KR20200020630A - structured light projector based on meta-surface integrated light source - Google Patents

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KR20200020630A
KR20200020630A KR1020190100179A KR20190100179A KR20200020630A KR 20200020630 A KR20200020630 A KR 20200020630A KR 1020190100179 A KR1020190100179 A KR 1020190100179A KR 20190100179 A KR20190100179 A KR 20190100179A KR 20200020630 A KR20200020630 A KR 20200020630A
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layer
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laser light
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disposed
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KR1020190100179A
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Inventor
이윤식
최춘기
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한국전자통신연구원
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    • G02B30/00Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images

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Abstract

According to an embodiment of the present invention, provided is a structured optical projector based on a meta-surface integrated light source, which comprises: a first conductivity type distributed reflective layer on a substrate; first electrodes on an edge of the first conductivity type distributed reflective layer; a quantum well layer disposed on the center of the first conductivity type distributed reflective layer between the first electrodes; a second conductivity type distributed reflective layer on the quantum well layer; second electrodes on an edge of the second conductivity type distributed reflective layer; an intensity modulation layer including a metal plate disposed on the second conductivity type distributed reflective layer between the second electrodes and having a plurality of holes, and oxide blocks in the holes; and a phase modulation layer having nitride blocks disposed on the oxide blocks of the intensity modulation layer.

Description

메타표면 집적 광원 기반 구조 광 프로젝터{structured light projector based on meta-surface integrated light source}Structured light projector based on meta-surface integrated light source

본 발명은 광 프로젝터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 메타표면 집적 광원 기반 구조 광 프로젝터에 관한 것이다.The present invention relates to an optical projector, and more particularly to a metasurface integrated light source based structured optical projector.

일반적으로 수십 마이크로미터에서부터 수십 밀리미터 영역의 깊이 분해능을 가지는 비접촉 3차원 형상 측정 방법은 일반적으로 센서와 피사체의 거리를 측정하는 TOF(Time Of Flight) 방법, 양안시를 이용한 Stereo Vision 방법, 그리고 패턴된 빛을 조사하여 간섭 이미지를 이용하는 구조광(structured light) 방법을 포함할 수 있다. 구조광을 이용한 3차원 센싱 방법은 패턴화된 이미지를 피사체에 투영한 다수의 이미지를 이용하여 높이를 가지는 피사체의 간섭 무늬를 분석하여 높이 정보를 획득할 수 있다. In general, the non-contact three-dimensional shape measurement method having a depth resolution of several tens of micrometers to tens of millimeters is generally a time of flight (TOF) method for measuring the distance between a sensor and a subject, a stereo vision method using binocular vision, and a patterned method. The method may include a structured light method using an interference image by irradiating light. In the 3D sensing method using structured light, height information may be obtained by analyzing an interference fringe of a subject having a height by using a plurality of images projecting a patterned image onto a subject.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 레이저 광의 세기와 위상을 동시에 제어할 수 있는 메타표면 집적 광원 기반 구조 광 프로젝터를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a meta-surface integrated light source-based structured optical projector that can simultaneously control the intensity and phase of the laser light.

본 발명은 개념에 따른 메타 표면 집적 광원 기반 구조 광 프로젝터를 개시한다. 그의 구조 광 프로젝터는, 기판 상의 제 1 도전형 분포 반사 층; 상기 제 1 도전형 분포 반사 층의 에지 상의 제 1 전극들; 상기 제 1 전극들 사이의 상기 제 1 도전형 분포 반사 층의 중심 상에 배치되는 멀티 퀀텀 웰 층; 상기 멀티 퀀텀 웰 층 상의 제 2 도전형 분포 반사 층; 상기 제 2 도전형 분포 반사 층의 에지 상의 제 2 전극들; 상기 제 2 전극들 사이의 상기 제 2 도전형 분포 반사 층 상에 배치되고, 복수개의 홀들을 갖는 금속 플레이트와, 상기 홀들 내의 산화물 블록들을 포함하는 세기 변조 층; 및 상기 세기 변조 층의 상기 산화물 블록 상에 배치되는 질화물 블록들을 구비하는 위상 변조 층을 포함한다. The present invention discloses a meta surface integrated light source based structured light projector according to the concept. Its structured light projector includes: a first conductivity type reflective reflection layer on a substrate; First electrodes on an edge of the first conductivity type distributed reflecting layer; A multi quantum well layer disposed on a center of the first conductivity type distributed reflecting layer between the first electrodes; A second conductivity type reflecting layer on the multi quantum well layer; Second electrodes on an edge of the second conductivity type distributed reflecting layer; An intensity modulation layer disposed on the second conductivity-type distributed reflecting layer between the second electrodes, the metal plate having a plurality of holes and an oxide block in the holes; And a phase modulation layer having nitride blocks disposed on the oxide block of the intensity modulation layer.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 메타표면 집적 광원 기반 구조 광 프로젝터는 세기 변조 층과, 상기 세기 변조 층 상의 위상 변조 층을 이용하여 레이저 광의 세기와 위상을 동시에 제어할 수 있다. As described above, the metasurface integrated light source based structure optical projector according to an embodiment of the present invention may simultaneously control the intensity and phase of the laser light by using an intensity modulation layer and a phase modulation layer on the intensity modulation layer.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 메타표면 집적 광원 기반 구조 광 프로젝터를 보여주는 단면도이다.
도 2는 도 1의 레이저 광의 전기장의 세기 분포를 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1의 메타 구조체의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 4는 도 2의 세기 변조 층의 일 예를 보여주는 평면도이다.
도 5는 도 1의 레이저 광의 파장에 따른 투과도를 보여주는 막대 그래프들이다.
도 6은 도 3의 위상 변조 층의 일 예를 보여주는 평면도이다.
도 7은 도 3의 버퍼 층과 위상 변조 층의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 8은 도 1의 레이저 광의 파장에 따른 위상 지연 특성을 보여주는 도면이다.
도 9는 도 1의 레이저 광의 특정 파장에 대한 위상 지연 특성을 보여주는 그래프이다.
도 10a 내지 도 10c는 도 1의 레이저 광의 이미지의 일 예들을 보여주는 평면도들이다.
도 11a 내지 도 11c는 도 1의 레이저 광의 홀로그램 위상 정보 이미지를 보여주는 도면들이다.
도 12는 도 11a 내지 도 11c의 홀로그램의 위상 정보 이미지로부터 획득되는 복원 이미지의 일 예를 보여주는 도면들이다.
도 13은 도 11a 내지 도 11c의 홀로그램의 위상 정보 이미지로부터 획득되는 복원 이미지의 다른 예를 보여주는 도면들이다.
도 14는 도 1의 메타표면 집적 광원 기반 구조 광 프로젝터들을 이용한 3차원 이미지 시스템의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 15a 및 도 15b는 도 1의 메타표면 집적 광원 기반 구조 광 프로젝터를 이용한 3차원 이미지 시스템의 다른 예를 보여주는 도면이다.
1 is a cross-sectional view illustrating a metasurface integrated light source based structure optical projector according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating an intensity distribution of an electric field of the laser light of FIG. 1.
3 is a cross-sectional view illustrating an example of the meta structure of FIG. 1.
4 is a plan view illustrating an example of the intensity modulation layer of FIG. 2.
5 is bar graphs showing transmittance according to the wavelength of the laser light of FIG. 1.
6 is a plan view illustrating an example of the phase modulation layer of FIG. 3.
7 is a cross-sectional view illustrating an example of a buffer layer and a phase modulation layer of FIG. 3.
FIG. 8 is a diagram illustrating a phase delay characteristic according to the wavelength of the laser light of FIG. 1.
FIG. 9 is a graph showing phase retardation characteristics for a specific wavelength of the laser light of FIG. 1.
10A through 10C are plan views illustrating examples of the image of the laser light of FIG. 1.
11A to 11C are diagrams illustrating holographic phase information images of the laser light of FIG. 1.
12 is a diagram illustrating an example of a reconstructed image obtained from the phase information image of the holograms of FIGS. 11A to 11C.
FIG. 13 is a diagram illustrating another example of a reconstructed image obtained from the phase information image of the holograms of FIGS. 11A to 11C.
FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a 3D image system using the metasurface integrated light source based structured light projectors of FIG. 1.
15A and 15B illustrate another example of a 3D image system using the metasurface integrated light source-based light projector of FIG. 1.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in different forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosure may be made thorough and complete, and to fully convey the spirit of the invention to those skilled in the art, and the invention is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 바람직한 실시예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다. 이에 더하여, 본 명세서에서, 어떤 층이 다른 층 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막이 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, 'comprises' and / or 'comprising' refers to a component, step, operation and / or element that is mentioned in the presence of one or more other components, steps, operations and / or elements. Or does not exclude additions. In addition, since it is in accordance with the preferred embodiment, reference numerals presented in the order of description are not necessarily limited to the order. In addition, in the present specification, where it is mentioned that a layer is on another layer or substrate, it means that it may be formed directly on the other layer or substrate or a third film may be interposed therebetween.

또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.In addition, the embodiments described herein will be described with reference to cross-sectional views and / or plan views, which are ideal illustrations of the present invention. In the drawings, the thicknesses of films and regions are exaggerated for effective explanation of technical content. Accordingly, shapes of the exemplary views may be modified by manufacturing techniques and / or tolerances. Accordingly, embodiments of the present invention are not limited to the specific forms shown, but also include variations in forms produced by the manufacturing process. Thus, the regions illustrated in the figures have schematic attributes, and the shape of the regions illustrated in the figures is intended to illustrate a particular form of region of the device and not to limit the scope of the invention.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 메타표면 집적 광원 기반 구조 광 프로젝터(100)를 보여준다. 1 illustrates a metasurface integrated light source-based structured light projector 100 according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 메타표면 집적 광원 기반 구조 광 프로젝터(100)는 광원 일체형 복소 변조 홀로그램 구조 광 발생기일 수 있다. 일 예로, 본 발명의 메타표면 집적 광원 기반 구조 광 프로젝터(100)는 기판(10), 제 1 도전형 분포 반사 층(DBR, 20), 제 1 전극(30), 퀀텀 웰 층(40), 전류 조절 층(50), 제 2 도전형 분포 반사 층(60), 제 2 전극(70), 제 1 보호 층(72), 배선 층(74), 메타 구조체(80), 및 제 2 보호 층(90)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, the metasurface integrated light source based structure light projector 100 of the present invention may be a light source integrated complex modulated hologram structure light generator. For example, the metasurface integrated light source based structure optical projector 100 of the present invention may include a substrate 10, a first conductivity type reflective reflection layer (DBR) 20, a first electrode 30, a quantum well layer 40, Current regulating layer 50, second conductivity type reflective reflecting layer 60, second electrode 70, first protective layer 72, wiring layer 74, metastructure 80, and second protective layer 90 may be included.

기판(10)은 실리콘 기판을 포함할 수 있다. 이와 달리, 기판(10)은 글라스 또는 유전체 플레이트를 포함할 수 있다.The substrate 10 may include a silicon substrate. Alternatively, the substrate 10 may comprise a glass or dielectric plate.

제 1 도전형 분포 반사 층(20)은 기판(10) 상에 배치될 수 있다. 일 예로, 제 1 도전형 분포 반사 층(20)은 n-type 분포 반사 층일 수 있다. 예를 들어, 제 1 도전형 분포 반사 층(20)은 티타늄 산화물과 실리카의 적층 구조체일 수 있다.The first conductivity type reflecting layer 20 may be disposed on the substrate 10. For example, the first conductivity type reflecting layer 20 may be an n-type distributed reflecting layer. For example, the first conductivity type reflective reflection layer 20 may be a laminate structure of titanium oxide and silica.

제 1 전극(30)은 제 1 도전형 분포 반사 층(20)의 에지 상에 배치될 수 있다. 제 1 전극(30)은 Au, Ag, Cu, Al, 또는 W의 금속을 포함할 수 있다.The first electrode 30 may be disposed on the edge of the first conductivity type reflective reflecting layer 20. The first electrode 30 may include a metal of Au, Ag, Cu, Al, or W.

퀀텀 웰 층(40)는 제 1 도전형 분포 반사 층(20)의 중심 상에 배치될 수 있다. 퀀텀 웰 층(40)는 제 1 전극(30)의 내에 배치될 수 있다. 퀀텀 웰 층(40)는 레이저 광(110)의 이득(gain)을 획득할 수 있다. The quantum well layer 40 may be disposed on the center of the first conductivity type reflective reflection layer 20. The quantum well layer 40 may be disposed in the first electrode 30. The quantum well layer 40 may acquire a gain of the laser light 110.

전류 조절 층(50)은 퀀텀 웰 층(40)의 에지 상에 배치될 수 있다. 전류 조절 층(50)은 퀀텀 웰 층(40)에 제공되는 전류를 조절할 수 있다. 일 예로, 전류 조절 층(50)은 Ⅲ-Ⅴ족의 화합물 반도체 또는 Ⅱ-Ⅵ의 화합물 반도체를 포함할 수 있다.The current regulation layer 50 may be disposed on the edge of the quantum well layer 40. The current regulation layer 50 can regulate the current provided to the quantum well layer 40. For example, the current control layer 50 may include a compound semiconductor of group III-V or a compound semiconductor of II-VI.

제 2 도전형 분포 반사 층(60)은 퀀텀 웰 층(40)의 중심과 전류 조절 층(50) 상에 배치될 수 있다. 제 2 도전형 분포 반사 층(60)은 레이저 광(110)의 일부를 반사하고, 상기 레이저 광(110)의 일부를 투과할 수 있다. 제 2 도전형 분포 반사 층(60)은 p-type 분포 반사 층일 수 있다. 예를 들어, 제 2 도전형 분포 반사 층(60)은 티타늄 산화물과 실리카의 적층 구조체일 수 있다.The second conductivity type distribution reflecting layer 60 may be disposed on the center of the quantum well layer 40 and on the current control layer 50. The second conductivity type reflective reflection layer 60 may reflect a portion of the laser light 110 and transmit a portion of the laser light 110. The second conductivity type reflecting layer 60 may be a p-type distribution reflecting layer. For example, the second conductivity type reflective reflection layer 60 may be a laminate structure of titanium oxide and silica.

제 2 전극(70)은 제 2 도전형 분포 반사 층(60)의 에지 상에 배치될 수 있다. 제 2 전극(70)과 제 1 전극(30) 사이에 전류가 제공되면, 레이저 광(110)은 제 1 도전형 분포 반사 층(20), 퀀텀 웰 층(40), 및 제 2 도전형 분포 반사 층(60) 내에서 발진될 수 있다. 제 1 도전형 분포 반사 층(DBR, 20), 제 1 전극(30), 퀀텀 웰 층(40), 전류 조절 층(50), 제 2 도전형 분포 반사 층(60), 및 제 2 전극(70)은 수직표면방출레이저(VCSEL)로 구성될 수 있다. 예를 들어, 레이저 광(110)은 약 400nm 내지 약 700nm 파장의 가시 광을 포함할 수 있다.The second electrode 70 may be disposed on an edge of the second conductivity type reflective reflection layer 60. When a current is provided between the second electrode 70 and the first electrode 30, the laser light 110 generates a first conductivity type reflecting layer 20, a quantum well layer 40, and a second conductivity type distribution. It may be oscillated within the reflective layer 60. A first conductivity type distributed reflection layer (DBR) 20, a first electrode 30, a quantum well layer 40, a current regulation layer 50, a second conductivity type distributed reflection layer 60, and a second electrode ( 70 may be composed of a vertical surface emitting laser (VCSEL). For example, laser light 110 may include visible light having a wavelength of about 400 nm to about 700 nm.

제 1 보호 층(72)은 제 1 도전형 분포 반사 층(20), 제 1 전극(30)을 덮을 수 있다. 제 1 보호 층(72)은 퀀텀 웰 층(40), 전류 조절 층(50), 제 2 도전형 분포 반사 층(60), 및 제 2 전극(70)의 측벽들 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제 1 보호 층(72)은 실리콘 질화물을 포함할 수 있다. The first protective layer 72 may cover the first conductivity type reflective reflection layer 20 and the first electrode 30. The first protective layer 72 may be disposed on sidewalls of the quantum well layer 40, the current regulation layer 50, the second conductivity type distributed reflection layer 60, and the second electrode 70. For example, the first protective layer 72 may comprise silicon nitride.

배선 층(74)은 제 1 보호 층(72) 상에 배치될 수 있다. 배선 층(74)은 제 2 전극(70)에 연결될 수 있다. The wiring layer 74 may be disposed on the first protective layer 72. The wiring layer 74 may be connected to the second electrode 70.

메타 구조체(80)는 제 2 도전형 분포 반사 층(60)의 중심 상에 배치될 수 있다. 메타 구조체(80)는 제 2 전극(70) 내에 배치될 수 있다. 메타 구조체(80)는 음의 굴절율을 가질 수 있다. 메타 구조체(80)는 레이저 광(110)의 세기를 제어 및/또는 변조할 수 있다.The meta structure 80 may be disposed on the center of the second conductivity type distributed reflection layer 60. The meta structure 80 may be disposed in the second electrode 70. The meta structure 80 may have a negative refractive index. The meta structure 80 may control and / or modulate the intensity of the laser light 110.

도 2는 도 1의 레이저 광(110)의 전기장의 세기 분포를 보여준다.FIG. 2 shows the intensity distribution of the electric field of the laser light 110 of FIG. 1.

도 1 및 도 2를 참조하면, 레이저 광(110)은 원형 세기(102) 및 고리형 세기(104)를 가질 수 있다. 원형 세기(102)는 고리형 세기(104) 내에 배치될 수 있다. 원형 세기(102)는 고리형 세기(104)보다 클 수 있다. 메타 구조체(80)는 레이저 광(110)의 원형 세기(102)를 생성시킬 수 있다. 고리형 세기(104)는 원형 세기(102)의 외곽에 배치될 수 있다. 메타 구조체(80) 외곽의 레이저 광(110)은 고리형 세기(104)를 가질 수 있다.1 and 2, laser light 110 may have circular intensity 102 and annular intensity 104. Circular intensity 102 may be disposed within annular intensity 104. Circular strength 102 may be greater than annular strength 104. The meta structure 80 can generate the circular intensity 102 of the laser light 110. Annular intensity 104 may be disposed outside of circular intensity 102. The laser light 110 outside the meta structure 80 may have an annular intensity 104.

나아가, 메타 구조체(80)는 레이저 광(110)의 세기뿐만 아니라 위상을 제어 및/또는 변조할 수 있다. Furthermore, the meta structure 80 may control and / or modulate the phase as well as the intensity of the laser light 110.

도 3은 도 1의 메타 구조체(80)의 일 예를 보여준다.3 illustrates an example of the meta structure 80 of FIG. 1.

도 1 및 도 3을 참조하면, 메타 구조체(80)는 세기 변조 층(82), 버퍼 층(84), 및 위상 변조 층(86)을 포함할 수 있다. 세기 변조 층(82)은 플레이트 모양을 가질 수 있다. 세기 변조 층(82)은 레이저 광(110)의 세기를 변조할 수 있다. 버퍼 층(84)은 세기 변조 층(82) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 버퍼 층(84)은 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 버퍼 층(84)은 약 200nm의 두께를 가질 수 있다. 위상 변조 층(86)은 버퍼 층(84) 상에 배치될 수 있다. 위상 변조 층(86)은 레이저 광(110)의 위상을 변조할 수 있다. Referring to FIGS. 1 and 3, the meta structure 80 may include an intensity modulation layer 82, a buffer layer 84, and a phase modulation layer 86. The intensity modulation layer 82 may have a plate shape. The intensity modulating layer 82 may modulate the intensity of the laser light 110. The buffer layer 84 may be disposed on the intensity modulation layer 82. For example, buffer layer 84 may comprise silicon oxide. The buffer layer 84 may have a thickness of about 200 nm. Phase modulating layer 86 may be disposed on buffer layer 84. Phase modulating layer 86 may modulate the phase of laser light 110.

도 4는 도 2의 세기 변조 층(82)의 일 예를 보여준다. 4 shows an example of the intensity modulation layer 82 of FIG. 2.

도 1, 도 3 및 도 4를 참조하면, 세기 변조 층(82)은 금속 플레이트(81) 및 산화물 블록들(83)을 포함할 수 있다.1, 3, and 4, the intensity modulation layer 82 may include a metal plate 81 and oxide blocks 83.

금속 플레이트(81)는 Au를 포함하며, 복수개의 나노 홀들(85)을 가질 수 있다. 나노 홀들(85)은 약 50nm 내지 약 150nm의 내경을 가질 수 있다. 서로 동일한 내경의 나노 홀들(85)은 복수개의 셀들로서 군집(grouped)될 수 있다. The metal plate 81 includes Au and may have a plurality of nano holes 85. The nano holes 85 may have an inner diameter of about 50 nm to about 150 nm. The nano holes 85 having the same inner diameter may be grouped as a plurality of cells.

산화물 블록들(83)은 나노 홀들(85) 내에 배치될 수 있다. 산화물 블록들(83)의 각각은 약 1.45의 굴절률을 가질 수 있다. 산화물 블록들(83)은 실리콘 산화물(SiO2)을 포함할 수 있다. 서로 동일한 크기의 산화물 블록들(83)은 복수개의 셀들로 군집(grouped)될 수 있다. 예를 들어, 산화물 블록들(83)은 제 1 내지 제 4 셀 블록들(83a, 83b, 83c, 83d)로 군집될 수 있다. 제 1 내지 제 4 셀 블록들(83a, 83b, 83c, 83d) 각각은 4개로 구성될 수 있다. 제 1 셀 블록들(83a)은 약 50nm의 제 1 반경(r1)을 가질 수 있다. 제 2 셀 블록들(83b)은 약 75nm의 제 2 반경(r2)을 가질 수 있다. 제 3 셀 블록들(83c)은 약 100nm의 제 3 반경(r3)을 가질 수 있다. 제 4 셀 블록들(83d)은 약 125nm의 제 4 반경(r4)을 가질 수 있다. 산화물 블록들(83)은 제 1 내지 제 4 반경들(r1, r2, r3, r4)에 따라, 레이저 광(110)의 세기를 제어할 수 있다. The oxide blocks 83 may be disposed in the nano holes 85. Each of the oxide blocks 83 may have a refractive index of about 1.45. The oxide blocks 83 may include silicon oxide (SiO 2 ). The oxide blocks 83 having the same size as each other may be grouped into a plurality of cells. For example, the oxide blocks 83 may be clustered into first to fourth cell blocks 83a, 83b, 83c, and 83d. Each of the first to fourth cell blocks 83a, 83b, 83c, and 83d may be configured as four. The first cell blocks 83a may have a first radius r1 of about 50 nm. The second cell blocks 83b may have a second radius r2 of about 75 nm. The third cell blocks 83c may have a third radius r3 of about 100 nm. The fourth cell blocks 83d may have a fourth radius r4 of about 125 nm. The oxide blocks 83 may control the intensity of the laser light 110 according to the first to fourth radiuses r1, r2, r3, and r4.

도 5는 도 1의 레이저 광(110)의 파장에 따른 투과도를 보여준다.5 shows the transmittance according to the wavelength of the laser light 110 of FIG.

도 5를 참조하면, 제 1 반경(r1)의 제 1 셀 블록들(83a)은 레이저 광(110)에 대해 약 20%의 투과율을 갖고, 제 2 반경(r2)의 제 2 셀 블록들(83b)은 약 50%의 투과율을 갖고, 제 3 반경(r3)의 제 3 셀 블록들(83c)은 약 70%의 투과율을 갖고, 제 4 반경(r4)의 제 4 블록들(84d)은 약 80%의 투과율을 가질 수 있다. Referring to FIG. 5, the first cell blocks 83a of the first radius r1 have a transmittance of about 20% with respect to the laser light 110, and the second cell blocks of the second radius r2 ( 83b) has a transmission of about 50%, the third cell blocks 83c of the third radius r3 have a transmission of about 70%, and the fourth blocks 84d of the fourth radius r4 It may have a transmittance of about 80%.

다시 도 3을 참조하면, 위상 변조 층(86)은 산화물 블록들(83) 상에 선택적으로 배치될 수 있다. 위상 변조 층(86)은 산화물 블록들(83) 및 버퍼 층(84)의 유전율보다 높은 유전율을 가질 수 있다. 예를 들어, 위상 변조 층(86)은 약 2.3의 굴절률을 가질 수 있다. 일 예로, 위상 변조 층(86)은 실리콘 질화물(Si3N4)를 포함할 수 있다. Referring again to FIG. 3, phase modulating layer 86 may be selectively disposed on oxide blocks 83. Phase modulation layer 86 may have a dielectric constant higher than that of oxide blocks 83 and buffer layer 84. For example, phase modulating layer 86 may have a refractive index of about 2.3. As an example, the phase modulation layer 86 may include silicon nitride (Si 3 N 4 ).

도 6은 도 3의 위상 변조 층(86)의 일 예를 보여준다. 도 7은 도 3의 버퍼 층(84)과 위상 변조 층(86)의 일 예를 보여준다.FIG. 6 shows an example of the phase modulation layer 86 of FIG. 3. FIG. 7 shows one example of the buffer layer 84 and the phase modulation layer 86 of FIG. 3.

도 6 및 도 7을 참조하면, 위상 변조 층(86)은 로드(rod) 모양을 가질 수 있다. 위상 변조 층(86)은 약 100nm의 반경을 가질 수 있다. 위상 변조 층(86)은 약 200nm의 두께를 가질 수 있다. 6 and 7, the phase modulation layer 86 may have a rod shape. Phase modulating layer 86 may have a radius of about 100 nm. Phase modulating layer 86 may have a thickness of about 200 nm.

도 8은 도 1의 레이저 광(110)의 파장에 따른 위상 지연 특성을 보여준다.FIG. 8 shows phase delay characteristics according to the wavelength of the laser light 110 of FIG. 1.

도 8을 참조하면, 위상 변조 층(86)은 레이저 광(110)의 위상을 지연시킬 수 있다. 위상 변조 층(86)의 반경이 약 60nm 이상으로 증가하면, 레이저 광(110)의 위상은 지연될 수 있다.Referring to FIG. 8, the phase modulation layer 86 may delay the phase of the laser light 110. If the radius of phase modulating layer 86 increases above about 60 nm, the phase of laser light 110 may be delayed.

도 9는 도 1의 레이저 광(110)의 특정 파장에 대한 위상 지연 특성을 보여준다.9 shows phase retardation characteristics for a particular wavelength of the laser light 110 of FIG. 1.

도 9를 참조하면, 약 633nm 파장의 레이저 광(110)은 위상 변조 층(86)의 반경에 따라 위상이 제어될 수 있다. 위상 변조 층(86)의 반경이 65nm일 때(a), 레이저 광(110)의 위상은 약 -2π/3 지연될 수 있다. 위상 변조 층(86)의 반경이 82nm일 때(b), 레이저 광(110)의 위상은 약 -π/2 지연될 수 있다. 위상 변조 층(86)의 반경이 102nm일 때(c), 레이저 광(110)의 위상은 약 -π/3 지연될 수 있다. 위상 변조 층(86)의 반경이 115nm일 때(d), 레이저 광(110)의 위상은 거의 지연되지 않을 수 있다.Referring to FIG. 9, a phase of the laser light 110 having a wavelength of about 633 nm may be controlled according to a radius of the phase modulation layer 86. When the radius of the phase modulation layer 86 is 65 nm (a), the phase of the laser light 110 may be delayed by about −2π / 3. When the radius of the phase modulation layer 86 is 82 nm (b), the phase of the laser light 110 may be delayed by about −π / 2. When the radius of the phase modulation layer 86 is 102 nm (c), the phase of the laser light 110 may be delayed by about −π / 3. When the radius of the phase modulation layer 86 is 115 nm (d), the phase of the laser light 110 may hardly be delayed.

도 10a 내지 도 10c는 도 1의 레이저 광(110)의 이미지의 일 예들을 보여준다.10A-10C show examples of the image of the laser light 110 of FIG. 1.

도 10a 내지 도 10c를 참조하면, 레이저 광(110)은 메타 구조체(80)에 의해 원 모양의 단위 이미지들로 구현될 수 있다.10A through 10C, the laser light 110 may be implemented as unit images having a circular shape by the meta structure 80.

도 10a를 참조하면, 메타 구조체(80)는 레이저 광(110)을 단위 홀로그램 구조광의 설계 이미지는 원 모양을 가질 수 있다. Referring to FIG. 10A, the meta structure 80 may include a laser light 110, and a design image of the unit hologram structured light may have a circular shape.

도 10b를 참조하면, 진폭 이미지는 단위 홀로그램 구조 광의 설계 이미지로부터 계산될 수 있다. 진폭 이미지는 동심원 모양을 가질 수 있다. 진폭 이미지는 레이저 광(110)의 복소수의 실수 부분으로부터 계산될 수 있다.Referring to FIG. 10B, an amplitude image may be calculated from a design image of unit hologram structured light. The amplitude image may have a concentric shape. The amplitude image can be calculated from the real part of the complex number of laser light 110.

도 10c를 참조하면, 위상 이미지는 레이저 광(110)의 복소수의 허수 부분으로부터 계산될 수 있다. 위상 이미지는 동심원 모양을 가질 수 있다.Referring to FIG. 10C, the phase image may be calculated from the imaginary part of the complex number of the laser light 110. The phase image may have a concentric shape.

도 11a 내지 도 11c는 도 1의 레이저 광(110)의 홀로그램 위상 정보 이미지를 보여준다. 11A-11C show holographic phase information images of the laser light 110 of FIG. 1.

도 11a 내지 도 11c를 참조하면, 레이저 광(110)의 홀로그램의 위상 정보 이미지는 홀로그램의 원 이미지의 위상 정보 이미지, 좌측 이동 위상정보 이미지, 및 우측 이동 위상 정보 이미지를 포함할 수 있다. 도 11a의 원 이미지의 위상 정보는 우측 상단의 위상 공간의 정보 이미지를 가질 수 있다. 11A to 11C, the phase information image of the hologram of the laser light 110 may include a phase information image, a left moving phase information image, and a right moving phase information image of the original image of the hologram. The phase information of the original image of FIG. 11A may have an information image of phase space in the upper right corner.

도 12는 도 11a 내지 도 11c의 홀로그램의 위상 정보 이미지로부터 획득되는 복원 이미지의 일 예를 보여준다.12 illustrates an example of a reconstructed image obtained from the phase information image of the holograms of FIGS. 11A to 11C.

도 12를 참조하면, 홀로그램의 위상 천이 이미지는 수평 방향으로 약 10도(degree)정도 보정되어 투시된 홀로그램 복원 이미지를 정해진 위치에서 좌측, 또는 우측으로 이동시킬 수 있다. Referring to FIG. 12, the phase shift image of the hologram may be corrected by about 10 degrees in the horizontal direction to move the transparent hologram reconstructed image from the predetermined position to the left or the right.

도 13은 도 11a 내지 도 11c의 홀로그램의 위상 정보 이미지로부터 획득되는 복원 이미지의 다른 예를 보여준다.FIG. 13 shows another example of a reconstructed image obtained from the phase information image of the holograms of FIGS. 11A to 11C.

도 13을 참조하면, 홀로그램의 위상 천이 이미지는 수직 방향으로 약 10도(degree)정도 보정되어 투시된 홀로그램 복원 이미지를 정해진 위치에서 위 또는 아래로 이동될 수 있다.Referring to FIG. 13, the phase shift image of the hologram may be corrected by about 10 degrees in the vertical direction to move the perspective hologram reconstructed image up or down at a predetermined position.

도 14는 도 1의 메타표면 집적 광원 기반 구조 광 프로젝터들(100)을 이용한 3차원 이미지 시스템의 일 예를 보여준다.FIG. 14 shows an example of a 3D image system using the metasurface integrated light source based structured light projectors 100 of FIG. 1.

도 14를 참조하면, 복수개의 메타표면 집적 광원 기반 구조 광 프로젝터들(100)은 레이저 광(110)을 피사체(object, 200)에 조사하여 3차원 이미지 시스템을 구현시킬 수 있다. 좌측의 메타표면 집적 광원 기반 구조 광 프로젝터들(100)은 레이저 광(110)의 좌측 이동된 제 1 구조광(112)을 조사하고, 우측의 메타표면 집적 광원 기반 구조 광 프로젝터(100)는 레이저 광(110)의 우측 이동된 제 2 구조광(114)을 조사하고, 중심의 메타표면 집적 광원 기반 구조 광 프로젝터(100)는 레이저 광(110)의 위상 천이된 제 3 구조광(116)을 조사할 수 있다. 홀로그램은 제 1 구조광(112), 제 2 구조광(114) 및 제 3 구조광(116)에 의해 피사체(200)에 표시될 수 있다.Referring to FIG. 14, the plurality of metasurface integrated light source-based light projectors 100 may implement a 3D image system by irradiating the laser light 110 onto an object 200. The metasurface integrated light source based structure light projectors 100 on the left emit the first structured light 112 shifted to the left of the laser light 110, and the metasurface integrated light source based structure light projector 100 on the right side displays the laser light. The second structured light 114 that is moved to the right of the light 110 is irradiated, and the central metasurface integrated light source-based structured light projector 100 emits the phase shifted third structured light 116 of the laser light 110. You can investigate. The hologram may be displayed on the subject 200 by the first structure light 112, the second structure light 114, and the third structure light 116.

도 15a 및 도 15b는 도 1의 메타표면 집적 광원 기반 구조 광 프로젝터(100)를 이용한 3차원 이미지 시스템의 다른 예를 보여준다.15A and 15B show another example of a 3D image system using the metasurface integrated light source based structure optical projector 100 of FIG. 1.

도 15a 및 도 15b를 참조하면, 메타표면 집적 광원 기반 구조 광 프로젝터(100)는 레이저 광(110)을 반사체(400)에 제공할 수 있다. 레이저 광(110)는 컬러 필터에 의해 색상을 가질 수 있다. 반사체(400)는 레이저 광(110)을 카메라(300)에 반사할 수 있다. 카메라(300)는 레이저 광(110)을 수신하여 반사체(400) 상의 이미지를 구현할 수 있다.15A and 15B, the metasurface integrated light source infrastructure light projector 100 may provide the laser light 110 to the reflector 400. The laser light 110 may have a color by a color filter. The reflector 400 may reflect the laser light 110 to the camera 300. The camera 300 may receive the laser light 110 to implement an image on the reflector 400.

이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, a person of ordinary skill in the art may implement the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. You will understand that there is. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive.

Claims (1)

기판 상의 제 1 도전형 분포 반사 층;
상기 제 1 도전형 분포 반사 층의 에지 상의 제 1 전극들;
상기 제 1 전극들 사이의 상기 제 1 도전형 분포 반사 층의 중심 상에 배치되는 퀀텀 웰 층;
상기 퀀텀 웰 층 상의 제 2 도전형 분포 반사 층;
상기 제 2 도전형 분포 반사 층의 에지 상의 제 2 전극들;
상기 제 2 전극들 사이의 상기 제 2 도전형 분포 반사 층 상에 배치되고, 복수개의 홀들을 갖는 금속 플레이트와, 상기 홀들 내의 산화물 블록들을 포함하는 세기 변조 층; 및
상기 세기 변조 층의 상기 산화물 블록 상에 배치되는 질화물 블록들을 구비하는 위상 변조 층을 포함하는 메타표면 집적 광원 기반 구조 광 프로젝터.
A first conductivity type reflective reflection layer on the substrate;
First electrodes on an edge of the first conductivity type distributed reflecting layer;
A quantum well layer disposed on a center of the first conductivity type reflective reflecting layer between the first electrodes;
A second conductivity type reflecting layer on said quantum well layer;
Second electrodes on an edge of the second conductivity type distributed reflecting layer;
An intensity modulation layer disposed on the second conductivity-type distributed reflecting layer between the second electrodes, the metal plate having a plurality of holes and an oxide block in the holes; And
And a phase modulation layer having nitride blocks disposed on the oxide block of the intensity modulation layer.
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