고 있다. 그래프에서 의도한 각도(θT)에서의 피크를 메인 피크(main peak)라 하고 나머지 피크들은 사이드 로브(side lobe)라 한다.
도 11은 비교예에 따른 위상 변조 능동 소자에 의한 변조광에 대해, 각도에 따른 세기 분포를 보인 그래프이다.
즉, 도 11은 도 7과 같은 비교예의 위상 프로파일에 따라 위상 변조 능동 소자가 구동된 경우로서, 즉, 한계 채널들(A)에 대한 목표값 재설정이 이루어지지 않은 경우의 변조광에 대한 것이다. 도 11의 그래프에서도, 목표된 스티어링 각(θT)에서 최대 세기(intensity)를 나타내고 있으며, 또한, 다수의 사이드 로브(side lobe)들이 나타나고 있다.
도 10 및 도 11의 그래프에서 사이드 로브들이 나타나는 이유는 위상 한계에 의해 도 5와 같은 형태의 위상 프로파일이 구현되지 못하기 때문이다. 도 10과 도 11의 그래프를 비교하면, 실시예의 구동 방법에 따른 도 10의 그래프에서의 사이드 로브의 크기는 비교예에 따른 도 11의 그래프에서 나타나는 사이드 로브에 비해 작은 값을 나타내고 있다. 또한, 메인 피크의 크기도 도 10의 경우 도 11보다 크게 나타나고 있다. 이는 한계 채널들(A)의 위상값을 재설정한 효과이다.
실시예에 따른 구동 방법을 적용할 때, 이를 적용하지 않은 비교예의 경우보다 높은 메인 피크, 낮은 사이드 로브들이 나타나는 것은 도 12와 같은 그래프를 통해 예측될 수 있다.
도 12는 빔 스티어링을 구현하기 위한, 실시예 및 비교예에 따른 위상 프로파일을 이상적인 경우와 비교하여 보인 그래프이다.
그래프에서 세로축은 각 채널들이 구현할 목표 위상을 펼쳐서 표시하고 있다. 즉, 0에서 360˚까지의 선형으로 증가하는 위상을 나타내는 채널 다음의 위상은 360˚에서 720˚로 표시하고 있다.
그래프를 참조하면, 한계 채널들(A)에서 구현되는 위상값이 목표값에서 벗어나는 정도는 비교예의 경우보다 실시예의 경우 더 작게 나타나는 것을 볼 수 있다.
도 13은 실시예 및 비교예에 따른 위상 변조 능동 소자에 의한 변조광의 사이드 로브에 대한 메인 피크의 비를 위상 한계값에 대해 보인 그래프이다.
도 13 에서 가로축은 위상 한계값(φlim)을 나타내고 있고, 세로축은 사이드 로브의 피크 크기에 대한 메인 피크의 크기를 나타내고 있다. 위상 한계값(φlim)이 360˚에 가까울수록, 비교예와 실시예의 성능 차이는 작게 나타난다. 위상 한계값(φlim)이 360˚보다 작아짐에 따라 비교예와 실시예의 성능 차이는 점점 크게 나타난다. 위상 한계값(φlim)이 약 330˚보다 작아지면, 비교예와 실시예의 성능 차이는 현저해지며, 원하는 광학 성능을 나타내기 위해서는 실시예에 따른 구동 방법에 따라 한계 채널들에 대한 위상값 재설정이 필요하다.
도 14는 실시예 및 비교예에 따른 위상 변조 능동 소자에 의한 변조광의 사이드 로브에 대한 메인 피크의 비를 위상 한계값에 대해 보인 그래프이다.
도 14에서 가로축은 위상 한계값(φlim)을 나타내고 있고, 세로축은 메인 피크의 상대적인 크기를 나타내고 있다. 위상 한계값(φlim)이 360˚보다 작아짐에 따라 비교예와 실시예의 성능 차이는 점점 크게 나타난다. 위상 한계값(φlim)이 약 300˚보다 작아질 때, 비교예와 실시예의 성능 차이는 보다 현저해지는 것으로 나타난다.
도 13 및 도 14의 그래프들은 모두, 모든 위상 한계값(φlim)에 대해, 실시예의 광학 성능이 비교예의 광학 성능보다 양호한 것을 보이고 있으며, 위상 한계값(φlim)이 작아질수록 성능차이는 더 커지는 것을 볼 수 있다. 도 13의 그래프는 SNR과 관련된 값을, 도 14의 그래프는 광효율과 관련된 값을 나타내는 것으로 볼 수 있고, 두 요소는 광 변조 성능에 모두 주요한 요소이다. 이를 고려할 때, 약 330˚ 이하에서 위상 한계를 나타내는 채널이 위상 변조 능동 소자에 사용될 때, 실시예에 따른 구동 방법을 적용함으로써 효과적으로 광 변조 성능의 향상이 가능하다.
상술한 위상 변조 능동 소자(1000)는 각 채널에서의 위상 변조 규칙을 적절히 설정하여 다양한 광학 성능을 나타낼 수 있으므로, 다양한 광학 장치에 적용될 수 있다.
위상 변조 능동 소자(1000)는 포커싱 또는 디포커싱이 가능한 굴절력 있는 광학 렌즈로 적용될 수 있으며 이러한 광학 렌즈를 사용하는 다양한 광학계에 적용될 수 있다. 또한, 능동적으로 성능 조절이 가능하므로, 가변 초점등의 기능을 수행할 수도 있다.
위상 변조 능동 소자(1000)는 입사광을 다양한 방향으로 분기하는 빔 스플리터로 적용될 수 있고, 또는 빔 형상을 정형하는 빔 정형기로 적용될 수 있으며, 광을 원하는 방향으로 조준하는 빔 스티어링 소자로 적용될 수 있다. 위상 변조 능동 소자(1000)는 빔 스플리터, 빔 정형기, 빔 스티어링 소자를 사용하는 다양한 광학계에 적용될 수 있다. 또한, 능동적으로 성능 조절이 가능하므로, 예를 들어, 조준 방향 조절이 가능하므로 빔 스캐닝의 기능을 수행할 수도 있다.
도 15는 실시예에 따른 라이다 장치(2000)의 개략적인 구성을 보인 블록도이다.
라이다 장치(2000)는 광을 조사하는 광원부(1200), 광원부(1200)에서 조사된 광을 피사체(OBJ)를 향하도록 조준하는 위상 변조 능동 소자(1000) 및 피사체(OBJ)로부터 반사된 광을 센싱하는 센서부(1400)를 포함한다.
광원부(1200)는 피사체(OBJ)의 위치, 형상의 분석에 사용할 광을 조사한다. 광원부(1200)는 소장 파장의 광을 생성, 조사하는 광원을 포함할 수 있다. 광원부(1200)는 피사체(OBJ)의 위치, 형상 분석에 적합한 파장 대역의 광, 예를 들어, 적외선 대역 파장의 광을 생성 조사하는 LD(laser diode), LED(light emitting diode), SLD(super luminescent diode)등의 광원을 포함할 수 있다. 광원부(1200)는 복수의 서로 다른 파장 대역의 광을 생성 조사할 수도 있다. 광원부(1200)는 펄스광 또는 연속광을 생성 조사할 수 있다.
위상 변조 능동 소자(1000)는 입사광의 위상을 독립적으로 변조하는 복수의 채널을 구비하는 위상 변조부(100)와, 복수의 채널 각각에 위상 변조를 위한 입력 신호를 인가하는 신호 입력부(200)와, 신호 입력부(200)를 제어하는 제어부(300)를 포함한다. 위상 변조부(100)는 전술한 위상 변조부(101)(102)의 구성을 가질 수 있다.
광원부(1200)와 위상 변조 능동 소자(1000) 사이에 및/또는 위상 변조 능동 소자(1000)와 피사체(OBJ) 사이에는 다른 광학 부재들, 예를 들어, 광원부(1200)에서 조사된 광의 경로 조절이나 파장 분할을 위해 또는 추가적인 변조를 위한 부재들이 더 배치될 수도 있다.
제어부(300)는 위상 변조 능동 소자(1000)가 빔 스티어링 기능을 수행하도록 복수의 채널(CH_1~CH_N) 각각의 목표 위상값을 설정하고, 이를 위한 입력 신호가 인가되도록 신호 입력부(200)를 제어한다. 제어부(300)는 이 때, 구동 방법 설명에서 전술한 바와 같이, 복수의 채널 중 위상 한계를 나타내는 채널의 적어도 일부에 대한 목표 위상값을 낮추는 입력 신호가 인가되도록, 신호 입력부(200)를 제어할 수 있다. 제어부(300)는 또한, 위상 변조 능동 소자(1000)의 스티어링 방향이 시순차적으로 조절되며 피사체를 스캔하도록 신호 입력부(200)를 제어할 수 있다. 위상 변조 능동 소자(1000)의 스팅어링 각도는 θT1에서 θT2의 범위를 커버할 수 있고, 상기 범위내를 스캔하는 동안 센서부(1400)에서 센싱되는 광신호는 피사체(OBJ)의 존재 여부, 위치, 형상 등의 분석에 사용될 수 있다.
센서부(1400)는 피사체(OBJ)로부터 반사되는 광을 센싱하는 광검출을 위한 복수의 센서들의 어레이를 포함할 수 있다. 센서부(1400)는 복수의 서로 다른 파장의 광을 센싱할 수 있는 센서들의 어레이들을 포함할 수 있다. 할 수 있다.
라이다 장치(2000)는 또한, 신호처리부(1600)를 더 포함할 수 있다. 신호처리부(1600)는 센서부(1400)로부터 검출된 광신호로부터 소정 연산, 예를 들어, 광 비행 시간(Time of Flight) 측정을 위한 연산과 이로부터 피사체(OBJ)의 3차원 형상 판별을 수행할 수 있다. 신호처리부(1600)에서는 다양한 연산 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어, 직접 시간 측정 방법은 피사체(OBJ)에 펄스광을 투사하고 피사체에 반사되어 광이 돌아오는 시간을 타이머로 측정하여 거리를 구한다. 상관법(correlation)은 펄스광을 피사체(OBJ)에 투사하고 피사체(OBJ)에 반사되어 돌아오는 반사광의 밝기로부터 거리를 측정한다. 위상지연 측정 방법은 사인파와 같은 연속파(continuous wave) 광을 피사체(OBJ)에 투사하고 피사체(OBJ)에 반사되어 돌아오는 반사광의 위상차를 감지하여 거리로 환산하는 방법이다. 신호처리부(1600)는 상기 연산에 필요한 프로그램 및 기타 데이터들이 저장되는 메모리를 포함할 수 있다.
신호처리부(1600)는 연산 결과, 즉, 피사체(OBJ)의 형상, 위치에 대한 정보를 다른 유닛으로 전송할 수 있다. 예를 들어, 라이다 장치(2000)가 채용된 자율 구동 기기의 구동 제어부, 또는 경고 시스템등에 상기한 정보가 전송될 수 있다.
라이다 장치(2000)는 전방 물체에 대한 3차원 정보를 실시간으로 획득하는 센서로 활용될 수 있어 자율 구동 기기, 예를 들어, 무인자동차, 자율주행차, 로봇, 드론 등에 적용될 수 있다.
라이다 장치(2000)는 또한, 자율 구동 기기뿐 아니라, 블랙박스 등에 적용되어, 이미지 센서만으로 물체 식별이 어려운 야간에 전, 후방의 장애물 판단 을 위해 적용될 수도 있다.
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
100, 101, 102.. 위상변조부
10.. 전극층
20, 22.. 활성층
30.. 유전체층
40..전도층
50, 60.. 나노어레이층
52, 62..나노 구조물
1000.. 위상 변조 능동소자
2000.. 라이다 장치

Claims (27)

  1. 입사광의 위상을 독립적으로 변조하는 복수의 채널을 구비하는 위상 변조 능동 소자에 대해, 상기 위상 변조 능동 소자가 구현할 채널별 위상 변조 목표값을 나타내는 위상 프로파일을 설정하는 단계;
    상기 위상 변조 능동 소자의 위상 한계값을 설정하는 단계;
    상기 위상 프로파일에서 상기 위상 한계값 이상이 요구되는 채널들에 대한 위상 변조 목표값을 상기 위상 한계값보다 낮은 값으로 수정하는 단계;
    수정된 위상 프로파일에 따라 상기 위상 변조 능동 소자를 구동하는 단계;를 포함하는 위상 변조 능동 소자 구동 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 위상 한계값을 설정하는 단계는
    인가 전압 대 위상 변조값의 추이를 획득하고, 상기 추이로부터 위상 변화가 포화되는 값을 위상 한계값으로 설정하는, 위상 변조 능동 소자 구동 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 위상 한계값을 설정하는 단계는
    상기 추이로부터 위상 변조 능동 소자가 구현할 위상변조의 최소값과 최대값을 설정하는 과정을 더 포함하는, 위상 변조 능동 소자 구동 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 최대값은 상기 위상 한계값과 같거나, 또는 위상 한계값보다 작고 위상 한계값의 90% 이상의 값인, 위상 변조 능동 소자 구동 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 수정하는 단계는
    상기 위상 한계값 이상이 요구되는 채널들 중 일부를 상기 최소값으로 수정하는, 위상 변조 능동 소자 구동 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 수정하는 단계는
    상기 위상 한계값 이상이 요구되는 채널들 중 절반은 상기 최대값으로, 나머지 절반은 상기 최소값으로 수정하는, 위상 변조 능동 소자 구동 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 위상 한계값 이상이 요구되는 채널들 중,
    위상 변조 목표값이 상대적으로 높은 절반에 대한 수정값이 상기 최소값으로 설정되는, 위상 변조 능동 소자 구동 방법.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 위상 한계값을 설정하는 단계는
    상기 최소값과 상기 최대값에 각각 대응하는 인가 전압값 V0, Vm를 설정하는 과정을 더 포함하는, 위상 변조 능동 소자 구동 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 구동하는 단계는
    상기 위상 한계값 이상이 요구되는 채널들 중 절반에는 Vm를 인가하고 나머지 절반에는 V0를 인가하는, 위상 변조 능동 소자 구동 방법.
  10. 입사광의 위상을 독립적으로 변조하는 복수의 채널을 구비하는 위상 변조부;
    상기 복수의 채널 각각에 위상 변조를 위한 입력 신호를 인가하는 신호 입력부;
    상기 복수의 채널 중 위상 한계를 나타내는 채널의 적어도 일부에 대해서는, 해당 채널의 목표 위상값보다 낮은 값을 구현하는 입력 신호가 인가되도록, 상기 신호 입력부를 제어하는 제어부;를 포함하는 위상 변조 능동 소자.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 낮은 값은 상기 위상 변조부가 상기 입력 신호에 따라 구현할 수 있는 위상 변조값 중의 최소값인, 위상 변조 능동 소자.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 위상 한계를 나타내는 채널에서의 위상 한계값은 330˚ 이하인, 위상 변조 능동 소자.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 위상 한계를 나타내는 채널들 중 상기 최소값을 나타내는 입력 신호가 인가되지 않는 나머지 채널에 대해서는, 상기 위상 변조부가 상기 입력 신호에 따라 구현할 수 있는 위상 변조값 중의 최대값을 구현하는 입력 신호가 인가되는, 위상 변조 능동 소자.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 위상 한계를 나타내는 채널들 중 절반에는 상기 최대값을 구현하는 입력 신호가, 나머지 절반에는 상기 최소값을 구현하는 입력신호가 인가되는, 위상 변조 능동 소자.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 위상 한계를 나타내는 채널들 중, 목표 위상값과의 차이가 상대적으로 크게 나타나는 절반에 대해 상기 최소값을 구현하는 입력 신호가 인가되는, 위상 변조 능동 소자.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 위상 변조부는 인가 전압에 따라 입사광의 위상을 변조하며,
    상기 위상 한계를 나타내는 채널들 중, 목표 위상값과의 차이가 상대적으로 크게 나타나는 절반에 대해 상기 최소값을 구현하는 전압값이 인가되고, 나머지 절반에 대해서는 상기 최대값을 구현하는 전압값이 인가되는, 위상 변조 능동 소자
  17. 제10항에 있어서,
    상기 위상 변조부는
    전기적 신호에 따라 광학적 성질이 변하는 활성층과,
    상기 활성층에 인접하게 배치되며 다수의 나노구조물을 포함하는 나노어레이층과,
    상기 활성층에 신호 인가를 위한 전극층을 포함하는, 위상 변조 능동 소자.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 나노구조물은 상기 입사광의 파장보다 작은 형상 치수를 가지는, 위상 변조 능동 소자.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 나노구조물은 금속 재질로 이루어진, 위상 변조 능동 소자.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 나노어레이층과 상기 활성층 사이에 절연층이 더 구비되는, 위상 변조 능동 소자.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 신호 입력부는
    상기 다수의 나노구조물 각각과 상기 전극층 사이에 전압을 인가하는, 위상 변조 능동 소자.
  22. 제18항에 있어서,
    상기 나노구조물은 유전체 재질로 이루어진, 위상 변조 능동 소자.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 나노어레이층과 상기 활성층 사이에 전도층이 더 구비되고,
    상기 신호 입력부는 상기 전도층과 상기 전극층 사이에 전압을 인가하는, 위상 변조 능동 소자.
  24. 제10항에 있어서,
    상기 위상 변조부가 입사광에 대해 빔 스티어링(beam steering), 포커싱(focusing), 디포커싱(defocusing), 빔 정형(beam shaping), 또는, 빔 스플리팅(beam splitting)의 기능을 하도록 상기 신호 입력부가 제어되는, 위상 변조 능동 소자.
  25. 제10항의 위상 변조 능동 소자;를 포함하는, 광학 장치.
  26. 광원부;
    상기 광원으로부터의 광이 피사체를 향하도록 스티어링(steering) 하는 것으로,
    입사광의 위상을 독립적으로 변조하는 복수의 채널을 구비하는 위상 변조부와,
    상기 복수의 채널 각각에 위상 변조를 위한 입력 신호를 인가하는 신호 입력부와,
    상기 복수의 채널 중 위상 한계를 나타내는 채널의 적어도 일부에 대해서는, 상기 위상 변조부가 상기 입력 신호에 따라 구현할 수 있는 위상 변조값 중의 최소값을 구현하는 입력 신호가 인가되도록, 상기 신호 입력부를 제어하는 제어부를 포함하는 위상 변조 능동 소자; 및
    상기 위상 변조 능동 소자에서 스티어링 되어 상기 피사체에 조사되고 상기 피사체에서 반사되는 광을 수신하는 센서부;를 포함하는 라이다(lidar) 장치.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 위상 변조 능동 소자의 스티어링 방향이 시순차적으로 조절되며 피사체를 스캔하도록 상기 신호 입력부를 제어하는, 라이다(lidar) 장치
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