KR20190040832A - 광원 일체형 광 센싱 시스템 및 이를 포함하는 전자 기기 - Google Patents

광원 일체형 광 센싱 시스템 및 이를 포함하는 전자 기기 Download PDF

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Abstract

광 센싱 시스템은 제1광축을 가지도록 배열된 복수의 발광 소자 및 상기 제1광축과 나란한 제2광축을 가지도록 배열된 복수의 수광 소자를 포함하는, 광 센싱 시스템이 제공된다. 상기 복수의 발광 소자와 상기 복수의 수광 소자는 일체형으로 집적된 구조로 형성될 수 있으며, 상기 제1광축과 상기 제2광축은 실질적으로 동축(coaxial)으로 형성되어, 수광 효율을 높일 수 있다.

Description

광원 일체형 광 센싱 시스템 및 이를 포함하는 전자 기기{Light source integrated light sensing system and electronic apparatus including the same}
본 개시는 광원 일체형 광 센싱 시스템 및 이를 포함하는 전자 기기에 대한 것이다.
최근, LiDAR(LiDAR; Light Detection and Ranging) 시스템은 스마트카, 로봇 등 다양한 자율 구동 기기 분야에서 장애물을 감지하기 위한 센서 또는 스캐너로써 이용되고 있다.
LiDAR 시스템은 일반적으로 대상체에 광을 조사하는 광원과 대상체로부터 반사된 광을 수신하는 센서를 포함한다. 광원이 대상체를 향하는 광경로와 대상체로부터 센서 사이의 광경로에는 다양한 부가적인 광학 부품이 배치되며, 이에 따라 시스템이 벌키(bulky)해 질 수 있으며 광학 부품을 지나는 동안 광 손실이 발생할 수 있다.
수광 효율을 높일 수 있는 광원 일체형 광 센싱 시스템을 제공한다.
광 센싱 시스템을 포함하여 대상체의 분석을 효율적으로 수행할 수 있는 라이다 장치를 제공한다.
일 유형에 따르면, 기판; 상기 기판 상에 위치하고, 제1광축을 가지도록 배열된 복수의 발광 소자; 및 상기 기판 상에 위치하고, 상기 제1광축과 나란한 제2광축을 가지도록 배열된 복수의 수광 소자;를 포함하는, 광 센싱 시스템이 제공된다.
상기 제1광축과 상기 제2광축은 실질적으로 동축(coaxial)일 수 있다.
상기 복수의 발광 소자와 상기 복수의 수광 소자는 일체형으로 집적된 구조로 형성될 수 있다.
상기 복수의 발광 소자와 상기 복수의 수광 소자의 배열은, 상기 복수의 발광 소자 중 하나 이상의 발광 소자와, 상기 복수의 수광 소자 중 하나 이상의 수광 소자로 이루어지는, 복수의 수발광 단위 소자(light receiving-emitting unit device)가 반복적으로 배열된 형태일 수 있다.
상기 수발광 단위 소자는 상기 하나 이상의 발광 소자를 상기 하나 이상의 수광 소자가 둘러싸는 형태를 가질 수 있다.
상기 수발광 단위 소자는 상기 기판 상에 형성되며, 상기 하나 이상의 발광 소자를 포함하는 발광 영역과, 상기 하나 이상의 발광 소자의 재질과 동일한 재질을 포함하는 비발광 영역을 구비하는, 발광 물질층; 상기 비발광 영역 상에 형성된 상기 하나 이상의 수광 소자;를 포함할 수 있다.
또는, 상기 수발광 단위 소자는 상기 기판 상에 형성되며, 상기 하나 이상의 수광 소자를 포함하는 수광 영역과, 상기 하나 이상의 수광 소자의 재질과 동일한 재질을 포함하는 비수광영역을 구비하는, 수광 물질층; 상기 비수광 영역 상에 형성된 상기 하나 이상의 발광 소자;를 포함할 수 있다.
상기 광 센싱 시스템은 상기 수발광 단위 소자 상에 위치되어, 상기 하나 이상의 발광 소자에서 출사되는 광의 출사각을 조절하는 렌즈 구조물을 더 포함할 수 있다.
상기 렌즈 구조물은 상기 하나 이상의 수광 소자를 향하는 광의 입사각을 조절할 수 있는 형상을 가질 수 있다.
상기 렌즈 구조물은 상기 복수의 수발광 단위 소자 각각의 상대적 위치에 따라 다른 출사각을 가지는 형상을 가질 수 있다.
상기 광 센싱 시스템은 상기 복수의 수발광 단위 소자가 배열되는 일면을 구비하며, 상기 일면 상의 위치에 따라 상기 복수의 수발광 기본 소자 각각의 광축 방향이 상이하도록 상기 일면 형상이 설정된 지지 구조물을 더 포함할 수 있다.
상기 일면은 곡면 또는 각도가 다른 복수의 경사면을 포함하는 형상일 수 있다.
상기 복수의 발광 소자는 제1 파장 대역의 광을 발광하는 제1 발광 소자와, 상기 제1 파장 대역과 다른 제2 파장 대역의 광을 발광하는 제2 발광 소자를 포함할 수 있다.
또한, 일 유형에 따르면, 대상체를 향해 광을 조사하는 복수의 발광 소자와, 상기 대상체를 향해 조사된 광의 반사광을 수광하는 복수의 수광 소자를 포함하며, 상기 복수의 발광 소자는 제1광축을 가지도록 배열되고, 상기 복수의 수광 소자는 제2광축을 가지도록 배열되며, 상기 제1광축과 상기 제2광축이 나란한, 광 센싱 시스템;
상기 광 센싱 시스템을 제어하고, 상기 광 센싱 시스템으로부터 수신된 광을 분석하는 프로세서;를 포함하는, 라이다 장치가 제공된다.
상기 복수의 발광 소자의 제1광축과 상기 복수의 수광 소자의 제2광축은 실질적으로 동축(coaxial)일 수 있다.
상기 복수의 발광 소자와 상기 복수의 수광 소자는 일체형으로 집적된 구조로 형성될 수 있다.
상기 복수의 발광 소자와 상기 복수의 수광 소자의 배열은, 상기 복수의 발광 소자 중 하나 이상의 발광 소자와, 상기 복수의 수광 소자 중 하나 이상의 수광 소자로 이루어지는, 복수의 수발광 단위 소자(light receiving-emitting unit device)가 반복적으로 배열된 형태일 수 있다.
상기 프로세서는 상기 복수의 발광 소자가 시간차를 두고 발광되도록 상기 광 센싱 시스템을 제어할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 복수의 발광 소자가 동시에 발광되도록 상기 광 센싱 시스템을 제어할 수 있다.
상기 복수의 발광 소자는 제1 파장 대역의 광을 발광하는 제1 발광 소자와,
상기 제1 파장 대역과 다른 제2 파장 대역의 광을 발광하는 제2 발광 소자를 포함할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 제1 발광 소자와 상기 제2 발광 소자가 시간차를 두고 발광하도록 상기 광 센싱 시스템을 제어할 수 있다.
상술한 광 센싱 시스템은 광원부와 수광부가 일체화된 구조를 가지며 따라서 시스템을 간소화할 수 있다.
상술한 광 센싱 시스템은 광원부의 광축과 수광부의 광축이 실질적으로 동축이 되도록 복수의 발광 소자와 복수의 수광 소자가 배열되어 있으므로 수광 효율이 높다.
상술한 광 센싱 시스템은 다양한 광학 장치, 전자 장치에 채용될 수 있고, 예를 들어, 라이다 장치에 채용되어 피사체에 대한 정보를 획득할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 광 센싱 시스템을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 2는 도 1의 광 센싱 시스템의 개략적인 구성을 보인 평면도이다.
도 3은 도 2의 광 센싱 시스템에 구비되는 수발광 단위 소자의 상세한 구성을 보이기 위한 A-A' 단면도이다.
도 4는 도 3의 수발광 단위 소자의 변형된 예를 보이는 단면도이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 광 센싱 시스템에 구비되는 수발광 단위 소자의 예를 보인 평면도이다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 광 센싱 시스템에 구비되는 수발광 단위 소자의 또 다른 예를 보인 평면도이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 광 센싱 시스템의 개략적인 구성을 보인 평면도이다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 광 센싱 시스템의 개략적인 구성을 보인 단면도이다.
도 9는 도 8의 광 센싱 시스템에 구비된 수발광 단위 소자의 상세한 구성을 보인 단면도이다.
도 10은 도 8의 광 센싱 시스템에 구비될 수 있는 수발광 단위 소자의 변형된 예를 보이는 단면도이다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 광 센싱 시스템의 개략적인 구성을 보인 단면도이다.
도 12는 또 다른 실시예에 따른 광 센싱 시스템의 개략적인 구성을 보인 단면도이다.
도 13은 또 다른 실시예에 따른 광 센싱 시스템의 개략적인 구성을 보인 단면도이다.
도 14는 또 다른 실시예에 따른 광 센싱 시스템의 개략적인 구성을 보인 단면도이다.
도 15는 또 다른 실시예에 따른 광 센싱 시스템의 개략적인 구성을 보인 단면도이다.
도 16은 또 다른 실시예에 따른 광 센싱 시스템의 개략적인 구성을 보인 단면도이다.
도 17은 실시예에 따른 라이다 장치의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 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.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
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.
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.
도 1은 실시예에 따른 광 센싱 시스템을 개략적으로 도시한 개념도이고, 도 2는 도 1의 광 센싱 시스템의 개략적인 구성을 보인 평면도이며, 도 3은 도 2의 광 센싱 시스템에 구비되는 수발광 단위 소자의 상세한 구성을 보이기 위한 A-A' 단면도이다.
광 센싱 시스템(1000)은 광원 일체형 수광 시스템으로, 대상체(OBJ)에 대한 광 조사 및 대상체(OBJ)에서 반사되는 광을 수광하는 효율을 높이도록 제안된다.
광 센싱 시스템(1000)은 복수의 발광 소자(220)와 복수의 수광 소자(320)를 포함하며, 복수의 발광 소자(220)는 제1광축(OA1)을 가지도록 배열되고, 복수의 수광 소자(320)는 제2광축(OA2)을 가지도록 배열된다.
도 1에서는 도시의 편의상 제1광축(OA1)과 제2광축(OA2)을 분리하여 이격되게 도시한 것이며, 제1광축(OA1)과 제2광축(OA2)은 실질적으로 서로 나란할 수 있고, 실질적으로 동축(coaxial)일 수 있다.
제1광축(OA1)과 제2광축(OA2)이 실질적으로 동축이 되도록 복수의 발광 소자(220)와 복수의 수광 소자(320)를 배열하는 것은 수광 효율을 가능한 높이기 위한 것으로, 따라서, '실질적으로 동축'의 의미는 제1광축(OA1)과 제2광축(OA2)이 완전히 동일한 것에 한정되지 않으며, 수광 효율을 소정값 이상이 되게 할 정도로 유사한 것을 의미한다. 상기 소정값은 예를 들어, 광원부와 수광부가 별도로 분리된 시스템 또는 광원부의 광축과 수광부의 광축이 상이한 시스템과 실시예의 광 센싱 시스템(1000)을 비교할 때, 개선된 수광 효율을 나타내는 것으로 볼 수 있는 정도의 수치가 될 수 있다. 마찬가지로, '실질적으로 나란'의 의미도, 제1광축(OA1)과 제2광축(OA2)의 방향이 완전히 동일한 것에 한정되지 않으며, 수광 효율을 상기 소정값 이상이 되게 할 정도로 방향이 유사한 것을 의미한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 발광 소자(220)와 복수의 수광 소자(330)의 배열은 복수의 수발광 단위 소자(light receiving-emitting unit device)(500)가 반복적으로 배열된 형태를 가질 수 있다. 수발광 단위 소자(500)는 하나 이상의 발광 소자(220)와 하나 이상의 수광 소자(320)를 포함한다. 도면에서는 하나의 발광 소자(220)와 하나의 수광 소자(320)가 하나의 수발광 단위 소자(500)를 구성하는 것으로 도시되었으나 이는 예시적인 것이며 이에 한정되지 않는다.
이러한 배열에서, 복수의 발광 소자(220) 배열의 중심축인 제1광축(OA1), 복수의 수광 소자(320) 배열의 중심축인 제2광축(OA2)은 도 2에 도시한 바와 같이, 복수의 수발광 단위 소자(500) 배열의 중심축(C)을 사이에 두고 소정 거리로 이격될 수 있다. 이러한 배열을 참고할 때, 제1광축(OA1)과 제2광축(OA2)의 '실질적으로 동축'의 의미가 제1광축(OA1)과 제2광축(OA2)의 이격 거리가 하나의 수발광 단위 소자(500)의 폭보다 작은 것을 의미할 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 제1광축(OA1)과 제2광축(OA2)의 이격 거리가 하나의 수발광 단위 소자(500)의 폭보다 큰 경우에도, 예를 들어, 상기한 소정값의 수광 효율을 만족하는 경우 '실질적으로 동축'에 해당한다고 볼 수 있다. 따라서, 제1광축(OA1)과 제2광축(OA2)의 이격 거리가 수광 효율을 고려하여 정해지는 소정의 복수개의 수발광 단위 소자(500)의 폭의 합보다 작은 경우, '실질적으로 동축'에 해당한다고 볼 수 있을 것이다.
이러한 배열의 광 센싱 시스템(1000)을 구현하기 위해, 복수의 발광 소자(220)와 복수의 수광 소자(320)는 일체형으로 형성될 수 있다. 복수의 발광 소자(220)와 복수의 수광 소자(220)는 같은 기판(100) 상에 일체형으로 집적되게(monolithically integrated) 형성될 수 있다. 이러한 예시적인 구조를 도 3을 참조하여 살펴보기로 한다.
도 3을 참조하면, 광 센싱 시스템(1000)은 기판(100), 기판(100) 상에 형성된 발광 물질층(200), 발광 물질층(200)의 일부 영역 상에 형성된 수광 소자(320)를 포함한다. 발광 물질층(200)의 영역은 발광 영역(EA)과 비발광 영역(NEA)을 포함하며, 발광 영역(EA)은 도 2에 표시한 발광 소자(220)에 대응한다.
광 센싱 시스템(1000)은 일체형으로 형성된 수발광 구조를 포함하며, 즉, 발광 소자(220)와 수광 소자(320)가 일체형으로 형성되어 있다. 여기서, '일체형'은 발광 소자(220), 수광 소자(320)가 전사나 접착 등의 과정으로 결합되는 것이 아님을 의미한다. 즉, 발광 소자(220)와 수광 소자(320)는 기판(100) 상에 직접, 일련의 순차 공정, 예를 들어, 증착, 포토 리소그라피(photo-lithography), 식각 등을 포함하는 반도체 공정을 통해 형성될 수 있다. 발광 소자(220)와 수광 소자(320)는 기판(100) 상에 일체형으로 집적된(monolithically integrated) 구조를 이룰 수 있다.
발광 물질층(200)은 복수층의 반도체 물질로 이루어질 수 있고, 예를 들어, III-V 족 반도체 화합물, II-VI 족 반도체 화합물, IV 족 반도체 물질을 포함할 수 있다. 발광 물질층(200)은 이득층, 클래드층, 캐비티를 포함하는 레이저 구조를 가질 수 있고, 예를 들어, VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser) 구조로 형성될 수 있다. 발광 물질층(200)은 기판(100) 상에 반도체 공정을 통해 형성될 수 있으며, 기판(100)은 상기한 반도체 물질의 형성에 적합한 반도체 기판이 될 수 있다. 예를 들어, 기판(100)은 GaAs 기판, 사파이어 기판, InP 기판, Si 기판, 절연체 기판 등이 될 수 있다. 발광 물질층(200)은 AlGaN, GaInN, ZnSSe, ZnCDSe, AlGaInP/GaAs, Ga0.5In0.5P/GaAs, GaAlAs/GaAs, GaAs/GaAs, InGaAs/GaAs, InGaAsP/InP, InGaAsSb, PbCdS, Quantum cascade, PbSSe, PbSnTe, PbSnSe, 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, AlGaN은 350nm~400nm, GaInN은 375nm~440nm, ZnSSe는 447nm~480nm, ZnCDSe는 490nm~525nm, AlGaInP/GaAs는 620nm~6800nm, Ga0.5In0.5P/GaAs는 670nm~680nm, GaAlAs/GaAs는 750nm~900nm, GaAs/GaAs는 904nm, InGaAs/GaAs는 915nm~1050nm, InGaAsP/InP는 1100nm~1650nm, InGaAsSb는 2㎛~5㎛, PbCdS는 2.7㎛~4.2㎛, Quantum cascade는 3㎛~50㎛, PbSSe는 4.2㎛~8㎛, PbSnTe는 6.5㎛~30㎛, PbSnSe는 8㎛~30㎛의 파장 대역의 광을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 발광 물질층(200)은 이러한 물질이 P형(positive type), I형(intrinsic type), N형(negative type)으로 구현된 복수 층으로 구성될 수 있다. 상기 반도체 물질의 구체적인 조성은 발광 영역(EA), 즉, 발광 소자(220)에서 생성, 출사하고자 하는 광(L1)의 파장 대역을 고려하여 정해진다. 발광 물질층(200)은 세 층으로 도시되었으나 이에 한정되지 않으며 세 층 이상으로 구성될 수도 있다. 발광 물질층(200)은 공진 구조 형성을 위한 미러층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 굴절률이 서로 다른 두 물질의 쌍들로 구성된 분산 브래그 반사기(distributed Bragg reflector; 이하 DBR)가 구비되어 공진 캐비티(cavity)를 형성할 수 있다. 또한, 발광 물질층(200)은 발진되는 광의 모드 조절이나 빔 크기를 조절하기 위한 산화물 개구층(oxide aperture)을 포함할 수 있다. 또한, 전류 주입을 위한 전극 구조를 포함할 수 있다. 또한, 전극과의 접촉 저항을 낮추기 위해 P형, N형의 도펀트가 고농도로 도핑된 콘택층을 포함할 수 있다.
발광 물질층(200)의 영역은 발광 영역(EA)과 비발광 영역(NEA)을 포함한다. 비발광 영역(NEA)과 발광 영역(EA)은 동일한 반도체 물질을 포함한다. 발광 물질층(200)에서 발광 영역(EA)은 외부로 광을 출사할 수 있는 영역이다. 여기서, 발광 영역(EA)의 전체가 광을 출사하는 영역이 된다는 의미는 한정되는 것은 아니며, 발광 영역(EA) 내의 일부 영역이 광을 출사하는 영역이 될 수 있다. 발광 물질층(200)에서 비발광 영역(NEA)은 그 위에 수광 소자(320)가 형성되도록 마련되는 영역이며 광을 출사하지 않는 영역이다. 발광 영역(EA)과 비발광 영역(NEA)은 발광을 위한 전류 주입 구조의 유무에서 차이가 있을 수 있다. 예를 들어, 발광 영역(EA)에는 전류 주입을 위한 전극(미도시)이 포함되고 비발광 영역(NEA)은 이러한 전극이 포함되지 않도록 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 예를 들어, 발광 영역(EA)과 비발광 영역(NEA)은 동일하게 전극 구조를 포함하되, 외부 회로와의 연결에서 비발광 영역(NEA)의 전극에는 전류 주입이 이루어지지 않도록 구성되는 방식도 가능하다.
비발광 영역(NEA) 상에 수광 소자(320)가 형성된다.
수광 소자(320)도 발광 물질층(200) 상에 직접, 일체형으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 발광 물질층(200) 상의 전면에 반도체 물질로 된 수광 물질층을 형성하고, 포토 리소그라피 공정을 통해 소정 형상으로 패터닝하여 수광 소자(320)를 형성할 수 있다. 수광 소자(320)는 예를 들어, III-V 족 반도체 화합물, II-VI 족 반도체 화합물, IV 족 반도체 물질을 포함할 수 있고, 포토 다이오드로 구성될 수 있다. 수광 소자(320)는 상기 반도체 물질이 P형(positive type), I형(intrinsic type), N형(negative type)으로 구현된 복수 층으로 구성될 수 있다. 도면에는 수광 소자(320)가 세 층으로 도시되었으나 이는 예시적인 것이며 이에 한정되지 않는다. 수광 소자(320)는 반도체 물질 외에, 광신호를 전기적 신호로 검출하기 위한 전극 구조를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 발광 물질층(200)의 영역에는 비발광 영역(NEA)과 발광 영역(EA)이 교대로 반복되며, 비발광 영역(NEA) 상에 수광 소자(320)가 형성된 형태의 단위 구조가 일체형의 수발광 단위 소자(500)를 형성한다.
도 4는 다른 실시예에 따른 광 센싱 시스템에 구비되는 수발광 단위 소자를 보이는 단면도이다.
광 센싱 시스템(1000')은 도 2의 광 센싱 시스템(1000)과 동일한 평면도를 가질 수 있고, 도 4는 A-A'의 단면도에 대응할 수 있다.
광 센싱 시스템(1000')은 기판(100), 기판(100) 상에 형성된 수광 물질층(300), 수광 물질층(300)의 일부 영역 상에 형성된 발광 소자(221)를 포함한다. 수광 물질층(300)의 영역은 수광 영역(RA)과 비수광 영역(NRA)을 포함하며, 수광 영역(RA)은 수광 소자(321)로도 지칭할 것이다.
발광 소자(221)와 수광 소자(321)는 기판(100) 상에 직접, 일련의 순차 공정을 통해 형성되어, 기판(100) 상에 일체형으로 집적된(monolithically integrated) 구조를 이루며, 본 실시예의 광 센싱 시스템(1000')에 구비되는 수발광 단위 소자(501)는 수광 물질층(300) 상에 발광 소자(221)가 배치된 점에서 도 3의 수발광 단위 소자(500)와 차이가 있다.
수광 물질층(300)은 기판(100) 상에 반도체 공정을 통해 형성될 수 있다. 수광 물질층(300)은 III-V 족 반도체 화합물, II-VI 족 반도체 화합물, 또는, IV 족 반도체 물질을 포함할 수 있고, 기판(100) 상에 직접, 일체형으로 형성될 수 있다. 수광 물질층(300)은 포토 다이오드를 구현하도록 구성될 수 있다. 기판(100)은 상기한 반도체 물질의 형성에 적합한 반도체 기판이 될 수 있다. 예를 들어, 기판(100)은 GaAs 기판, 사파이어 기판, InP 기판, Si 기판, 절연체 기판 등이 될 수 있다. 도면에는 수광 물질층(300)이 세 층으로 도시되었으나 이는 예시적인 것이며 이에 한정되지 않는다. 수광 물질층(300)은 반도체 물질 외에, 광신호를 전기적 신호로 검출하기 위한 전극 구조를 포함할 수 있다.
수광 물질층(300)의 영역은 수광 영역(RA)과 비수광 영역(NRA)을 포함한다. 비수광 영역(NRA)과 수광 영역(RA)은 동일한 반도체 물질을 포함한다. 수광 물질층(300)에서 수광 영역(RA)은 외부에서 입사된 광을 전기 신호를 변화하여 출력할 수 있는 영역이며, 비수광 영역(NRA)은 그 위에 발광 소자(221)가 형성되도록 마련되며, 외부로부터 입사된 광(L2)을 전기 신호로 출력하지 않는 영역이다. 수광 영역(RA)과 비수광 영역(NRA)은 전기 신호의 출력을 위한 전극 구조의 유무에서 차이가 있을 수 있다. 예를 들어, 수광 영역(RA)에는 전기 신호 출력을 위한 전극(미도시)이 포함되고 비수광 영역(NRA)은 이러한 전극이 포함되지 않도록 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 예를 들어, 수광 영역(RA)과 비수광 영역(NRA)은 동일하게 전극 구조를 포함하되, 외부 회로와의 연결에서 비수광 영역(NRA)의 전극은 외부 회로와 연결되지 않도록 구성되는 방식도 가능하다.
비수광 영역(NRA) 상에 발광 소자(221)가 형성된다.
발광 소자(221)의 형성도, 수광 물질층(300) 사에 직접, 일체형으로 형성될 수 있다. 발광 소자(221)는 수광 물질층(300) 상에 반도체 공정을 통해 형성될 수 있다. 예를 들어, 수광 물질층(300) 상의 전면에 반도체 물질로 된 발광 물질층을 형성하고, 포토 리소그라피 공정을 통해 소정 형상으로 패터닝하여 발광 소자(221)를 형성할 수 있다.
발광 소자(221)는 복수층의 반도체 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어, III-V 족 반도체 화합물, II-VI 족 반도체 화합물, IV 족 반도체 물질을 포함할 수 있다. 발광 소자(221)는 이러한 물질이 P형, N형, I형으로 구현된 복수 층으로 구성될 수 있다. 발광 소자(221)는 세 층으로 도시되었으나 이에 한정되지 않으며 세 층 이상으로 구성될 수도 있다. 발광 소자(221)는 공진 구조 형성을 위한 미러층을 포함할 수 있고, 전류 주입을 위한 전극 구조를 포함할 수 있으며, 전극과의 접촉 저항을 낮추기 위해 P형, N형의 도펀트가 고농도로 도핑된 콘택층을 포함할 있다. 발광 소자(221)는 레이저 구조를 가질 수 있고, 예를 들어, VCSEL 구조로 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 수광 물질층(300)의 영역에는 비수광 영역(NRA)과 수광 영역(RA)이 교대로 반복되며, 비수광 영역(NRA) 상에 발광 소자(221)가 형성된 형태의 단위 구조가 일체형의 수발광 단위 소자(501)를 형성한다.
도 5는 다른 실시예에 따른 광 센싱 시스템에 구비되는 수발광 단위 소자의 예를 보인 평면도이다.
수발광 단위 소자(502)는 발광 소자(222)와, 발광 소자(222)를 둘러싸는 복수의 수광 소자(322)를 포함할 수 있다. 발광 소자(222)는 원형의 단면 형상을 가질 수 있고, 복수의 수광 소자(322)는 발광 소자(222)를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 수광 소자(322)는 도시된 바와 같이, 발광 소자(222)를 둘러싸며 외형이 대략 사각형인 형상이 복수개, 예를 들어 8개로 등분된 단면 형상을 가질 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것이며, 수광 소자(322)의 단면 형상은 원형 또는 타원형이 복수개로 등분된 형상을 가질 수도 있다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 광 센싱 시스템에 구비되는 수발광 단위 소자의 또 다른 예를 보인 평면도이다.
수발광 단위 소자(503)는 복수의 발광 소자(223)와, 복수의 발광 소자(223)를 둘러싸는 복수의 수광 소자(323)를 포함한다. 복수의 발광 소자(223)는 원형 단면 형상을 가지며 중심부 쪽에 배치되고, 수광 소자(323)는 복수의 발광 소자(223)를 둘러싸며 외형이 대략 사각형인 형상이 두 개로 등분된 형상을 가질 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것이며, 수광 소자(323)의 단면 형상은 원형 또는 타원형이 두 개로 등분된 형상을 가질 수도 있다.
도 5 및 도 6에 예시한 수발광 단위 소자(502)(503)의 단면 형상은 도 3이나 도 4의 단면도에서 설명한 바와 같이, 발광 물질층(200) 상에 수광 소자(320)가 형성되거나, 또는 수광 물질층(300) 상에 발광 소자(221)가 형성된 형태가 채용될 수 있다.
수발광 단위 소자(502)(503)에 대해 예시된 형상은 실시예들에 따른 광 센싱 시스템에서 수광 영역과 발광 영역의 면적을 필요나 편의에 따라 자유롭게 구성할 수 있음을 설명하는 것이며, 도시된 형상에 제한되는 것은 아니다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 광 센싱 시스템의 개략적인 구성을 보인 평면도이다.
광 센싱 시스템(1001)은 기판(100) 상에 일체형으로 형성된 복수의 발광 소자(224)와 복수의 수광 소자(324)를 포함한다. 복수의 수광 소자(224)와 복수의 발광 소자(224)는 원형의 단면 형상을 가질 수 있다. 복수의 발광 소자(224)의 단면은 복수의 수광 소자(324)의 단면 크기보다 작게 형성되어, 복수의 발광 소자(224)는 복수의 수광 소자(324)가 두 방향을 따라 배열된 사이의 공간에 배치될 수 있다. 복수의 발광 소자(224)는 상기 두 방향과 나란한 두 방향을 따라 배열된 형태가 되며, 서로 엇갈리게 배치된다. 이러한 배열은 수광 소자(324)의 fill factor를 가능한 높여 수광 효율을 높일 수 있는 구조가 될 수 있다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 광 센싱 시스템의 개략적인 구성을 보인 단면도이고, 도 9는 도 8의 광 센싱 시스템에 구비된 수발광 단위 소자의 상세한 구성을 보인 단면도이다.
광 센싱 시스템(1002)은 시야각을 넓힐 수 있는 지지 구조물(600)을 더 포함하며, 지지 구조물(600) 상에 복수의 수발광 단위 소자(504)가 배치된다.
수발광 단위 소자(504)는 기판(100) 상에 형성되고 수광 영역(RA)과 비수광 영역(NTA)을 포함하는 수광 물질층(300), 비수광 영역(NRA) 상에 형성된 발광 소자(226)를 포함한다. 수광 영역(RA)은 수광 소자(326)이다. 실시예의 광 센싱 시스템(1002)에 채용된 수발광 단위 소자(504)는 단위 구성을 형성하는 수광 소자(326)의 개수와 배치 형태에서만 도 4에서 설명한 수발광 단위 소자(501)와 차이가 있고 나머지 구성은 실질적으로 동일하다. 수광 물질층(300), 수광 영역(RA), 비수광 영역(NRA), 발광 소자(226)의 물질이나 구성은 도 4에서 설명한 것과 실질적으로 동일하다. 수광 물질층(300)의 영역에는 수광 영역(RA), 비수광 영역(NRA)이 형성된다. 비수광 영역(RA)의 양측에 두 수광 영역(NRA), 즉, 두 수광 소자(326)가 형성되고, 비수광 영역(NRA) 상에 발광 소자(226)가 형성된 형태의 단위 구조가 일체형의 수발광 단위 소자(504)를 형성한다.
지지 구조물(600)은 복수의 수발광 단위 소자(504)가 배열되는 면을 구비하며, 상기 면 상의 위치에 따라 복수의 수발광 기본 소자(504) 각각의 광축 방향이 상이하도록 상기 면 형상이 설정될 수 있다.
지지 구조물(600)은 평탄한 하면과, 상기 하면과의 각도가 서로 다른 복수의 경사면(601)(602)(603)을 포함할 수 있다. 각 경사면(601)(602)(603) 상에 배치되는 수발광 단위 소자(504)는 각 경사면(601)(602)(603)의 각도에 따라 서로 다른 방향으로 광을 출사하게 되며, 광 센싱 시스템(1002) 전체의 시야각이 넓어질 수 있다. 즉, 광 센싱 시스템(1002)은 넓은 시야각을 가지도록 광(L1)을 출사할 수 있고, 넓은 시야각으로 입사하는 광(L2)을 수신할 수 있다.
도 10은 도 8의 광 센싱 시스템(1002)에 구비될 수 있는, 변형된 예의 수발광 단위 소자(505)를 보이는 단면도이다.
수발광 단위 소자(505)는 기판(100) 상에 형성되고 발광 영역(EA)과 비발광 영역(NEA)을 포함하는 발광 물질층(200), 비발광 영역(NRA) 상에 형성된 수광 소자(325)를 포함한다. 발광 영역(EA)은 발광 소자(225)이다.
수발광 단위 소자(505)는 단위 구성을 형성하는 수광 소자(325)의 개수와 배치 형태에서만 도 3에서 설명한 수발광 단위 소자(500)와 차이가 있고 나머지 구성은 실질적으로 동일하다. 발광 물질층(200), 발광 영역(EA), 비발광 영역(NEA), 수광 소자(325)의 물질이나 구성은 도 3에서 설명한 것과 실질적으로 동일하다. 발광 물질층(200)의 영역은 발광 영역(EA)과 비발광 영역(NEA)을 포함한다. 발광 영역(EA), 즉 발광 소자(225)의 양측에 비발광 영역(NEA)이 형성되고, 두 비발광 영역(NEA) 상에 수광 소자(325)가 각각 형성된 형태의 단위 구조가 일체형의 수발광 단위 소자(505)를 형성한다. 이러한 수발광 단위 소자(505)가 도 8에서 설명한 지지 구조물(600) 상에 배열될 수 있고, 넓은 시야각을 구현할 수 있다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 광 센싱 시스템의 개략적인 구성을 보인 단면도이다.
광 센싱 시스템(1004)은 시야각을 넓힐 수 있는 지지 구조물(610)을 더 포함할 수 있다. 본 실시예의 광 센싱 시스템(1004)에 구비되는 지지 구조물(610)은 수발광 단위 소자(504)가 배치되는 일면(610a)이 곡면 형상을 가질 수 있다. 지지 구조물(610)은 도시된 바와 같이, 평탄한 플레이트가 휘어진 형상으로 형성될 수 있다. 일면(610a)이 곡면 형상을 가짐에 따라, 이에 배치된 수발광 단위 소자(504)에서 출사하는 광(L1)의 방향은 그 위치에 따라 달라지며, 넓은 시야각으로 광을 출사하게 된다. 마찬가지로, 넓은 시야각으로 입사하는 광(L2)을 수신할 수 있다. 평탄한 플레이트를 휘는 정도를 조절하여 원하는 시야각이 형성되도록 지지 구조물(610)의 곡면 형상을 형성할 수 있다.
도 12는 또 다른 실시예에 따른 광 센싱 시스템의 개략적인 구성을 보인 단면도이다.
광 센싱 시스템(1005)은 반복 배열된 복수의 수발광 단위 소자(504)를 포함하며, 복수의 수발광 단위 소자(504) 각각 상에 출사각을 조절하는 렌즈 구조물(700)이 더 형성되어 있다. 수발광 단위 소자(504)는 도 10에서 예시한 형상으로 설명할 것이며, 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. 렌즈 구조물(700)은 수발광 단위 소자(505)의 발광 소자(226) 상에 형성될 수 있다. 렌즈 구조물(700)은 소정 굴절률을 가지는 투명 재질로 소정 렌즈면 형상을 가지도록 형성될 수 있고, 수발광 단위 소자(505)로부터 출사되는 광의 출사각을 원하는 형태로 조절할 수 있다.
도 13은 또 다른 실시예에 따른 광 센싱 시스템의 개략적인 구성을 보인 단면도이다.
본 실시예의 광 센싱 시스템(1006)은 렌즈 구조물(710)이 수발광 단위 소자(505)에서 출사되는 광의 출사각을 조절할 뿐 아니라, 수발광 단위 소자(505)로 입사되는 광의 입사각을 조절할 수 있도록 형성된 점에서, 도 12의 광 센싱 시스템(1005)과 차이가 있다. 렌즈 구조물(710)은 수발광 단위 소자(505) 하나를 전체적으로 덮도록, 즉, 발광 소자(226)와 두 수광 소자(326)를 함께 덮을 수 있는 형태로 형성될 수 있다.
도 14는 또 다른 실시예에 따른 광 센싱 시스템의 개략적인 구성을 보인 단면도이다.
본 실시예의 광 센싱 시스템(1007)은 렌즈 구조물(720)의 형상에서 도 13의 광 센싱 시스템(1006)과 차이가 있다. 렌즈 구조물(720)은 발광 소자(226)에서의 출사각, 수광 소자(326)로의 입사각을 조절할 수 있는 형태이며, 이 때, 렌즈면 형상의 중심축이 일방향으로 기울어져, 기울어진 소정 방향을 향해 출사각, 입사각을 조절할 수 있다.
도 15는 또 다른 실시예에 따른 광 센싱 시스템의 개략적인 구성을 보인 단면도이다.
본 실시예에 따른 광 센싱 시스템(1007)은 렌즈 구조물의 형상이 복수의 수발광 단위 소자(505) 각각의 상대적 위치에 따라, 다른 방향으로 출사각, 입사각을 조절하는 형상인 점에서, 도 14의 광 센싱 시스템(1007)과 차이가 있다.
상대적으로 중심부에 위치한 수발광 단위 소자(505) 상에 형성된 렌즈 구조물(731)에 대해, 중심부에서 외곽부로 갈수록 출사각, 입사각을 조절하는 방향은 점차적으로 기울어지도록, 렌즈 구조물(732)(733)의 형상이 정해진다. 이에 따라 보다 넓은 시야각이 구현될 수 있다.
도 16은 또 다른 실시예에 따른 광 센싱 시스템의 개략적인 구성을 보인 단면도이다.
본 실시예에 따른 광 센싱 시스템(1009)은 렌즈 구조물(740)이 기판(100) 하면에 형성된 점에서 전술한 다른 실시예들과 차이가 있다.
기판(100) 하면의 렌즈 구조물(740)은 모두 같은 형상으로 도시되었으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 14에서 설명한 바와 같이, 렌즈면 형상이 중심축에 소정 방향으로 기울어진 형상으로 변형될 수 있고, 또는, 도 15에서 설명한 바와 같이, 렌즈면 형상의 중심축이 중심부에서 외곽으로 갈수록 점차적으로 기울어지는 형태로 변형될 수도 있다.
도 12 내지 도 16에 도시된 수발광 단위 소자(504)는 모두 도 10에서 설명한 형상으로 도시되었으나, 이에 한정되지 않으며, 도 9에서 설명한 수발광 단위 소자(504)의 형상으로 변형될 수 있고, 다른 유사한 변형도 가능하다.
전술한 실시예들에 따른 광 센싱 시스템들에 구비되는 발광 소자는 서로 다른 파장의 광을 출사하는 복수의 발광 소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 파장 대역의 광을 출사하는 제1 발광 소자, 제1 파장 대역과 다른 제2 파장 대역의 광을 출사하는 제2 발광 소자를 포함하는 다파장 광 센싱 시스템으로 구현될 수 있다. 서로 다른 파장 대역의 광은 발광 물질층을 이루는 반도체 물질의 조성비를 조절하여 형성할 수 있다. 서로 다른 파장의 광이 형성되도록, 각 수발광 단위 소자를 복수 종류로 설정하고, 이들을 교대로 반복 배열하는 형태가 채용될 수도 있다.
전술한 실시예들에 따른 광 센싱 시스템은 다양한 광학 장치, 전자 장치에 채용될 수 있다.
도 17은 실시예에 따른 라이다 장치의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.
라이다 장치(5000)는 광 센싱 시스템(5100)과, 광 센싱 시스템(5100)을 제어하고, 광 센싱 시스템(5100)으로부터 수신된 광을 분석하는 프로세서(5310)를 포함한다.
광 센싱 시스템(5100)은 전술한 실시예들에 따른 광 센싱 시스템(1000)(1001)(1002)(1003)(1004)(1005)(1006)(1007)(1008)(1009)들 중 어느 하나 이들이 조합, 변경된 형태를 가질 수 있다. 또한, 이에 구비되는 수발광 단위 소자의 형태도 전술한 수발광 단위 소자(500)(501)(502)(503)(504)(505) 중 어느 하나 또는 이들이 조합, 변경된 형태가 될 수 있다.
광 센싱 시스템(5100)은 광원 일체형의 광 센싱 시스템으로, 즉, 대상체(OBJ)를 향해 광을 조사하는 복수의 발광 소자와, 대상체(OBJ)를 향해 조사된 광의 반사광을 수광하는 복수의 수광 소자를 포함하며, 복수의 발광 소자는 제1광축(OA1)을 가지도록 배열되고, 복수의 수광 소자는 제2광축(OA2)을 가지도록 배열되며, 제1광축(OA1)과 제2광축(OA2)이 나란하며, 실질적으로 동축일 수 있다. 복수의 발광 소자와 복수의 수광 소자는 일체형으로 집적된 구조로 형성될 수 있다.
광 센싱 시스템(5100)에 구비되는 발광 소자는 대상체(OBJ)의 위치, 형상의 분석에 사용할 광을 생성하고 출사할 수 있다. 발광 소자는 대상체(OBJ)의 위치, 형상 분석에 적합한 파장 대역의 광, 예를 들어, 적외선 대역 파장의 광을 생성할 수 있다. 광 센싱 시스템(5100)에 구비되는 발광 소자는 서로 다른 파장 대역의 광을 생성하는 복수의 발광 소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 파장 대역의 광을 발광하는 제1 발광 소자와, 상기 제1 파장 대역과 다른 제2 파장 대역의 광을 발광하는 제2 발광 소자를 포함할 수 있다. 파장 대역의 개수는 이에 한정되지 않으며, 다양한 종류의 파장 대역의 광을 생성하는 발광소자들을 포함할 수 있다.
프로세서(5310)는 라이다 장치(5000)의 전반적인 동작을 제어하는 것으로, 발광 제어부(5310)와 광신호 분석부(5340)를 포함할 수 있다.
발광 제어부(5310)는 광 센싱 시스템(5100)의 발광 소자들을 제어할 수 있다. 예를 들어, 발광 소자에 대해 전원 공급 제어, 온/오프 제어, 펄스파(PW)나 연속파(CW) 발생 제어 등을 수행할 수 있다. 또한, 복수의 광 센싱 시스템(5100)에 구비된 복수의 발광 소자들이 동시에 발광하도록(flash type) 광 센싱 시스템(5100)을 제어할 수 있다. 발광 제어부(5310)는 또는, 광 센싱 시스템(5100)에 구비된 복수의 발광 소자가 시간차를 두고 발광되도록 광 센싱 시스템(5100)을 제어할 수 있다. 광 센싱 시스템(5100)이 파장 대역이 다른 복수 종류의 발광 소자를 포함하는 경우, 예를 들어, 제1 파장 대역의 광을 발광하는 제1 발광 소자, 제2 파장 대역의 광을 발광하는 제2 발광 소자를 포함하는 경우, 발광 제어부(5310)는 제1 발광 소자와 제2 발광 소자가 시간차를 두고 발광하도록 광 센싱 시스템(5100)을 제어할 수 있다. 발광 제어부(5310)는 또한, 복수의 파장 대역 중, 필요에 따라 특정 파장 대역의 광을 발광하는 발광 소자를 선택하여 구동하도록 광 센싱 시스템(5100)을 제어할 수 있다.
광 센싱 시스템(5100)은 대상체(OBJ)로부터 반사되는 광을 센싱하는 수광 소자의 어레이를 포함하고 있으므로, 광 센싱 시스템(5100)에서 조사된 광이 대상체(OBJ)로부터 반사되는 광을 수신할 수 있다. 수시된 광신호는 대상체(OBJ)의 존재 여부, 위치, 형상, 물성 등의 분석에 사용될 수 있다.
광 신호 분석부(5340)는 광 센싱 시스템(5100)에서 수신한 대상체(OBJ)로부터 광 신호를 분석하여, 대상체(OBJ)의 존재 여부, 위치, 형상, 물성 등의 분석을 수행할 수 있다. 광 신호 분석부(5340)는 예를 들어, 광 비행 시간(Time of Flight) 측정을 위한 연산과 이로부터 대상체(OBJ)의 3차원 형상 판별을 수행할 수 있다. 광 신호 분석부(5340)는 또한, 대상체(OBJ)에 의한 파장 변이를 검출하는 라만 분석법에 의해 대상체(OBJ)의 종류, 성분, 농도, 물성 분석을 수행할 수도 있다.
광 신호 분석부(5340)에서는 다양한 연산 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어, 직접 시간 측정 방법은 대상체(OBJ)에 펄스광을 투사하고 대상체(OBJ)에 반사되어 광이 돌아오는 시간을 타이머로 측정하여 거리를 구한다. 상관법(correlation)은 펄스광을 대상체(OBJ)에 투사하고 대상체(OBJ)에 반사되어 돌아오는 반사광의 밝기로부터 거리를 측정한다. 위상지연 측정 방법은 사인파와 같은 연속파(continuous wave) 광을 대상체(OBJ)에 투사하고 대상체(OBJ)에 반사되어 돌아오는 반사광의 위상차를 감지하여 거리로 환산하는 방법이다.
라이다 장치(5000)는 상기 연산에 필요한 프로그램 및 기타 데이터들이 저장되는 메모리(5500)를 포함할 수 있다.
광 신호 분석부(5340)는 연산 결과, 즉, 대상체(OBJ)의 형상, 위치, 물성에 대한 정보를 다른 유닛으로 전송할 수 있다. 예를 들어, 대상체(OBJ)의 3차원 형상이나 동작, 위치에 대한 정보가 필요한 자율 구동 기기에 상기한 정보가 전송될 수 있다. 또는, 대상체(OBJ)의 물성 정보, 예를 들어, 생체 정보를 활용하는 의료 기기에 상기한 정보가 전송될 수 있다. 또는, 결과가 전송되는 다른 유닛은 결과를 출력하는 디스플레이 장치나 프린터일 수도 있다. 이외에도, 스마트폰, 휴대폰, PDA(personal digital assistant), 랩톱(laptop), PC, 및 기타 모바일 또는 비모바일 컴퓨팅 장치일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
라이다 장치(5000)는 전방 물체에 대한 3차원 정보를 실시간으로 획득하는 센서로 활용될 수 있어 자율 구동 기기, 예를 들어, 무인자동차, 자율주행차, 로봇, 드론 등에 적용도리 수 있고, 이외에도, 소형 보행 수단(자전거, 오토바이, 유모차, 보드.. 등), 사람 및 동물 보조 수단(지팡이, 헬멧, 옷, 장신구, 시계, 가방 등), 사물 인터넷(Internet of Thing, IoT) 기기, 건물 보안 장치 등에 적용될 수 있다.
상술한 광 센싱 시스템 및 이를 포함하는 라이다 장치는 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
1000, 1001, 1002, 1003, 1004, 1005, 1006, 1007, 1008, 1009, 5100 - 광 센싱 시스템
100 - 기판
200 - 발광 물질층
220, 221, 222, 223, 224, 225, 226 - 발광 소자
300 - 수광 물질층
320, 321, 322, 323, 324, 324, 326 - 수광 소자
500, 501, 502, 503, 504, 505 - 수발광 단위 소자
600, 610 - 지지 구조물
700, 710, 720, 731, 732, 733, 740 - 렌즈 구조물
5000 - 라이다 장치

Claims (21)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 위치하고, 제1광축을 가지도록 배열된 복수의 발광 소자; 및
    상기 기판 상에 위치하고, 상기 제1광축과 나란한 제2광축을 가지도록 배열된 복수의 수광 소자;를 포함하는, 광 센싱 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1광축과 상기 제2광축은 실질적으로 동축(coaxial)인, 광 센싱 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 발광 소자와 상기 복수의 수광 소자는 일체형으로 집적된 구조로 형성되는, 광 센싱 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 발광 소자와 상기 복수의 수광 소자의 배열은,
    상기 복수의 발광 소자 중 하나 이상의 발광 소자와, 상기 복수의 수광 소자 중 하나 이상의 수광 소자로 이루어지는, 복수의 수발광 단위 소자(light receiving-emitting unit device)가 반복적으로 배열된 형태인, 광 센싱 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 수발광 단위 소자는
    상기 하나 이상의 발광 소자를 상기 하나 이상의 수광 소자가 둘러싸는 형태를 가지는, 광 센싱 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 수발광 단위 소자는
    상기 기판 상에 형성되며, 상기 하나 이상의 발광 소자를 포함하는 발광 영역과, 상기 하나 이상의 발광 소자의 재질과 동일한 재질을 포함하는 비발광 영역을 구비하는, 발광 물질층;
    상기 비발광 영역 상에 형성된 상기 하나 이상의 수광 소자;를 포함하는, 광 센싱 시스템.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 수발광 단위 소자는
    상기 기판 상에 형성되며, 상기 하나 이상의 수광 소자를 포함하는 수광 영역과, 상기 하나 이상의 수광 소자의 재질과 동일한 재질을 포함하는 비수광영역을 구비하는, 수광 물질층;
    상기 비수광 영역 상에 형성된 상기 하나 이상의 발광 소자;를 포함하는, 광 센싱 시스템.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 수발광 단위 소자 상에 위치되어,
    상기 하나 이상의 발광 소자에서 출사되는 광의 출사각을 조절하는 렌즈 구조물을 더 포함하는, 광 센싱 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 렌즈 구조물은
    상기 하나 이상의 수광 소자를 향하는 광의 입사각을 조절할 수 있도록 형성되는, 광 센싱 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 렌즈 구조물은
    상기 복수의 수발광 단위 소자 각각의 상대적 위치에 따라 다른 출사각을 가지는 형상으로 형성된, 광 센싱 시스템.
  11. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 수발광 단위 소자가 배열되는 일면을 구비하며, 상기 일면 상의 위치에 따라 상기 복수의 수발광 기본 소자 각각의 광축 방향이 상이하도록 상기 일면 형상이 설정된 지지 구조물을 더 포함하는, 광 센싱 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 일면은 곡면 또는 각도가 다른 복수의 경사면을 포함하는 형상인, 광 센싱 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 발광 소자는
    제1 파장 대역의 광을 발광하는 제1 발광 소자와,
    상기 제1 파장 대역과 다른 제2 파장 대역의 광을 발광하는 제2 발광 소자를 포함하는, 광 센싱 시스템.
  14. 대상체를 향해 광을 조사하는 복수의 발광 소자와, 상기 대상체를 향해 조사된 광의 반사광을 수광하는 복수의 수광 소자를 포함하며, 상기 복수의 발광 소자는 제1광축을 가지도록 배열되고, 상기 복수의 수광 소자는 제2광축을 가지도록 배열되며, 상기 제1광축과 상기 제2광축이 나란한, 광 센싱 시스템;
    상기 광 센싱 시스템을 제어하고, 상기 광 센싱 시스템으로부터 수신된 광을 분석하는 프로세서;를 포함하는, 라이다 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 복수의 발광 소자의 제1광축과 상기 복수의 수광 소자의 제2광축은 실질적으로 동축(coaxial)인, 라이다 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 복수의 발광 소자와 상기 복수의 수광 소자는 일체형으로 집적된 구조로 형성되는, 라이다 장치.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 복수의 발광 소자와 상기 복수의 수광 소자의 배열은,
    상기 복수의 발광 소자 중 하나 이상의 발광 소자와, 상기 복수의 수광 소자 중 하나 이상의 수광 소자로 이루어지는, 복수의 수발광 단위 소자(light receiving-emitting unit device)가 반복적으로 배열된 형태인, 라이다 장치.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 복수의 발광 소자가 시간차를 두고 발광되도록 상기 광 센싱 시스템을 제어하는, 라이다 장치.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 복수의 발광 소자가 동시에 발광되도록 상기 광 센싱 시스템을 제어하는, 라이다 장치.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 복수의 발광 소자는
    제1 파장 대역의 광을 발광하는 제1 발광 소자와,
    상기 제1 파장 대역과 다른 제2 파장 대역의 광을 발광하는 제2 발광 소자를 포함하는, 라이다 장치.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 제1 발광 소자와 상기 제2 발광 소자가 시간차를 두고 발광하도록 상기 광 센싱 시스템을 제어하는, 라이다 장치.
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