KR20230102803A

KR20230102803A - 편광 측정용 균형 광 검출기 및 이를 이용하는 수신기

Info

Publication number: KR20230102803A
Application number: KR1020210193219A
Authority: KR
Inventors: 이준호; 노정현; 권순욱; 최선작; 백지은
Original assignee: 한국전자기술연구원
Priority date: 2021-12-30
Filing date: 2021-12-30
Publication date: 2023-07-07
Also published as: KR102637771B1

Abstract

본 발명은 편광 측정용 균형 광 검출기 및 이를 이용하는 수신기에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 균형 광 검출기는, 광신호가 전달되는 광섬유에 결합되기 위한 광섬유 커넥터; 상기 광섬유 커넥터를 통과한 광신호를 4개 영역에서 나눠 수신하며, 상기 4개 영역에 편광 필터가 하나씩 구비된 필터부; 상기 4개 영역에 대응하도록 4개의 포토다이오드가 하나의 쌍으로 구현되며, 상기 각 포토다이오드가 상기 4개 영역의 각 편광 필터를 통과한 편광 특성의 광 신호를 수신하여 전기 신호로 변환하여 출력하는 변환부; 상기 각 포토다이오드의 출력 신호가 전달되는 선로에 연결되어 입력되는 신호를 증폭하면서 노이즈를 제거하는 트랜스 임피던스 증폭기를 구비한 증폭부; 및 상기 증폭부에서 출력되는 신호를 처리하여 상기 광신호에 대한 편광 상태 및 신호 세기를 측정하는 처리부;를 포함한다.

Description

편광 측정용 균형 광 검출기 및 이를 이용하는 수신기{BALANCED PHOTODETECTOR FOR POLARIZATION MEASUREMENT AND RECEIVER USING THE SAME}

본 발명은 균형 광 검출기(balanced photodetector) 및 이를 이용하는 수신기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 편광 측정이 가능한 균형 광 검출기와, 이를 어레이 이용하여 구현된 FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave) 방식의 3D 센서 등을 구비한 수신기에 관한 것이다.

균형 광 검출기(balanced photodetector)는 2개의 입력 광에 대한 차이를 검출하는 장치이다. 종래의 경우, 수광소자 2개를 이용하여 균형 광 검출기(이하, “종래 기술”이라 지칭함)를 구현하였다. 즉, 종래 기술은 2개의 수광소자에 수신되는 광신호의 시간에 따른 광세기를 검출하여 이에 비례하는 전류 신호로 변환한다.

이러한 종래 기술은 2개 수광소자 간의 성능이 일치할수록 우수한 공통 모드 제거비(Common-Mode Rejection Ratio, CMRR)를 달성할 수 있고 그에 따라 노이즈가 감소한다. 즉, 2개 수광소자 간의 성능이 일치 여부에 따라 균형 광 검출기의 전체 성능이 결정될 수 있다. 다만, 종래 기술에서, 2개 수광소자는 따로 제작된 것이 사용되므로 그 성능 차이 발생할 수밖에 없어, 균형 광 검출기의 전체 성능이 떨어진다.

특히, 이러한 2개 수광소자를 구비한 종래 기술이 FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave) 방식의 3D 센서 기반 라이다(LiDAR) 수신기 등에 적용되는 경우, 수광소자들의 배열 특성으로 인해 실제 송신 이미지와 해당 수신기에서 센싱된 이미지(즉, 수신 이미지) 간에 차이가 크게 날 수 있다.

한편, 수신된 광신호에서 편광의 변화는 FMCW 등의 라이다 신호 측정에 영향을 미칠 수 있는 파라미터이다. 하지만, 종래 기술은 검출된 광신호의 세기만이 측정 가능하므로, 광신호에 대한 편광 정도의 측정이 불가능한 한계가 있다. 다만, 이를 해결하기 위해 다양한 광학 부품을 추가할 수 있으나, 이로 인해 부피 및 무게가 증가할 수 있다.

다만, 상술한 내용은 단순히 본 발명에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 기 공개된 기술에 해당하는 것은 아니다.

KR

10-2021-0013076

A

상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 광신호에 대한 신호 세기 외에 편광 상태까지 측정 가능한 균형 광 검출기 기술을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 소형화된 편광 검출 구조로 구현된 균형 광 검출기 기술을 제공하는데 그 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 광신호 처리 성능 향상을 위한 배열 및 구조를 가지는 균형 광 검출기 기술을 제공하는데 그 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 송수신 이미지 간의 차이를 줄여 FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave) 방식의 3D 센서 주파수 수신용 어레이(array) 등에 적용 가능한 균형 광 검출기 기술을 제공하는데 그 다른 목적이 있다.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 따른 균형 광 검출기는, 광신호가 전달되는 광섬유에 결합되기 위한 광섬유 커넥터; 상기 광섬유 커넥터를 통과한 광신호를 4개 영역에서 나눠 수신하며, 상기 4개 영역에 편광 필터가 하나씩 구비된 필터부; 상기 4개 영역에 대응하도록 4개의 포토다이오드가 하나의 쌍으로 구현되며, 상기 각 포토다이오드가 상기 4개 영역의 각 편광 필터를 통과한 편광 특성의 광 신호를 수신하여 전기 신호로 변환하여 출력하는 변환부; 상기 각 포토다이오드의 출력 신호가 전달되는 선로에 연결되어 입력되는 신호를 증폭하면서 노이즈를 제거하는 트랜스 임피던스 증폭기를 구비한 증폭부; 및 상기 증폭부에서 출력되는 신호를 처리하여 상기 광신호에 대한 편광 상태 및 신호 세기를 측정하는 처리부;를 포함한다.

상기 4개의 포토다이오드는 하나의 웨이퍼 칩 내에 집적화 방식으로 구현될 수 있다.

상기 4개의 포토다이오드는 2행 2열(2×2)의 어레이 구조를 가질 수 있다.

상기 4개 영역에 하나씩 구비된 4개의 편광 필터는 동일한 광축 기준으로 서로 다른 편광 특성을 가질 수 있다.

상기 4개의 편광 필터는 각각 동일한 광축 기준으로 서로 일정 편광 각도의 차이만큼 회전된 선형 편광 특성을 가질 수 있다.

상기 4개의 편광 필터는 각각 동일한 광축 기준으로 0°, 45°, 90° 및 135°가 회전된 선형 편광 특성을 가질 수 있다.

상기 광섬유 커넥터, 상기 필터부 및 상기 변환부를 포함하는 채널 그룹이 복수개가 구비되며, 상기 증폭부 및 상기 신호처리부는 상기 복수의 채널 그룹에 따른 각 광신호에 대해 작용할 수 있다.

한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 균형 광 검출기는, 입사되는 하나의 광신호를 제1 및 제2 광신호로 분리하여 출사하는 빔 스플리터; 상기 제1 광신호를 처리하는 제1 채널 그룹; 상기 제2 광신호를 처리하는 제2 채널 그룹; 상기 제1 및 제2 채널 그룹의 출력 신호가 전달되는 선로에 연결되어 입력되는 신호를 증폭하면서 노이즈를 제거하는 트랜스 임피던스 증폭기를 구비한 증폭부; 및 상기 증폭부에서 출력되는 신호를 처리하여 상기 광신호에 대한 편광 상태 및 신호 세기를 측정하는 처리부;를 포함한다.

상기 제1 및 제2 채널 그룹은, 상기 빔 스플리터에서 분리된 하나의 광신호를 4개 영역에서 나눠 수신하며, 상기 4개 영역에 편광 필터가 하나씩 구비된 필터부; 및 상기 4개 영역에 대응하도록 4개의 포토다이오드가 하나의 쌍으로 구현되며, 상기 각 포토다이오드가 상기 4개 영역의 각 편광 필터를 통과한 편광 특성의 광 신호를 수신하여 전기 신호로 변환하여 출력하는 변환부;를 각각 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 수신기는 FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave)의 광신호를 수신하는 다수의 셀을 포함하는 수신기로서, 상기 다수의 셀은 다수의 균형 광 검출기(balanced photodetector)를 이용하여 구현되며, 하나의 균형 광 검출기는, 광신호가 전달되는 광섬유에 결합되기 위한 광섬유 커넥터; 상기 광섬유 커넥터를 통과한 광신호를 4개 영역에서 나눠 수신하며, 상기 4개 영역에 편광 필터가 하나씩 구비된 필터부; 상기 4개 영역에 대응하도록 4개의 포토다이오드가 하나의 쌍으로 구현되며, 상기 각 포토다이오드가 상기 4개 영역의 각 편광 필터를 통과한 편광 특성의 광 신호를 수신하여 전기 신호로 변환하여 출력하는 변환부; 상기 각 포토다이오드의 출력 신호가 전달되는 선로에 연결되어 입력되는 신호를 증폭하면서 노이즈를 제거하는 트랜스 임피던스 증폭기를 구비한 증폭부; 및 상기 증폭부에서 출력되는 신호를 처리하여 상기 광신호에 대한 편광 상태 및 신호 세기를 측정하는 처리부;를 포함한다.

또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 수신기는 FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave)의 광신호를 수신하는 다수의 셀을 포함하는 수신기로서, 상기 다수의 셀은 다수의 균형 광 검출기(balanced photodetector)를 이용하여 구현되며, 하나의 균형 광 검출기는, 입사되는 하나의 광신호를 제1 및 제2 광신호로 분리하여 출사하는 빔 스플리터; 상기 제1 광신호를 처리하는 제1 채널 그룹; 상기 제2 광신호를 처리하는 제2 채널 그룹; 상기 제1 및 제2 채널 그룹의 출력 신호가 전달되는 선로에 연결되어 입력되는 신호를 증폭하면서 노이즈를 제거하는 트랜스 임피던스 증폭기를 구비한 증폭부; 및 상기 증폭부에서 출력되는 신호를 처리하여 상기 광신호에 대한 편광 상태 및 신호 세기를 측정하는 처리부;를 포함한다.

본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 수신기는 라이다(LiDAR)의 용도로 사용될 수 있다.

상기 다수의 셀은 상기 라이다의 3D 센서 또는 4D 센서를 구현할 수 있다.

상기 4개의 포토다이오드는 2행 2열(2×2)의 어레이 구조를 가지며, 하나의 웨이퍼 칩 내에 집적화 방식으로 구현될 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 균형 광 검출기는 광신호에 대한 신호 세기 외에 편광 상태까지 실시간으로 측정 가능한 이점이 있다. 즉, 본 발명은 편광 필터가 적용된 광신호 검출 구조를 통해 실시간으로 신호 세기와 편광 상태를 함께 측정할 수 있다.

또한, 본 발명은 광학 부품의 사용을 최소화하면서, 동시에 편광 필터들과 포토다이오드들이 결합된 구조를 통해 소형화가 가능한 이점이 있다. 즉, 본 발명은 4개의 포토다이오드가 하나의 웨이퍼 칩으로 집적화되고, 편광 필터들이 광축 방향을 따라 배치되지 않고 광축에 대해 수평하게 2X2 어레이 구조로 배치됨에 따라, 소형화된 포토다이오드 및 편광 검출 구조의 구현이 가능하다.

또한, 본 발명은 광섬유 광학계 유형과 자유공간 광학계 유형을 통해 대부분의 광학계에 적용 가능한 이점이 있다.

또한, 본 발명은 광신호 처리 성능 향상을 위한 배열 및 구조를 가지는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 송수신 이미지 간의 차이를 줄여 FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave) 방식의 3D 센서 주파수 수신용 어레이(array) 등에 적용 가능한 이점이 있다.

또한, 본 발명은 4개의 포토다이오드가 하나의 웨이퍼 칩으로 집적화됨에 수신 신호에 대한 뛰어난 정확도와 깊이 분해능을 구현할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 4개의 포토다이오드를 2X2 어레이 구조를 가짐에 따라, 광학 센서에 적용 시 균일한 센싱이 가능하며, 라이다의 3D 센서 또는 4D 센서에 적용 가능한 어레이 구조를 가지는 이점이 있다.

즉, 본 발명은 4개의 포토다이오드를 하나의 쌍으로 구동회로와 집적화한 균형 광 검출기를 구현함으로써 이를 광학 센서에 적용될 경우 기존 균형 광 검출기 보다 뛰어난 성능 및 기능을 발휘할 수 있는 이점이 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 균형 광 검출기(100)의 대략적인 블록 구성도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 균형 광 검출기(100)에서 어느 하나의 광섬유 커넥터(110), 필터부(120) 및 변환부(130)의 개념도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 균형 광 검출기(100)에서 각 변환부(130A, 130B) 및 증폭부(140)의 대략적인 블록 구성도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 균형 광 검출기(100)에서 어느 하나의 변환부(130) 및 증폭부(140)의 대략적인 회로도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 균형 광 검출기(200)의 대략적인 블록 구성도를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 균형 광 검출기(200)에서 빔 스플리터(210), 각 필터부(220A, 220B) 및 각 변환부(230A, 230B)의 개념도를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 균형 광 검출기(200)에서 각 변환부(230A, 230B) 및 증폭부(240)의 대략적인 블록 구성도를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 균형 광 검출기(200)에서 어느 하나의 변환부(230) 및 증폭부(240)의 대략적인 회로도를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다(1)의 구성도를 나타낸다.

본 발명의 상기 목적과 수단 및 그에 따른 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 경우에 따라 복수형도 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", “구비하다”, “마련하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 언급된 구성요소 외의 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

본 명세서에서, “또는”, “적어도 하나” 등의 용어는 함께 나열된 단어들 중 하나를 나타내거나, 또는 둘 이상의 조합을 나타낼 수 있다. 예를 들어, “A 또는 B”“A 및 B 중 적어도 하나”는 A 또는 B 중 하나만을 포함할 수 있고, A와 B를 모두 포함할 수도 있다.

본 명세서에서, “예를 들어” 등에 따르는 설명은 인용된 특성, 변수, 또는 값과 같이 제시한 정보들이 정확하게 일치하지 않을 수 있고, 허용 오차, 측정 오차, 측정 정확도의 한계와 통상적으로 알려진 기타 요인을 비롯한 변형과 같은 효과로 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 발명의 실시 형태를 한정하지 않아야 할 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어’ 있다거나 '접속되어' 있다고 기재된 경우, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성 요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 '상에' 있다거나 '접하여' 있다고 기재된 경우, 다른 구성요소에 상에 직접 맞닿아 있거나 또는 연결되어 있을 수 있지만, 중간에 또 다른 구성요소가 존재할 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 '바로 위에' 있다거나 '직접 접하여' 있다고 기재된 경우에는, 중간에 또 다른 구성요소가 존재하지 않은 것으로 이해될 수 있다. 구성요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 예를 들면, '～사이에'와 '직접 ～사이에' 등도 마찬가지로 해석될 수 있다.

본 명세서에서, '제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 또한, 위 용어는 각 구성요소의 순서를 한정하기 위한 것으로 해석되어서는 안되며, 하나의 구성요소와 다른 구성요소를 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하도록 한다.

먼저, 본 발명의 제1 실시예에 따른 균형 광 검출기(100)에 대하여 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 균형 광 검출기(100)의 대략적인 블록 구성도를 나타낸다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 균형 광 검출기(balanced photodetector)(100)는 광섬유 광학계에 적용되는 유형으로서, 광신호에 대한 신호 세기 외에 편광 상태까지 측정 가능한 광 검출기이다. 이러한 균형 광 검출기(100)는 성능 향상을 위한 배열 및 구조를 포함하며, 도 1에 도시된 바와 같이, 광섬유 커넥터(110), 필터부(120), 변환부(130), 증폭부(140) 및 처리부(150)를 포함한다.

이때, 광섬유 커넥터(110), 필터부(120) 및 변환부(130)는 하나의 채널 그룹으로 구현되며, 해당 채널 그룹은 복수개가 구비될 수 있다. 일례로, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 채널 그룹은 제1 광섬유 커넥터(110A), 제1 필터부(120A) 및 제1 변환부(130A)를 포함하며, 제2 채널 그룹은 제2 광섬유 커넥터(110B), 제2 필터부(120B) 및 제2 변환부(130B)를 포함한다. 또한, 증폭부(140) 및 처리부(150)는 각 채널 그룹에서 처리되어 출력된 신호에 대한 작용(처리)을 수행할 수 있다. 이하, 하나의 채널 그룹을 중심으로, 광신호를 처리하는 구체적인 구성 및 과정에 대해서 설명하도록 한다. 이러한 설명은 다른 채널 그룹에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.

이러한 균형 광 검출기(100)는 후술할 라이다(LiDAR) 등의 수신기에 포함될 수 있다. 즉, 해당 수신기는 광신호를 수신하여 감지하는 3D 센서 또는 4D 센서를 포함하는데, 이러한 3D 센서 또는 4D 센서는 다수의 셀을 포함하고, 이때 각 셀은 균형 광 검출기(100)를 이용하여 구현될 수 있다.

광섬유 커넥터(110)는 광섬유에 결합되기 위한 커넥터이다. 이때, 광섬유 커넥터(110)에 결합되는 광섬유를 통해 광신호가 전달되며, 해당 광신호는 광섬유 커넥터(110)를 거쳐 필터부(120)로 전달된다. 즉, 광섬유 커넥터(110)는 광섬유를 통해 들어오는 외부의 광신호를 균형 광 검출기(100)의 내부로 입사시키는 구성이다. 이때, 광섬유 커넥터(110)에서 출사되어 균형 광 검출기(100)의 내부로 입사되는 광신호는 확산되는 형태로 입사될 수 있다. 일례로, 광섬유 커넥터(110)는 광섬유 결합 슬리브를 포함할 수 있다.

특히, 광섬유를 통해 전달되는 광신호는 FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave)의 광신호일 수 있으며, 라이다(LiDAR)의 광신호일 수 있다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 균형 광 검출기(100)에서 어느 하나의 광섬유 커넥터(110), 필터부(120) 및 변환부(130)의 개념도를 나타낸다. 다만, 도 2에서, 굵은 화살표는 대략적인 광신호의 흐름을 나타낸다.

필터부(120)는 편광 필터(121, 122, 123, 124)를 포함하여 광신호에 대해 편광 특성을 부여하는 구성이며, 이러한 필터부(120)를 통해 광신호에 대한 편광 특성 측정이 가능하다. 이를 위해, 필터부(120)는 광섬유 커넥터(110)를 통과한 광신호를 4개 영역에서 나눠 수신한다. 즉, 광섬유 커넥터(110)를 통과한 광신호는 확산되면서 필터부(120)의 4개 영역에 도달한다. 이때, 필터부(120)의 4개 영역에는 편광 필터(121, 122, 123, 124)가 하나씩 구비된다. 즉, 도 2를 참조하면, 제1 영역에 제1 편광 필터(121)가, 제2 영역에 제2 편광 필터(122)가, 제3 영역에 제3 편광 필터(123)가, 제4 영역에 제4 편광 필터(124)가 각각 구비된다.

특히, 필터부(120)의 4개 영역에 하나씩 구비된 4개의 편광 필터(121, 122, 123, 124)는 동일한 광축 기준으로 서로 다른 편광 특성을 가지는 것이 바람직할 수 있다. 즉, 각 편광 필터(121, 122, 123, 124)를 통과한 광신호들은 서로 다른 4가지 유형의 편광 특성을 가지게 된다.

구체적으로, 4개의 편광 필터(121, 122, 123, 124)는 각각 동일한 광축 기준으로 일정 편광 각도의 차이만큼 회전된 선형 편광 특성을 가질 수 있다. 이에 따라, 각 편광 필터(121, 122, 123, 124)를 통과한 광신호들은 동일한 광축 기준으로 서로 일정 편광 각도의 차이만큼 회전된 선형 편광 특성을 가지게 된다.

일례로, 4개의 편광 필터(121, 122, 123, 124)는 각각 동일한 광축 기준으로 0°, 45°, 90° 및 135°가 회전된 선형 편광 특성을 가질 수 있다 이 경우, 각 편광 필터(121, 122, 123, 124)를 통과한 광신호들은 동일한 광축 기준으로 0°, 45°, 90° 및 135°가 회전된 선형 편광 특성을 가진다. 가령, 제1 편광 필터(121)는 0°가 회전된 선형 편광 특성을, 제2 편광 필터(121)는 45°가 회전된 선형 편광 특성을, 제3 편광 필터(123)는 90°가 회전된 선형 편광 특성을, 제4 편광 필터(121)는 135°가 회전된 선형 편광 특성을 각각 가질 수 있다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 균형 광 검출기(100)에서 각 변환부(130A, 130B) 및 증폭부(140)의 대략적인 블록 구성도를 나타내며, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 균형 광 검출기(100)에서 어느 하나의 변환부(130) 및 증폭부(140)의 대략적인 회로도를 나타낸다.

변환부(130)는 수광소자를 통해 광신호를 수신하여 전기 신호로 변환하는 부분이다. 이에 따라, 변환부(130)는 하나의 쌍으로 구현된 4개의 포토다이오드(photodiode)(131, 132, 133, 134)를 포함한다. 즉, 각 포토다이오드(131, 132, 133, 134)는 광신호를 전기 신호로 변환하여 출력한다.

이러한 4개의 포토다이오드(131, 132, 133, 134)는 필터부(120)의 4개 영역의 각 편광 필터(121, 122, 123, 124)에 대응하는 위치에 배치될 수 있다. 이에 따라, 필터부(120)의 4개 영역의 각 편광 필터(121, 122, 123, 124)를 통과한 편광 특성의 광 신호가 이에 대응하는 각 포토다이오드(131, 132, 133, 134)에 도달하면서 해당 편광 특성의 광신호가 전기 신호로 변환될 수 있다.

특히, 각 편광 필터(121, 122, 123, 124)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 2행 2열(2×2)의 어레이 구조를 가질 수 있으며, 이에 대응하도록 4개의 포토다이오드(131, 132, 133, 134)도 2행 2열(2×2)의 어레이 구조를 가질 수 있다. 이러한 2×2의 어레이 구조는 광신호에 대해 하나의 셀에서 상호 보완적으로 작용 가능하여 광학 센서에 적용 시 균일한 센싱이 가능하게 한다. 또한, 2×2의 어레이 구조는 라이다의 3D 센서 또는 4D 센서에 적용 가능한 어레이 구조를 구현하며, 광신호에 대한 뛰어난 정확도와 깊이 분해능이 가능하게 한다.

한편, 종래 기술의 균형 광 검출기의 경우, 보통 2개의 수광소자를 포함하는데, 이러한 2개의 수광소자는 각각 별도로 제작된 것이 사용됨에 따라 그 성능 차이가 발생하여 균형 광 검출기의 전체 성능이 떨어지는 문제점이 있었다.

이를 해결하기 위해, 본 발명에서는 수광소자인 4개의 포토다이오드(131, 132, 133, 134)가 하나의 웨이퍼 칩 내에 집적화 방식으로 구현되는 것이 바람직하다. 물론, 4개의 포토다이오드(131, 132, 133, 134)는 그 구동회로와 함께 집적화될 수 있다. 이와 같이 4개의 포토다이오드(131, 132, 133, 134)들이 하나의 웨이퍼 칩으로 집적화됨에 따라, 이들 포토다이오드(131, 132, 133, 134) 간의 성능 차이가 줄어들면서 우수한 공통 모드 제거비(Common-Mode Rejection Ratio, CMRR)의 달성이 가능하며, 이에 따라 광신호에 대한 노이즈를 감소시켜 전체 균형 광 검출기(100)의 전체 성능을 향상시킬 수 있다.

증폭부(140)는 각 포토다이오드(131, 132, 133, 134)의 출력 신호에 대한 증폭 및 노이즈 제거의 기능을 수행한다. 이를 위해, 증폭부(140)는 각 포토다이오드(131, 132, 133, 134)에 하나씩 대응 연결되는 트랜스 임피던스 증폭기(trans-impedance amplifier)(141, 142, 143, 143)를 포함할 수 있다.

즉, 트랜스 임피던스 증폭기(141, 142, 143, 144)는 포토다이오드(131, 132, 133, 134)에서 발생된 전기적 신호를 증폭하면서 노이즈를 감소시키는 작용(이하, “제1 작용”이라 지칭함)을 한다. 이때, 트랜스 임피던스 증폭기(141, 142, 143, 144)는 저잡음 특성과 신호 증폭 특성을 동시에 만족해야 하고, 이후 회로에서의 전기적 신호에 대한 특성을 결정한다. 이때, 트랜스 임피던스 증폭기(141, 142, 143, 144)는 각 포토다이오드(131, 132, 133, 134)에 대응하여 연결되도록 포토다이오드(131, 132, 133, 134)의 개수만큼 마련될 수 있다.

트랜스 임피던스 증폭기(141, 142, 143, 144)는 각 포토다이오드(131, 132, 133, 134)의 출력 신호가 전달되는 선로들이 입력에 하나씩 연결되며, 입력되는 신호를 증폭하면서 노이즈를 제거한다.

즉, 제1 트랜스 임피던스 증폭기(141A)에는 제1 변환부(130A)의 제1 포토다이오드(131A)의 출력 신호가 전달되어 제1 작용이 발생하고, 제2 트랜스 임피던스 증폭기(142A)에는 제1 변환부(130A)의 제2 포토다이오드(132A)의 출력 신호가 전달되어 제1 작용이 발생한다. 또한, 제3 트랜스 임피던스 증폭기(143A)에는 제1 변환부(130A)의 제3 포토다이오드(133A)의 출력 신호가 전달되어 제1 작용이 발생하고, 제4 트랜스 임피던스 증폭기(144A)에는 제1 변환부(130A)의 제4 포토다이오드(134A)의 출력 신호가 전달되어 제1 작용이 발생한다.

마찬가지로, 제5 트랜스 임피던스 증폭기(141B)에는 제2 변환부(130B)의 제1 포토다이오드(131B)의 출력 신호가 전달되어 제1 작용이 발생하고, 제6 트랜스 임피던스 증폭기(142B)에는 제2 변환부(130B)의 제2 포토다이오드(132B)의 출력 신호가 전달되어 제1 작용이 발생한다. 또한, 제7 트랜스 임피던스 증폭기(143B)에는 제2 변환부(130B)의 제3 포토다이오드(133B)의 출력 신호가 전달되어 제1 작용이 발생하고, 제8 트랜스 임피던스 증폭기(144B)에는 제2 변환부(130B)의 제4 포토다이오드(134B)의 출력 신호가 전달되어 제1 작용이 발생한다.

일례로, 각 트랜스 임피던스 증폭기(141, 142, 143, 144)는 반전 입력에 각 포토다이오드(131, 132, 133, 134)의 출력 신호가 입력될 수 있고, 비반전 입력은 접지에 연결될 수 있다. 또한, 각 트랜스 임피던스 증폭기(141, 142, 143, 144)는 출력과 반전 입력의 사이에 피드백 저항이 연결될 수 있으며, 이러한 피드백 저항에 추가적으로 커패시터가 연결될 수도 있다. 물론, 필요에 따라, 각 포토다이오드(131, 132, 133, 134)의 출력 신호의 선로와 각 트랜스 임피던스 증폭기(141, 142, 143, 144)의 반전 입력의 사이에는 저항 등의 다른 추가적인 소자가 연결될 수도 있다.

또한, 증폭부(140)는 각 트랜스 임피던스 증폭기(141, 142, 143, 144)의 출력 신호에 대해 추가적인 증폭을 수행하는 다른 증폭기가 더 구비될 수도 있다. 일례로, 트랜스 임피던스 증폭기(141, 142, 143, 144) 중에 2개씩 각 출력 신호가 합쳐지면서 비반전 증폭기, 반전 증폭기 또는 차동 증폭기로 전달될 수도 있다. 이 경우, 합쳐진 신호는 해당 증폭기를 통해 비반전 증폭, 반전 증폭 또는 차동 증폭될 수 있다.

특히, 증폭부(140)는 각 편광 특성(편광 상태)를 나타내는 신호, 즉 필터부(120)의 4개 영역에 따른 4개 편광 특성을 각각 나타내는 4개 신호를 출력할 수 있다. 일례로, 증폭부(140)는 각 채널 그룹에서 동일 편광 특성을 가지는 신호들을 하나의 신호로 처리하여 출력할 수 있다. 이를 위해, 각 채널 그룹에서 동일 편광 특성을 가지는 신호끼리 트랜스 임피던스 증폭기로 입사될 수 있다.

처리부(150)는 증폭부(140)에서 출력되는 신호를 처리하는 구성이다. 즉, 처리부(150)는 증폭부(140)와 전기적으로 연결되며, 증폭부(140)의 출력 신호를 처리하여, 광섬유 커넥터(110)를 통해 입사된 광신호에 대한 편광 상태 및 신호 세기를 측정하기 위한 회로를 포함할 수 있다. 즉, 처리부(150)는 증폭부(140)에서 출력되는 신호(즉, 4개 편광 특성을 각각 나타내는 4개 신호)를 처리하여 각 신호에 따른 편광 상태 및 신호 세기를 측정할 수 있다. 일례로, 처리부(150)는 증폭부(140)의 출력 신호를 기반으로 입사된 광신호에 대한 편광 상태 및 신호 세기의 측정을 수행하는 프로세서를 포함할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 균형 광 검출기(200)에 대하여 설명하도록 한다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 균형 광 검출기(200)의 대략적인 블록 구성도를 나타내며,

본 발명의 제2 실시예에 따른 균형 광 검출기(balanced photodetector)(200)는 자유공간 광학계에 적용되는 유형으로서, 광신호에 대한 신호 세기 외에 편광 상태까지 측정 가능한 광 검출기이다. 이러한 균형 광 검출기(200)는 성능 향상을 위한 배열 및 구조를 포함하며, 도 5에 도시된 바와 같이, 빔 스플리터(beam splitter)(210), 제1 채널 그룹(201), 제2 채널 그룹(202), 증폭부(240) 및 처리부(250)를 포함한다.

빔 스플리터(210)는 입사되는 하나의 광신호를 복수개의 광신호로 분리하여 출사하는 구성이다. 일례로, 빔 스플리터(210)는 입사되는 광신호에 대해 50:50의 비율로 분리된 제1 및 제2 광신호를 출사할 수 있다.

다수의 채널 그룹(201, 202)은 빔 스플리터(210)에서 분리된 광신호를 하나씩 처리하는 구성이다. 일례로, 제1 채널 그룹(201)은 제1 광신호를 처리하며, 제2 채널 그룹(202)은 제2 광신호를 처리할 수 있다.

이때, 각 채널 그룹(201, 202)은 필터부(220) 및 변환부(230)를 포함한다. 일례로, 제1 채널 그룹(201)은 제2 필터부(220A) 및 제2 변환부(230A)를 포함하며, 제2 채널 그룹(202)은 제2 필터부(220B) 및 제2 변환부(230B)를 포함한다. 또한, 증폭부(240) 및 처리부(250)는 각 채널 그룹(201, 202)에서 처리되어 출력된 신호에 대한 작용(처리)을 수행할 수 있다. 이하, 하나의 채널 그룹을 중심으로, 광신호를 처리하는 구체적인 구성 및 과정에 대해서 설명하도록 한다. 이러한 설명은 다른 채널 그룹에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 균형 광 검출기(200)에서 빔 스플리터(210), 각 필터부(220A, 220B) 및 각 변환부(230A, 230B)의 개념도를 나타낸다. 다만, 도 6에서, 굵은 화살표는 대략적인 광신호의 흐름을 나타낸다.

필터부(220)는 편광 필터(221, 222, 223, 224)를 포함하여 광신호에 대해 편광 특성을 부여하는 구성이며, 이러한 필터부(220)를 통해 광신호에 대한 편광 특성 측정이 가능하다. 이를 위해, 필터부(220)는 빔 스플리터(210)에서 분리된 하나의 광신호를 4개 영역에서 나눠 수신한다.

다만, 이러한 필터부(220) 및 편광 필터(221, 222, 223, 224)의 구성 및 작용은 제1 실시예에서 필터부(120) 및 편광 필터(121, 122, 123, 124)의 구성 및 작용과 대응하므로, 이하 그 상세한 설명은 생략하도록 한다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 균형 광 검출기(200)에서 각 변환부(230A, 230B) 및 증폭부(240)의 대략적인 블록 구성도를 나타내며, 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 균형 광 검출기(200)에서 어느 하나의 변환부(230) 및 증폭부(240)의 대략적인 회로도를 나타낸다.

변환부(230)는 수광소자를 통해 광신호를 수신하여 전기 신호로 변환하는 부분이다. 이에 따라, 변환부(230)는 하나의 쌍으로 구현된 4개의 포토다이오드(photodiode)(231, 232, 233, 234)를 포함한다. 즉, 각 포토다이오드(231, 232, 233, 234)는 광신호를 전기 신호로 변환하여 출력한다.

다만, 이러한 변환부(230) 및 포토다이오드(231, 232, 233, 234)의 구성 및 작용은 제1 실시예에서 변환부(130) 및 포토다이오드(131, 132, 133, 134)의 구성 및 작용과 대응하므로, 이하 그 상세한 설명은 생략하도록 한다.

증폭부(240)는 각 포토다이오드(231, 232, 233, 234)의 출력 신호에 대한 증폭 및 노이즈 제거의 기능을 수행한다. 이를 위해, 증폭부(240)는 각 포토다이오드(231, 232, 233, 234)에 하나씩 대응 연결되는 트랜스 임피던스 증폭기(trans-impedance amplifier)(241, 242, 243, 243)를 포함할 수 있다. 즉, 트랜스 임피던스 증폭기(241, 242, 243, 243)는 제1 및 제2 채널 그룹(201, 202)의 출력 신호가 전달되는 선로에 연결되어 입력되는 신호를 증폭하면서 노이즈를 제거할 수 있다.

다만, 이러한 증폭부(240)의 구성 및 작용은 제1 실시예에서 증폭부(140)의 구성 및 작용과 대응하므로, 이하 그 상세한 설명은 생략하도록 한다.

처리부(250)는 증폭부(240)에서 출력되는 신호를 처리하는 구성이다. 즉, 처리부(250)는 증폭부(240)와 전기적으로 연결되며, 증폭부(240)의 출력 신호를 처리하여, 빔 스플리터(210)를 통해 분리된 제1 및 제2 광신호에 대한 편광 상태 및 신호 세기를 측정하기 위한 회로를 포함할 수 있다. 즉, 처리부(150)는 증폭부(140)에서 출력되는 신호(즉, 4개 편광 특성을 각각 나타내는 4개 신호)를 처리하여 각 신호에 따른 편광 상태 및 신호 세기를 측정할 수 있다.

일례로, 처리부(250)는 증폭부(240)의 출력 신호를 기반으로 입사된 광신호에 대한 편광 상태 및 신호 세기의 측정을 수행하는 프로세서를 포함할 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다(1)의 구성도를 나타낸다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다(1)는 레이저 광을 이용하여 오브젝트(OB)에 대한 정보를 생성할 수 있는 센서 장치이다. 일례로, 라이다(1)는 구동식 또는 비구동식으로 구현될 수 있다. 구동식의 경우, 모터에 의해 회전되며, 주변의 오브젝트(OB)를 검출할 수 있다. 비구동식인 경우, 광 스티어링에 의해 소정 범위 내에 위치하는 오브젝트(OB)를 검출할 수 있다.

또한, 라이다(1)는 레이저 광을 매개로 TOF(Time of Flight) 방식 또는 phase-shift 방식 등에 기초하여, 오브젝트(OB)를 검출하고, 검출된 오브젝트(OB)의 위치, 검출된 오브젝트(OB)와의 거리, 상대 속도 등을 검출할 수 있다. 일례로, 라이다(1)는 전방, 후방 또는 측방에 위치하는 오브젝트(OB)를 감지하기 위해 차량 등의 적절한 위치에 배치될 수 있다. 이 경우, 차량은 자율 주행 차량(Autonomous Vehicle)이거나 차량 운전자 보조 시스템(Advanced Driver Assistance System; ADAS) 등을 구비할 수 있으며, 라이다(1)에서 검출된 정보를 이용하여 자율 주행 동작 또는 차량 운전자 보조 동작 등을 수행할 수 있다.

구체적으로, 라이다(1)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 송신기(10), 수신기(20) 및 신호 처리부(30)를 포함할 수 있다.

송신기(10)는 FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave) 등의 레이저 광을 발생시켜 오브젝트(OB)로 송출하는 구성이다. 이때, 송신기(10)는 레이저 광을 발생시키는 광원부와, 광원부로부터 입사되는 레이저 광의 경로를 조절하는 광학계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학계는 각종 렌즈, 거울, 또는 스캐너 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

즉, 광원부는 동일한 파장 또는 서로 다른 파장의 레이저 광들을 발생시킬 수 있다. 일례로, 광원부는 다양한 파장 영역에서 특정 파장을 가지거나 파장 가변이 가능한 레이저 광을 발생시킬 수 있으며, 소형, 저전력이 가능한 반도체 레이저 다이오드를 통해 해당 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

수신기(20)는 오브젝트(OB)로부터 반사된 광을 수신하는 구성이다 일례로, 수신기(20)는 포토다이오드(photodiode) 등과 같은 광전 변환 소자를 이용하여 오브젝트(OB)로부터 반사 수신된 광을 전기적인 신호(전류 등)로 변환할 수 있다. 이때, 수신기(20)의 측정 각도를 FOV(Field Of View)라 지칭할 수 있다. 또한, 수신기(20)는 반사 수신된 광의 경로를 조절하는 광학계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학계는 각종 렌즈, 또는 거울 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

신호 처리부(30)는 송신기(10) 및 수신기(20)의 광에 대한 신호를 처리하는 구성이다. 즉, 신호 처리부(30)는 송신기(10) 및 수신기(20)와 전기적으로 연결되어, 수신되는 신호를 처리하고, 처리된 신호에 기초하여 오브젝트(OB)에 대한 데이터를 생성하는 프로세서를 포함할 수 있다. 이때, 신호 처리부(30)는 해당 광에 따른 데이터 수집하여 처리함으로써 오브젝트(OB)의 이격 거리 등을 계산할 수 있다.

일례로, 신호 처리부(30)는 변화된 데이터를 time-of-flight(TOF) 방식, phase-shift 방식 등을 이용하여 신호 처리를 수행하여 오브젝트(OB)의 거리, 형상, 등을 검출할 수 있다.

이때, TOF 방식은 송신기(10)로부터 레이저 펄스 신호가 방출된 후, 탐지 범위 내에 있는 오브젝트(OB)로부터 반사된 펄스 신호가 수신기(20)에 도착하는 시간을 측정함으로써 오브젝트(OB)와의 이격 거리를 측정하는 방식이다. 또한, Phase-shift 방식은 송신기(10)에서 특정 주파수를 가지고 연속적으로 변조되는 레이저 빔을 방출한 후, 탐지 범위 내에 있는 오브젝트(OB)로부터 반사되어 되돌아오는 신호의 위상 변화량을 측정함으로써 해당 시간 및 이격 거리를 계산하는 방식이다.

특히, 도 1 내지 도 8에 따라 상술한 균형 광 검출기(100, 200)는 라이다(1)의 수신기(20)에 포함될 수 있다. 즉, 수신기(20)는 오브젝트(OB)로부터 반사된 광신호를 수신하여 감지하는 3D 센서 또는 4D 센서를 포함할 수 있다. 이러한 3D 센서 또는 4D 센서는 다수의 셀을 포함하고, 이때 각 셀은 균형 광 검출기(100)를 이용하여 구현될 수 있다.

상술한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따른 균형 광 검출기는 광신호에 대한 신호 세기 외에 편광 상태까지 실시간으로 측정 가능한 이점이 있다. 즉, 본 발명은 편광 필터가 적용된 광신호 검출 구조를 통해 실시간으로 신호 세기와 편광 상태를 함께 측정할 수 있다.

또한, 본 발명은 광섬유 광학계 유형과 자유공간 광학계 유형을 통해 대부분의 광학계에 적용 가능하며, 광신호 처리 성능 향상을 위한 배열 및 구조를 가지는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 송수신 이미지 간의 차이를 줄여 FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave) 방식의 3D 센서 주파수 수신용 어레이(array) 등에 적용 가능하며, 4개의 포토다이오드가 하나의 웨이퍼 칩으로 집적화됨에 수신 신호에 대한 뛰어난 정확도와 깊이 분해능을 구현할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 4개의 포토다이오드를 2X2 어레이 구조를 가짐에 따라, 광학 센서에 적용 시 균일한 센싱이 가능하며, 라이다의 3D 센서 또는 4D 센서에 적용 가능한 어레이 구조를 가지는 이점이 있다. 즉, 본 발명은 4개의 포토다이오드를 하나의 쌍으로 구동회로와 집적화한 균형 광 검출기를 구현함으로써 이를 광학 센서에 적용될 경우 기존 균형 광 검출기 보다 뛰어난 성능 및 기능을 발휘할 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술되는 청구범위 및 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

1: 라이다 10: 송신기
20: 수신기 30: 신호처리부
100: 균형 광 검출기 110: 광섬유 커넥터
120: 필터부 121, 122, 123, 124: 편광 필터
130: 변환부 131, 132, 133, 134: 포토다이오드
140: 증폭부 141, 142, 143, 144: 트랜스 임피던스 증폭기
150: 처리부

Claims

광신호가 전달되는 광섬유에 결합되기 위한 광섬유 커넥터;
상기 광섬유 커넥터를 통과한 광신호를 4개 영역에서 나눠 수신하며, 상기 4개 영역에 편광 필터가 하나씩 구비된 필터부;
상기 4개 영역에 대응하도록 4개의 포토다이오드가 하나의 쌍으로 구현되며, 상기 각 포토다이오드가 상기 4개 영역의 각 편광 필터를 통과한 편광 특성의 광 신호를 수신하여 전기 신호로 변환하여 출력하는 변환부;
상기 각 포토다이오드의 출력 신호가 전달되는 선로에 연결되어 입력되는 신호를 증폭하면서 노이즈를 제거하는 트랜스 임피던스 증폭기를 구비한 증폭부; 및
상기 증폭부에서 출력되는 신호를 처리하여 상기 광신호에 대한 편광 상태 및 신호 세기를 측정하는 처리부;
를 포함하는 균형 광 검출기.
제1항에 있어서,
상기 4개의 포토다이오드는 하나의 웨이퍼 칩 내에 집적화 방식으로 구현된 균형 광 검출기.
제1항에 있어서,
상기 4개의 포토다이오드는 2행 2열(2×2)의 어레이 구조를 가지는 균형 광 검출기.
제1항에 있어서,
상기 4개 영역에 하나씩 구비된 4개의 편광 필터는 동일한 광축 기준으로 서로 다른 편광 특성을 가지는 균형 광 검출기.
제4항에 있어서,
상기 4개의 편광 필터는 각각 동일한 광축 기준으로 서로 일정 편광 각도의 차이만큼 회전된 선형 편광 특성을 가지는 균형 광 검출기.
제4항에 있어서,
상기 4개의 편광 필터는 각각 동일한 광축 기준으로 0°, 45°, 90° 및 135°가 회전된 선형 편광 특성을 가지는 균형 광 검출기.
제1항에 있어서,
상기 광섬유 커넥터, 상기 필터부 및 상기 변환부를 포함하는 채널 그룹이 복수개가 구비되며,
상기 증폭부 및 상기 신호처리부는 상기 복수의 채널 그룹에 따른 각 광신호에 대해 작용하는 균형 광 검출기.
입사되는 하나의 광신호를 제1 및 제2 광신호로 분리하여 출사하는 빔 스플리터;
상기 제1 광신호를 처리하는 제1 채널 그룹;
상기 제2 광신호를 처리하는 제2 채널 그룹;
상기 제1 및 제2 채널 그룹의 출력 신호가 전달되는 선로에 연결되어 입력되는 신호를 증폭하면서 노이즈를 제거하는 트랜스 임피던스 증폭기를 구비한 증폭부; 및
상기 증폭부에서 출력되는 신호를 처리하여 상기 광신호에 대한 편광 상태 및 신호 세기를 측정하는 처리부;
를 포함하는 균형 광 검출기.
제8항에 있어서,
상기 제1 및 제2 채널 그룹은,
상기 빔 스플리터에서 분리된 하나의 광신호를 4개 영역에서 나눠 수신하며, 상기 4개 영역에 편광 필터가 하나씩 구비된 필터부; 및
상기 4개 영역에 대응하도록 4개의 포토다이오드가 하나의 쌍으로 구현되며, 상기 각 포토다이오드가 상기 4개 영역의 각 편광 필터를 통과한 편광 특성의 광 신호를 수신하여 전기 신호로 변환하여 출력하는 변환부;
를 각각 포함하는 균형 광 검출기.
FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave)의 광신호를 수신하는 다수의 셀을 포함하는 수신기로서,
상기 다수의 셀은 다수의 균형 광 검출기(balanced photodetector)를 이용하여 구현되며,
하나의 균형 광 검출기는,
광신호가 전달되는 광섬유에 결합되기 위한 광섬유 커넥터;
상기 광섬유 커넥터를 통과한 광신호를 4개 영역에서 나눠 수신하며, 상기 4개 영역에 편광 필터가 하나씩 구비된 필터부;
상기 4개 영역에 대응하도록 4개의 포토다이오드가 하나의 쌍으로 구현되며, 상기 각 포토다이오드가 상기 4개 영역의 각 편광 필터를 통과한 편광 특성의 광 신호를 수신하여 전기 신호로 변환하여 출력하는 변환부;
상기 각 포토다이오드의 출력 신호가 전달되는 선로에 연결되어 입력되는 신호를 증폭하면서 노이즈를 제거하는 트랜스 임피던스 증폭기를 구비한 증폭부; 및
상기 증폭부에서 출력되는 신호를 처리하여 상기 광신호에 대한 편광 상태 및 신호 세기를 측정하는 처리부;
를 포함하는 수신기.
FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave)의 광신호를 수신하는 다수의 셀을 포함하는 수신기로서,
상기 다수의 셀은 다수의 균형 광 검출기(balanced photodetector)를 이용하여 구현되며,
하나의 균형 광 검출기는,
입사되는 하나의 광신호를 제1 및 제2 광신호로 분리하여 출사하는 빔 스플리터;
상기 제1 광신호를 처리하는 제1 채널 그룹;
상기 제2 광신호를 처리하는 제2 채널 그룹;
상기 제1 및 제2 채널 그룹의 출력 신호가 전달되는 선로에 연결되어 입력되는 신호를 증폭하면서 노이즈를 제거하는 트랜스 임피던스 증폭기를 구비한 증폭부; 및
상기 증폭부에서 출력되는 신호를 처리하여 상기 광신호에 대한 편광 상태 및 신호 세기를 측정하는 처리부;
를 포함하는 수신기.
제11항에 있어서,
상기 제1 및 제2 채널 그룹은,
상기 빔 스플리터에서 분리된 하나의 광신호를 4개 영역에서 나눠 수신하며, 상기 4개 영역에 편광 필터가 하나씩 구비된 필터부; 및
상기 4개 영역에 대응하도록 4개의 포토다이오드가 하나의 쌍으로 구현되며, 상기 각 포토다이오드가 상기 4개 영역의 각 편광 필터를 통과한 편광 특성의 광 신호를 수신하여 전기 신호로 변환하여 출력하는 변환부;
를 각각 포함하는 균형 광 검출기.
제10항 또는 제11항에 있어서,
라이다(LiDAR)의 용도로 사용되는 수신기.
제10항 또는 제11항에 있어서,
상기 다수의 셀은 상기 라이다의 3D 센서 또는 4D 센서를 구현하는 수신기.
제10항 또는 제12항에 있어서,
상기 4개의 포토다이오드는 2행 2열(2×2)의 어레이 구조를 가지며, 하나의 웨이퍼 칩 내에 집적화 방식으로 구현된 수신기.
제10항 또는 제12항에 있어서,
상기 4개 영역에 하나씩 구비된 4개의 편광 필터는 동일한 광축 기준으로 서로 다른 편광 특성을 가지는 균형 광 검출기.