KR20230107071A - 거리 정보 획득 장치 및 이를 포함하는 전자 장치 - Google Patents

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김선일
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정병길
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Abstract

거리 정보 획득 장치 및 이를 포함하는 전자 장치가 개시된다. 개시된 거리 정보 획득 장치는, 서로 다른 파장의 광을 출사하는 복수의 광원, 복수의 광원으로부터 입사각을 가지고 입사되는 광의 진행 방향을 스티어링하는 빔 스티어링 소자, 빔 스티어링 소자에 의해 스티어링되고 객체에서 반사된 광을 감지하는 복수의 광검출기, 광의 진행 방향을 스티어링하여 거리 정보를 획득하도록 빔 스티어링 소자를 제어하는 제어부를 포함한다. 빔 스티어링 소자는, 복수의 나노 안테나를 포함하고, 겉보기 격자를 형성하며, 겉보기 격자의 변위에 의해 위상을 변조한다.

Description

거리 정보 획득 장치 및 이를 포함하는 전자 장치{Distance information acquisition system and electronic apparatus including the same}
거리 정보 획득 장치 및 이를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
조사된 광을 반사 또는 투과시킬 때 광변조 소자의 반사 위상 또는 투과 위상을 픽셀 또는 채널별로 서로 상이한 위상분포를 갖도록 조절함으로써, 기계적으로 움직이지 않는 방식 즉, 비-기계식 방식으로 빔 스캔이 이루어질 수 있다.
광변조 소자는 전기적으로 위상을 변조하기 위해 공진이 일어나는 구조로 형성되며, 이러한 광변조 소자로 비-기계식 빔 스티어링을 위해 공진 파장 근처의 파장을 갖는 외부 광원을 이용한다. 공진 현상은 특정 파장 대역에서만 일어나며, 외부 자극에 의해서 투과파나 반사파의 위상이 변조되는 구간 역시 특정 파장 대역에서만 일어나게 된다. 광변조 소자의 위상 변조가 가능한 파장 대역 구간이 좁기 때문에, 하나의 광변조 소자에 대해서 하나의 파장으로만 빔 스캔이 가능하다. 고위상 변조 가능 파장 대역을 제외한 다른 파장의 광파는 빔 스티어링이 잘 일어나지 않기 때문에 효율이 떨어진다.
복수개의 파장에 대해 각 파장별로 다른 미세한 각도로 빔 스티어링이 이루어져, 향상된 해상도를 가지는 거리 정보 획득 장치 및 이를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
일 유형에 따른 거리 정보 획득 장치는, 서로 다른 파장의 광을 출사하는 복수의 광원; 복수의 나노 안테나를 포함하고, 겉보기 격자를 형성하며, 겉보기 격자의 변위에 의해 위상을 변조하여, 상기 복수의 광원으로부터 입사각을 가지고 입사되는 광의 진행 방향을 스티어링하는 빔 스티어링 소자; 상기 복수의 광원에 대응되게 마련되고, 상기 빔 스티어링 소자에 의해 스티어링되고 객체에서 반사된 광을 감지하는 복수의 광검출기; 광의 진행 방향을 스티어링하여 거리 정보를 획득하도록 상기 빔 스티어링 소자를 제어하는 제어부;를 포함한다.
상기 복수의 광원 중 적어도 두개의 광원은 출사된 광을 상기 빔 스티어링 소자에 동일 입사각으로 입사시키도록 배치될 수 있다.
상기 복수의 광원 중 적어도 두개의 광원은 출사된 광을 상기 빔 스티어링 소자에 서로 다른 입사각으로 입사시키도록 배치될 수 있다.
상기 복수의 광검출기 각각의 앞단에, 상기 복수의 광원 중 대응하는 광원의 출사 광 파장 대역을 통과시키는 밴드 패스 필터;를 더 포함할 수 있다.
상기 빔 스티어링 소자는, 입사광의 파장에 따라 서로 다른 빔 스티어링 각도를 가지도록 마련될 수 있다.
상기 빔 스티어링 소자는, 반사층, 제어 신호에 따라 광학적 물성이 변화되는 활성층, 적어도 하나의 절연층;을 더 포함하며, 상기 나노 안테나 및 반사층 중 적어도 하나에 인가되는 전압에 따라 상기 나노 안테나에 대응되게 상기 활성층에 전하축적영역 또는 전하공핍영역을 형성하여 겉보기 격자를 형성할 수 있다.
상기 빔 스티어링 소자에 의해 스티어링되는 광은, 1차 회절광일 수 있다.
상기 나노 안테나는 금속 나노 안테나일 수 있다.
상기 광원에서 출사되어 상기 빔 스티어링 소자로 입사되는 광의 입사 각도와 상기 빔 스티어링 소자로부터 출사되는 1차 회절광의 출사 각도를 각각 θinc, θ1st이라 하고, 입사광의 파장을 λ0, 복수의 나노 안테나를 포함하는 하나의 안테나 그룹의 주기에 해당하는 상기 겉보기 격자의 1차 주기를 ΛSC,1라 할 때,
Figure pat00001
을 만족할 수 있다.
상기 광원에서 출사되어 상기 빔 스티어링 소자로 입사되는 광의 입사 각도와 상기 빔 스티어링 소자로부터 출사되는 1차 회절광의 출사 각도를 각각 θinc, θ1st이라 하고, 입사광의 파장을 λ0, 복수의 나노 안테나를 포함하는 하나의 안테나 그룹의 주기에 해당하는 상기 겉보기 격자의 1차 주기와 겉보기 변위가 서로 다른 복수의 픽셀의 주기를 합한 주기에 해당하는 상기 겉보기 격자의 2차 주기를 각각 ΛSC,1, ΛSC,2 라 할 때,
Figure pat00002
을 만족할 수 있다.
상기 빔 스티어링 소자는, 복수의 픽셀을 구비하며, 상기 복수의 픽셀 각각은 복수의 나노 안테나를 구비할 수 있다.
상기 복수의 픽셀 각각은 하나 이상의 안테나 그룹을 포함하며, 상기 안테나 그룹은 복수의 나노 안테나를 포함하며, 상기 겉보기 격자의 주기는 상기 안테나 그룹의 주기와 동일할 수 있다.
상기 복수의 픽셀 각각은 둘 이상의 안테나 그룹을 포함하며, 동일한 픽셀 내의 둘 이상의 안테나 그룹에는 동일한 패턴의 제어 신호가 인가될 수 있다.
상기 복수의 픽셀은 1차원 배열 구조나 2차원 배열 구조를 가질 수 있다.
상기 빔 스티어링 소자의 겉보기 격자 형성 및 변위 조정은, 전기적인 게이팅, 광 자극, 가열 화학반응, 자기장 및 기계적인 방법 중 어느 하나로 이루어지도록 마련될 수 있다.
상기 빔 스티어링 소자는, 극자외선, 가시광, 근적외선, 중적외선, 원적외선, THz, GHz, RF 영역에서 동작하도록 마련될 수 있다.
상기 복수의 광원은, 에지 발광 레이저, 수직 공동 면발광 레이저, 광결정 면발광 레이저, 레이저 다이오드 중 어느 하나 또는 그 조합을 포함할 수 있다.
상기 광검출기는, SiPM, APD, SPAD, 포토 디텍터(PD) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 유형에 따른 전자 장치는, 거리 센서, 3차원 센서, 라이다 센서 중 적어도 하나의 센서를 구비하며, 상기 센서로 상기한 거리 정보 획득 장치를 구비할 수 있다.
상기 센서는 모바일용 라이다 센서일 수 있다.
상기 전자 장치는, 모바일용 뎁스 카메라일 수 있다.
상기 전자 장치는, 상기 센서를 포함하는 모바일용 뎁스 카메라를 구비할 수 있다.
실시예에 따른 거리 정보 획득 장치 및 이를 포함하는 전자 장치에 따르면, 빔 스티어링 소자의 겉보기 격자의 변위에 의해 위상 변조를 수행하여 빔을 스티어링할 수 있으며, 아울러 복수의 광원에서 출사된 서로 다른 파장의 광을 서로 다른 각도로 스티어링할 수 있으므로, 복수 파장의 광 사용에 대응되게 각 파장별로 다른 미세한 각도로 빔 스티어링이 이루어질 수 있으며, 이에 따라 해상도가 향상될 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치를 개략적으로 보여준다.
도 2는 다른 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치를 개략적으로 보여준다.
도 3은 도 1의 거리 정보 획득 장치에 적용되는 빔 스티어링 소자를 개략적으로 보여주는 개념도이다.
도 4는 도 3의 빔 스티어링 소자에서의 주기적인 겉보기 격자의 제어 신호에 따른 변위를 예시적으로 보여준다.
도 5는 일 실시예에 따른 빔 스티어링 소자의 개략적인 구성도이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 빔 스티어링 소자의 개략적인 구성도이다.
도 7은 나노 안테나의 평면 형상의 예들을 보여준다.
도 8은 페브리-페롯 공진 구조를 갖는 나노 안테나의 다양한 실시예들을 보여준다.
도 9는 실시예에 따른 빔 스티어링 소자의 일 구현 예를 보여준다.
도 10 내지 도 12는 실시예에 따른 빔 스티어링 소자의 인가 전압에 따른 나노 안테나 반사율 스펙트럼, 겉보기 격자의 이산적인 변위에 따른 파장별 위상, 겉보기 격자의 이산적인 변위에 따른 1차 회절광의 입사광에 대한 세기를 시뮬레이션한 결과를 보여준다.
도 13a는 수학식 3을 이용하여, θ=6.95°인 경우에 대해, 위치 x 에 대한 위상 φ 의 변화율을 보여주는 그래프이다.
도 13b는 도 13a의 위상 φ 의 변화율을 보여주는 그래프에 대해 수학식 4에서와 같이 360°의 각도에 대해서 wrapping한 결과를 보인 그래프이다.
도 14a는 각 픽셀이 주기적으로 반복되도록 빔 스티어링 소자의 겉보기 격자를 형성한 예를 보여준다.
도 14b는 두개의 픽셀이 0도와 180도의 겉보기 변위를 가져, 두개의 픽셀 주기로 빔 스티어링 소자의 겉보기 격자를 형성한 예를 보여준다.
도 15a는 도 14a의 빔 스티어링 소자의 나노 안테나에 수직한 방향의 전기장을 가진 광파가 60도 각도로 입사하는 경우, 전체 필드 시뮬레이션(full field simulation) 결과를 보여준다.
도 15b는 도 14b의 빔 스티어링 소자의 나노 안테나에 수직한 방향의 전기장을 가진 광파가 60도 각도로 입사하는 경우, 전체 필드 시뮬레이션(full field simulation) 결과를 보여준다.
도 16은 수학식 7에서 ΛSC,2 부분이 330 nm × 4 × 2 × N (N은 2 이상 자연수)인 경우에 대한 빔 스티어링 각도를 나타낸다.
도 17은 복수의 픽셀이 2차원적으로 배열된 구조의 일 예를 보여준다.
도 18a는 도 15a와 같이 소자가 AC-AC-DE-DE-AC-AC-DE-DE 픽셀(MP1)과 AC-AC-DE-DE-AC-AC-DE-DE 픽셀(MP2)이 반복되어 이루어 겉보기 변위가 0°로서 모두 같은 경우를 보여준다.
도 18b는 도 15b와 같이 픽셀(MP1)은 AC-AC-DE-DE-AC-AC-DE-DE 형태로 전압을 인가하고, 픽셀(MP2)는 DE-DE-AC-AC-DE-DE-AC-AC 형태로 전압을 인가하는 경우를 보여준다.
도 19은 수학식 7에서 ΛSC,2 부분이 330 nm × 4 × 2 × N, 여기서 N=2이상 자연수인 경우에 대해 1350 nm, 1400 nm, 1450 nm, 1500 nm, 1550 nm, 1600 nm의 파장에 대한 빔 스티어링 각도를 나타낸다.
도 20은 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치를 모바일 기기에 적용한 경우를 보여주는 개념도이다.
도 21 및 도 22은 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치를 차량에 적용한 경우를 보여주는 개념도이다.
도 23 및 도 24는 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치를 적용한 빔 스티어링 장치를 개략적으로 보여준다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 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 위, 아래, 좌, 우에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위, 아래, 좌, 우에 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, 이러한 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있으며, 반드시 기재된 순서에 한정되는 것은 아니다.
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.
도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다.
모든 예들 또는 예시적인 용어의 사용은 단순히 기술적 사상을 상세히 설명하기 위한 것으로서 청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 이러한 예들 또는 예시적인 용어로 인해 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치(1)를 개략적으로 보여준다. 도 2는 다른 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치(1)를 개략적으로 보여준다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치(1)는, 서로 다른 파장의 광을 출사하는 복수의 광원(21a,21b,21c), 복수의 광원(21a,21b,21c)으로부터 입사각을 가지고 입사되는 광의 진행 방향을 스티어링하는 빔 스티어링 소자(100), 빔 스티어링 소자(100)에 의해 스티어링되고 객체(Object)에서 반사된 광을 감지하는 복수의 광검출기(51,53,55), 및 빔 스티어링 소자(100)를 제어하는 제어부(70)를 포함한다.
실시예에 따른 거리 정보 획득 장치(1)에 따르면, 서로 다른 파장의 광을 출사하는 복수의 광원(21a,21b,21c) 중 적어도 두개의 광원이, 도 1에서와 같이 출사된 광을 빔 스티어링 소자(100)에 동일 입사각으로 입사시키도록 배치될 수 있다. 또한, 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치(1)에 따르면, 서로 다른 파장의 광을 출사하는 복수의 광원(21a,21b,21c) 중 적어도 두개의 광원은, 도 2에서와 같이 출사된 광을 빔 스티어링 소자(100)에 서로 다른 입사각으로 입사시키도록 배치될 수 있다.
복수의 광원(21a,21b,21c) 예를 들어, 제1 내지 제3광원(21a)(21b)(21c)은 서로 다른 파장의 제1광, 제2광, 및 제3광을 출사한다. 도 1 및 도 2에서는 제1 내지 제3광원(21a)(21b)(21c)을 구비하는 예를 보여주는데, 광원의 수 및 출사 광 파장 범위는 달라질 수 있다. 여기서는 제1 내지 제3광원(21a)(21b)(21c)을 구비하는 경우를 예를 들어 설명한다.
복수의 광원(21a,21b,21c) 중 적어도 두개의 광원은 도 1에서와 같이, 출사된 광을 빔 스티어링 소자(100)에 동일 입사각으로 입사시키도록 배치될 수 있다. 도 1에서는 복수의 광원(21a,21b,21c) 모두 예컨대, 제1 내지 제3광원(21a)(21b)(21c)이 출사된 광을 빔 스티어링 소자(100)에 동일 입사각으로 입사시키도록 배치된 예를 보여주는데, 이는 예시적으로 보인 것일 뿐, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 따른 거리 정보 획득 장치(1)는, 복수의 광원(21a,21b,21c)으로부터 출사된 서로 다른 파장의 광 예컨대, 제1 내지 제3광원(21a)(21b)(21c)으로부터 출사된 서로 다른 파장의 제1 내지 제3광의 광경로를 결합하여, 동일 경로로 빔 스티어링 소자(100)로 입사시키도록, 광경로 결합부를 더 포함할 수 있다. 복수의 광원(21a,21b,21c) 및 광경로 결합부 등은 송광부(20)를 구성할 수 있다.
도 1에서는 광경로 결합부가 투과/반사면이 서로 평행한 제1 내지 제3빔 분할기(23a)(23b)(23c)를 포함하는 예를 보여주는데, 광경로 결합부는 다른 형태로 마련될 수도 있다. 예를 들어, 제1광원(21a)에서 출사된 제1광은 제1빔 분할기(23a)에서 반사되어 빔 스티어링 소자(100)로 진행할 수 있다. 제2광원(21b)에서 출사된 제2광은 제2빔 분할기(23b)에서 반사되고 제1빔 분할기(23a)를 투과하여 빔 스티어링 소자(100)로 진행할 수 있다. 제3광원(21c)에서 출사된 제3광은 제3빔 분할기(23c)에서 반사되고, 제2빔 분할기(23b) 및 제1빔 분할기(23a)를 투과하여 빔 스티어링 소자(100)로 진행할 수 있다. 제1 내지 제3광원(21a)(21b)(21c)에서 출사되고, 광경로 결합부에 의해 결합되는 제1 내지 제3광은 동일 광경로로 진행하여 입사각을 가지고 빔 스티어링 소자(100)로 입사될 수 있다.
이와 같이, 복수의 광원(21a,21b,21c) 중 적어도 두개의 광원 예컨대, 제1 내지 제3광원(21a)(21b)(21c)은 출사된 제1 내지 제3광을 빔 스티어링 소자(100)에 동일 입사각으로 입사시키도록 배치될 수 있으며, 제1 내지 제3광의 경로를 결합하기 위하여 광경로 결합부를 더 포함할 수 있다.
한편, 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치(1)에 따르면, 서로 다른 파장의 광을 출사하는 복수의 광원(21a,21b,21c) 중 적어도 두개의 광원은, 도 2에서와 같이 출사된 광을 빔 스티어링 소자(100)에 서로 다른 입사각으로 입사시키도록 배치될 수 있다. 도 2의 경우, 송광부(20')는 광경로 결합부 없이, 복수의 광원(21a,21b,21c) 등으로 구성될 수 있다.
도 2에서는 복수의 광원(21a,21b,21c) 모두 예컨대, 제1 내지 제3광원(21a)(21b)(21c)이 출사된 제1 내지 제3광을 빔 스티어링 소자(100)에 서로 다른 입사각으로 입사시키도록 배치된 예를 보여주는데, 이는 예시적으로 보인 것일 뿐, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 도 2에서는 제1 내지 제3광원(21a)(21b)(21c)에서 출사되고 빔 스티어링 소자(100)로 진행하는 제1 내지 제3광이 빔 스티어링 소자(100)의 서로 다른 위치에 입사하는 것으로 도시되어 있는데, 이는 제1 내지 제3광의 경로를 각각 표시하기 위한 것일 뿐, 제1 내지 제3광이 빔 스티어링 소자(100)의 서로 다른 위치에 입사하는 것을 한정하는 것은 아니다. 제1 내지 제3광원(21a)(21b)(21c)에서 출사된 제1 내지 제3광은 서로 다른 입사각을 빔 스티어링 소자(100) 상의 동일 위치에 입사되거나 다른 위치에 입사될 수 있다.
이와 같이, 복수의 광원(21a,21b,21c) 중 적어도 두개의 광원 예컨대, 제1 내지 제3광원(21a)(21b)(21c)은 출사된 제1 내지 제3광을 빔 스티어링 소자(100)에 서로 다른 입사각으로 입사시키도록 배치될 수 있다.
제1 내지 제3광원(21a)(21b)(21c)은 예를 들어, 가시광선 또는 약 800 nm 내지 약 1700 nm 대역의 근적외선 범위에서 서로 다른 파장의 제1 내지 제3광을 방출하도록 마련될 수 있다. 제1 내지 제3광원(21a)(21b)(21c)으로 반도체 레이저를 구비할 수 있다. 제1 내지 제3광원(21a)(21b)(21c)으로 적용되는 반도체 레이저는 예를 들어, 에지 발광 레이저(EEL: edge emitting laser), 수직 공동 면발광 레이저 (VCSEL: vertical cavity surface emitting laser), 광결정 면발광 레이저 (PCSEL: photonic crystal surface emitting laser), 레이저 다이오드(LD) 중 어느 하나 또는 그 조합을 포함할 수 있다.
한편, 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치(1)는, 제1 내지 제3광원(21a)(21b)(21c)에서 출사된 제1 내지 제3광의 경로 상에, 제1 내지 제3광을 콜리메이팅하기 위한 콜리메이팅 렌즈나, 빔 스티어링 소자(100) 상에 포커싱하기 위한 집속 렌즈 등을 더 구비할 수 있다.
빔 스티어링 소자(100)는, 복수의 나노 안테나(NA)를 포함하고, 겉보기 격자(effective grating, 도 4의 MG)를 형성하며, 겉보기 격자(MG)의 변위에 의해 위상을 변조하여, 복수의 광원(21a,21b,21c)으로부터 입사각을 가지고 입사되는 광의 진행 방향을 스티어링하도록 마련된다. 빔 스티어링 소자(100)는, 입사광의 파장에 따라 서로 다른 빔 스티어링 각도를 가지도록 마련될 수 있다.
예를 들어, 빔 스티어링 소자(100)는 후술하는 도 5 및 도 6에 예시적으로 보인 바와 같이, 반사층(211), 제어 신호에 따라 광학적 물성이 변화되는 활성층(212), 적어도 하나의 절연층(213,214), 복수의 나노 안테나(NA)를 포함하며, 나노 안테나(NA) 및 반사층(211) 중 적어도 하나에 인가되는 전압에 따라 나노 안테나(NA)에 대응되게 활성층(212)에 전하축적영역 또는 전하공핍영역을 형성하여 겉보기 격자(MG)를 형성할 수 있다. 제어부(70)에 의해, 빔 스티어링 소자(100)에 인가되는 전압을 제어하여, 겉보기 격자(MG)의 형성 및 겉보기 격자(MG)의 변위를 조정한다. 겉보기 격자(MG)의 변위에 의해 빔 스티어링 소자(100)에 입사된 광의 위상이 변조되며, 이에 따라 광의 진행 방향을 스티어링할 수 있다. 이러한 빔 스티어링 소자(100)에 의해 스티어링되는 광은 예를 들어, 1차 회절광일 수 있다.
도 3은 도 1의 거리 정보 획득 장치(1)에 적용되는 빔 스티어링 소자(100)를 개략적으로 보여주는 개념도이다. 도 4는 도 3의 빔 스티어링 소자(100)에서의 주기적인 겉보기 격자(MG)의 제어 신호에 따른 변위를 예시적으로 보여준다.
도 3 및 도 4 참조하면, 빔 스티어링 소자(100)는, 복수의 나노 안테나(NA)를 포함하고, 둘 이상의 나노 안테나(NA)에 대응되는 주기의 겉보기 격자(MG)를 형성하도록 마련되며, 제어부(70)의 제어 신호에 따라, 겉보기 격자(MG)의 변위에 의해 위상을 변조하도록 마련될 수 있다. 빔 스티어링 소자(100)는 복수의 광원(21a,21b,21c)으로부터 입사각을 가지고 입사되는 광의 진행 방향을 스티어링할 수 있다. 도 3에서 참조번호 40은 제어부(70)의 제어 신호에 따라 복수의 나노 안테나(NA)에 구동 전압을 인가하는 구동부를 나타낸다. 구동부(40)는 도 1 및 도 2에서 제어부(70)에 포함될 수 있다. 구동부(40)는 제어부(70)와 별도로 마련될 수도 있다.
복수의 광원(21a,21b,21c) 예를 들어, 제1 내지 제3광원(21a)(21b)(21c)이, 가시광선 또는 약 800 nm 내지 약 1700 nm 대역의 근적외선 범위에서 서로 다른 파장의 제1 내지 제3광을 출사하는 경우, 빔 스티어링 소자(100)는, 가시광 및 근적외선 영역에서 동작하도록 마련될 수 있다. 이외에도, 빔 스티어링 소자(100)는 다양한 파장 대역 예컨대, 가시광 및 근적외선 뿐만 아니라, 극자외선, 중적외선, 원적외선, THz, GHz, RF 영역에서 동작하도록 마련될 수 있다.
빔 스티어링 소자(100)는 예를 들어, 둘 이상 예컨대, 4개 또는 그 이상 개수의 나노 안테나(NA)에 대응되는 주기로 겉보기 격자(MG)가 형성되도록 마련될 수 있다. 나노 안테나(NA)의 밝기가 밝고, 어두운 것이 주기적으로 반복되면, 겉으로 보기에는 마치 격자(grating)가 존재하는 것처럼 보이게 되는데, 이러한 격자가 겉보기 격자(MG) (또는 메타 격자(meta-grating))로, 제어 신호 패턴에 대응할 수 있다.
예를 들어, 도 4의 (가)에서와 같이, 한 주기(Λ)의 겉보기 격자(MG)는 4개의 나노 안테나(NA)에 대응하며, 겉보기 격자(MG)의 한 주기(Λ)가 좌측 절반에 밝은 2개의 안테나, 우측 절반에 어두운 2개의 안테나를 포함할 때, 변위가 0 즉, x1(1)=0 이라고 정의할 수 있다. 변위가 0일 때를 기준으로, 도 4의 (나)에서와 같이 겉보기 격자(MG)가 Λ/4만큼 이동한 효과 즉, x1(2)= Λ/4를 줄 수 있다. 또한, 도 4의 (다)에서와 같이, 겉보기 격자(MG)가 Λ/2만큼 이동한 효과 즉, x1(3)= Λ/2를 줄 수 있으며, 도 4의 (라)와 같이 겉보기 격자(MG)가 3Λ/4 만큼 이동한 효과 즉, x1(4)= 3Λ/4를 줄 수 있다. 이와 같이, 겉보기 격자(MG)의 이동(x)에 의해 1차 회절광은 x /Λ에 비례하는 위상변화(φ)를 갖게 된다.
예를 들어, 복수의 나노 안테나(NA) 각각에 인가되는 제어 신호에 따라 겉보기 격자(MG)에 변위를 줄 수 있으며, 이러한 겉보기 격자(MG)의 변위에 의해 위상이 변조되므로, 입사 각도(θinc)를 가지고 빔 스티어링 소자(100)로 입사되는 입사광(L1)의 진행 방향을 바꿀 수 있다.
빔 스티어링 소자(100)에 의해 스티어링되는 광은 예컨대, 1차 회절광일 수 있다. 예를 들어, 입사 각도(θinc)를 가지고 입사되는 입사광(L1)은 빔 스티어링 소자(100)에 의해 1차 회절되어 출사 각도(θ1st)를 가지는 출사광(L2)이 얻어질 수 있다. 출사광(L2)의 출사 각도(θ1st)는 겉보기 격자(MG)의 변위에 따라 달라질 수 있다. 또한, 출사광(L2)의 출사 각도(θ1st)는 입사광의 파장에 따라 달라질 수 있다.
도 3에서 참조번호 L3는 입사 각도(θinc)를 가지고 입사되는 입사광(L1)이 1차 이상으로의 회절없이 반사될 때, 입사 각도(θinc)와 동일한 각도로 반사되는 반사광을 나타낸다. 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 스티어링되는 출사광(L2)의 진행 방향은 반사광(L3)의 진행 방향과는 차이가 있으며, 겉보기 격자(MG)의 변위에 따라 출사광(L2)의 진행 방향이 달라질 수 있다.
다시, 도 1 및 도 2를 참조하면, 복수의 광검출기(51,53,55)는 빔 스티어링 소자(100)에 의해 스티어링되고 객체에서 반사된 광을 감지하도록 복수의 광원(21a,21b,21c)에 대응되게 마련될 수 있다. 예를 들어, 복수의 광검출기(51,53,55)는, 제1 내지 제3광원(21a)(21b)(21c)에 대응되게 제1 내지 제3광검출기를 포함할 수 있다. 제1광검출기(51)는, 제1광원(21a)에서 출사되고 빔 스티어링 소자(100)에 의해 스티어링되어 스캔 지점에 조사되고, 객체(Object)에서 반사된 제1광을 감지할 수 있다. 제2광검출기(53)는, 제2광원(21b)에서 출사되고 빔 스티어링 소자(100)에 의해 스티어링되어 스캔 지점에 조사되고, 객체에서 반사된 제2광을 감지할 수 있다. 제3광검출기(55)는, 제3광원(21c)에서 출사되고 빔 스티어링 소자(100)에 의해 스티어링되어 스캔 지점에 조사되고, 객체에서 반사된 제3광을 감지할 수 있다. 광검출기의 개수는 광원의 개수에 따라 달라질 수 있다.
복수의 광검출기(51,53,55) 예를 들어, 제1 내지 제3광검출기(51)(52)(55)는 예를 들어, silicon photomultiplier (SiPM), avalanche photo diode (APD), single photon avalanche diode (SPAD) 포토 디텍터(PD)등을 포함할 수 있으며, 시간 비행법(time-of-flight)에 의해 광 출사 시간과 되돌아온 광의 도달 시간 사이의 차이를 이용하여, 거리 정보 획득 장치(1)와 객체까지의 거리를 계산할 수 있다.
한편, 복수의 광검출기(51,53,55) 앞단에는 상기 복수의 광원(21a,21b,21c) 중 대응하는 광원의 출사 광 파장 대역을 통과시키고, 다른 광 파장 대역이나 외부의 조명과 태양광 등 주변광(ambient light)을 차단하기 위한 밴드 패스 필터(61)(63)(65)를 더 구비할 수 있다. 복수의 광검출기(51,53,55) 및 각 검출기(51)(53)(55)의 앞단에 배치되는 밴드 패스 필터(61)(63)(65) 등은 수광부(50)를 구성할 수 있다.
예를 들어, 제1광검출기(51) 앞단에는 대응하는 제1광원(21a)에서 출사되는 제1광 파장 대역을 통과시키고, 제2광 및 제3광 파장 대역이나, 외부의 조명과 태양광 등 주변광(ambient light)을 차단하기 위한 제1밴드 패스 필터(61)를 더 구비할 수 있다. 제2광검출기(53) 앞단에는 대응하는 제2광원(21b)에서 출사되는 제2광 파장 대역을 통과시키고, 제1광 및 제3광 파장 대역이나, 외부의 조명과 태양광 등 주변광(ambient light)을 차단하기 위한 제2밴드 패스 필터(63)를 더 구비할 수 있다. 제3광검출기(55) 앞단에는 대응하는 제3광원(21c)에서 출사되는 제3광 파장 대역을 통과시키고, 제1광 및 제2광 파장 대역이나, 외부의 조명과 태양광 등 주변광(ambient light)을 차단하기 위한 제3밴드 패스 필터(65)를 더 구비할 수 있다. 밴드 패스 필터(61)(63)(65)의 개수 및 통과 파장 대역은 광원의 개수 및 출사 광 파장에 따라 달라질 수 있다.
한편, 객체에 반사된 제1 내지 제3광을 제1 내지 제3광검출기(51)(53)(55)에서 감지되도록 집광시키는 집광 렌즈 등을 더 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이, 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치(1)는, 서로 다른 파장의 광을 출사하는 복수의 광원(21a,21b,21c), 복수의 나노 안테나(NA)를 포함하며 겉보기 격자(MG)의 변위에 의해 위상을 변조하여 입사광의 진행 방향으로 스티어링하는 빔 스티어링 소자(100)를 적용함으로써, 한번 입력된 제어 신호 패턴에 대해 복수 위치에 광을 조사하고, 적어도 하나 이상의 객체에서 반사된 복수 위치의 광을 복수의 광검출기(51,53,55)로 감지할 수 있으므로, 광원의 개수만큼 해상도가 증가할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치(1)에 따르면, 빔 스티어링 소자(100)의 겉보기 격자(MG)의 변위에 의해 위상 변조를 수행하여 빔을 스티어링할 수 있으며, 아울러 복수의 광원(21a,21b,21c)에서 출사된 서로 다른 파장의 광을 서로 다른 각도로 스티어링할 수 있으므로, 복수 파장의 광 사용에 대응되게 해상도가 증가할 수 있다.
이하에서는, 복수의 광원(21a,21b,21c)에서 출사된 서로 다른 파장의 광을 서로 다른 각도로 스티어링하도록, 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치(1)에 적용되는 빔 스티어링 소자(100)의 실시예들을 설명한다.
도 5는 일 실시예에 따른 빔 스티어링 소자(110)의 개략적인 구성도이다. 도 6은 다른 실시예에 따른 빔 스티어링 소자(120)의 개략적인 구성도이다. 도 5 및 도 6의 빔 스티어링 소자(110)(120) 및 후술하는 구현 예는 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치(1)의 빔 스티어링 소자(100)로 적용될 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 빔 스티어링 소자(110)(120)는, 반사층(211), 제어 신호에 따라 광학적 물성이 변환되는 활성층(212), 적어도 하나의 절연층(213,214), 복수의 나노 안테나(NA)를 포함할 수 있다. 빔 스티어링 소자(110)(120)는 나노 안테나(NA) 및 반사층(211) 중 적어도 하나에 인가되는 전압에 따라 나노 안테나(NA)에 대응되게 활성층(212)에 전하축적영역 또는 전하공핍영역이 형성되어 겉보기 격자(MG)를 형성할 수 있다. 활성층(212)은 반사층(211)과 복수의 나노 안테나(NA) 사이에 위치될 수 있다. 반사층(211)과 활성층(212) 사이, 활성층(212)과 복수의 나노 안테나(NA) 사이 중 적어도 하나에 절연층(213,214)이 위치될 수 있다. 도 5에서는 활성층(212)과 복수의 나노 안테나(NA) 사이에 제1절연층(214), 반사층(211)과 활성층(212) 사이에 제2절연층(213)을 구비하는 예를 보여준다. 도 6에서는 활성층(212)과 복수의 나노 안테나(NA) 사이에만 제1절연층(214)을 구비하는 예를 보여준다.
반사층(211)은 예를 들어, 도 5에서와 같이 광을 반사시키는 역할을 하면서 동시에 전극의 기능을 수행할 수 있다. 다른 예로서, 반사층(211)은 도 6에서와 같이 광을 반사시키는 역할만을 수행할 수 있다. 반사층(211)은 나노 안테나(NA)와 광학적으로 커플링(coupling)될 수 있으며, 나노 안테나(NA)와 반사층(211)의 광학적 상호 작용에 의해 광이 반사될 수 있다. 반사층(211)은 금속과 같은 소정의 도전체로 형성될 수 있다. 예컨대, 반사층(211)은 Cu, Al, Ni, Fe, Co, Zn, Ti, Ru, Rh, Pd, Pt, Os, Ir, Ag, Au 등으로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있고, 이들 중 적어도 하나를 구비하는 합금을 포함할 수도 있다. 또는, 반사층(211)은 Ag, Au 등의 금속 나노입자가 분산된 박막, 그래핀(graphene)이나 CNT(carbon nanotube) 등의 탄소 나노구조체, PEDOT(poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), PPy(polypyrrole), P3HT(poly(3-hexylthiophene)) 등의 전도성 고분자를 포함하거나, 전도성 산화물 등을 포함할 수도 있다.
나노 안테나(NA)는 특정 파장(혹은 주파수)의 입사광(visible 및 invisible 전자기파 모두 포함)을 국소 표면 플라즈몬 공진(localized surface plasmon resonance)의 형태로 변환하여 그 에너지를 포획하는 것으로, 광에 대한 나노 구조의 안테나라 할 수 있다. 나노 안테나(NA)는 도전 패턴(ex, 금속 패턴)일 수 있다. 예를 들어, 나노 안테나(NA)는 금속 나노 안테나(NA)일 수 있다. 도전 패턴은 비도전층(ex, 유전층)에 접촉되어 있을 수 있다. 도전 패턴과 비도전층(ex, 유전층)의 계면에서 플라즈몬 공진이 발생할 수 있다. 이때, 비도전층(ex, 유전층)은 제1절연층(214)일 수 있으며, 제1절연층(214)과 별개의 층일 수도 있다. 편의상, 이하에서는 도전 패턴 자체를 나노 안테나(NA)로 간주하고 설명하도록 한다. 도전 패턴과 비도전층(ex, 유전층)의 계면과 같이, 표면 플라즈몬 공진이 일어나는 경계면(interface)을 통칭하여 "메타 표면" 또는 "메타 구조"라고 할 수 있다.
도 7은 나노 안테나(NA)의 평면 형상의 예들을 보여준다. 도 7에 도시된 바와 같이, 나노 안테나(NA)는 정사각형, 직사각형, 원형, 도넛형, 십자형 등 다양한 평면 형상을 가질 수 있다. 나노 안테나(NA)는 서브 파장(sub-wavelength)의 치수를 가질 수 있다. 여기서, 서브 파장(sub-wavelength)이란 나노 안테나(NA)의 동작 파장보다 작은 치수를 의미한다. 나노 안테나(NA)의 형상을 이루는 어느 한 치수, 예컨대, 두께, 가로, 세로, 또는 나노 안테나(NA) 간의 간격 중 적어도 어느 하나가 서브 파장의 치수를 가질 수 있다. 나노 안테나(NA)의 형상이나 치수에 따라 공진 파장이 달라질 수 있다.
나노 안테나(NA)는 표면 플라즈몬 여기(surface plasmon excitation)가 발생할 수 있는 도전성이 높은 금속 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, Cu, Al, Ni, Fe, Co, Zn, Ti, Ru, Rh, Pd, Pt, Os, Ir, Ag, Au 등으로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나의 금속이 채용될 수 있고, 이들 중 적어도 하나를 포함하는 합금으로 이루어질 수도 있다. 또는, 나노 안테나(NA)는 Ag, Au 등의 금속 나노입자가 분산된 박막, 그래핀(graphene)이나 CNT(carbon nanotube) 등의 탄소 나노구조체, PEDOT(poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), PPy(polypyrrole), P3HT(poly(3-hexylthiophene)) 등의 전도성 고분자를 포함하거나, 전도성 산화물 등을 포함할 수도 있다. 나노 안테나(NA)와 반사층(211)은 동일 금속 또는 서로 다른 금속일 수 있다. 나노 안테나(NA)는 유전체 안테나일 수도 있다.
활성층(212)은 그의 전기적 조건에 따라 광학적 물성이 변화되는 층일 수 있다. 활성층(212) 및 그 주변 영역과 관련된 전기적 조건에 따라, 활성층(212)의 유전율(permittivity) 또는 굴절률이 변화될 수 있다. 활성층(212)의 유전율 변화는 활성층(212) 내 영역(들)의 전하농도(전하밀도)의 변화에 기인한 것일 수 있다. 다시 말해, 활성층(212) 내 영역(들)의 전하농도 변화에 의해 활성층(212)의 유전율이 변화될 수 있다. 활성층(212)에 인가되는 전기장이나 전압에 따라 활성층(212)의 유전율이 변화될 수 있다. 활성층(212)은, 예를 들어, 반도체, 산화물, 질화물, 또는 액정을 포함할 수 있다. 활성층(212)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), AZO(aluminium zinc oxide), GZO(gallium zinc oxide), AGZO(aluminium gallium zinc oxide), GIZO(gallium indium zinc oxide)와 같은 투명 전도성 산화물(transparent conductive oxide)(TCO)을 포함할 수 있다. 활성층(212)은 TiN, ZrN, HfN, TaN과 같은 전이금속 질화물(transition metal nitride)(TMN), 상전이물질, 그래핀, 전이금속 디칼코제나이드, 또는 2차원 물질 등을 포함할 수 있다. 이외에도, 전기적 신호가 가해지면 유효 유전율이 변하는 전기광학(electro-optic)(EO) 물질을 포함할 수 있다. 상기 전기광학 물질은, 예컨대, LiNbO3, LiTaO3, KTN(potassium tantalate niobate), PZT(lead zirconate titanate) 등의 결정성 물질을 포함하거나, 전기광학 특성을 갖는 다양한 폴리머(polymer)를 포함할 수도 있다.
제1절연층(214) 또는 제2절연층(213)은 절연성 물질(유전체 물질)을 포함할 수 있다. 제1절연층(214) 또는 제2절연층(213)는 절연성 실리콘 화합물 및 절연성 금속 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 절연성 실리콘 화합물은, 예컨대, 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SixNy), 실리콘 산질화물(SiON) 등을 포함할 수 있고, 절연성 금속 화합물은, 예컨대, 알루미늄 산화물(Al2O3), 하프늄 산화물(HfO), 지르코늄 산화물(ZrO), 하프늄 실리콘 산화물(HfSiO) 등을 포함할 수 있다. 제1절연층(214)과 제2절연층(213)은 동일한 물질로 형성되거나, 서로 다른 물질 구성을 가질 수도 있다.
도 5를 참조하면, 제1절연층(214)에 의해 활성층(212)은 나노 안테나(NA)와 전기적으로 절연될 수 있으며, 제2절연층(213)에 의해 활성층(212)은 반사층(211)과 전기적으로 절연될 수 있다. 활성층(212)과 나노 안테나(NA) 사이에 인가되는 전압(제어 신호)에 따라서, 활성층(212)의 제1절연층(214)과의 제1경계 영역의 전하 농도가 변화될 수 있다. 또한, 반사층(211)과 활성층(212) 사이에 인가되는 전압(구동 신호)에 따라, 활성층(212)의 제2절연층(213)과의 제2경계 영역의 전하 농도가 변화될 수 있다. 제1경계 영역과 제2경계 영역 각각은 복수의 나노 안테나(NA)에 대응되는 복수의 단위 영역으로 구분될 수 있으며, 복수의 단위 영역 각각은 전압에 따라서 전하축적영역 또는 전하공핍영역이 될 수 있다. 나노 안테나(NA)에 인가되는 전압이 활성층(212)에 인가되는 전압에 비해서 높을 경우, 활성층(212)의 상부에는 전하축적영역이 형성될 수 있다. 나노 안테나(NA)에 인가되는 전압이 활성층(212)에 인가되는 전압에 비해서 낮을 경우, 활성층(212)의 상부에는 전하공핍영역이 형성될 수 있다. 반사층(211)에 인가되는 전압이 활성층(212)에 인가되는 전압에 비해서 높을 경우, 활성층(212)의 하부에는 전하축적영역이 형성될 수 있다. 반사층(211)에 인가되는 전압이 활성층(212)에 인가되는 전압에 비해서 낮을 경우, 활성층(212)의 하부에는 전하공핍영역이 형성될 수 있다. 활성층(212)에 전하축적영역 및/또는 전하공핍영역이 형성됨에 따라, 빔 스티어링 소자(110)의 반사 특성이 제어될 수 있다. 이에 의해, 겉보기 격자(MG) 즉, 메타 격자(MG)가 형성될 수 있으며, 다수의 픽셀(MP)의 기하 위상을 적절히 배열함으로써 1차 회절광의 방향을 제어하여, 광의 진행 방향을 스티어링할 수 있다.
도 6을 참조하면, 제1절연층(214)에 의해 활성층(212)은 나노 안테나(NA)와 전기적으로 절연될 수 있다. 활성층(212)과 나노 안테나(NA) 사이에 인가되는 전압(제어 신호)에 따라서, 활성층(212)의 제1절연층(214)과의 제1경계 영역의 전하 농도가 변화될 수 있다. 제1경계 영역은 복수의 나노 안테나(NA)에 대응되는 복수의 단위 영역으로 구분될 수 있으며, 복수의 단위 영역 각각은 전압에 따라서 전하축적영역 또는 전하공핍영역이 될 수 있다. 나노 안테나(NA)에 인가되는 전압이 활성층(212)에 인가되는 전압에 비해서 높을 경우, 활성층(212)의 상부에는 전하축적영역이 형성될 수 있다. 나노 안테나(NA)에 인가되는 전압이 활성층(212)에 인가되는 전압에 비해서 낮을 경우, 활성층(212)의 상부에는 전하공핍영역이 형성될 수 있다. 활성층(212)에 전하축적영역 및/또는 전하공핍영역이 형성됨에 따라, 빔 스티어링 소자(120)의 반사 특성이 제어될 수 있다. 이에 의해, 겉보기 격자(MG) 즉, 메타 격자(MG)가 형성될 수 있으며, 다수의 픽셀(MP)의 기하 위상을 적절히 배열함으로써 1차 회절광의 방향을 제어하여, 광의 진행 방향을 스티어링할 수 있다. 실시예에 따른 빔 스티어링 소자(110)(120)에서, 복수의 나노 안테나(NA)는 예를 들어, 금속 물질로 이루어지거나, 페브리-페롯(Fabry-Perot) 공진 구조를 가질 수 있다. 도 8은 페브리-페롯 공진 구조를 갖는 나노 안테나(NA)의 다양한 실시예들을 보여준다.
도 8을 참조하면, 나노 안테나(NA)는 제1반사기(221)와, 제1반사기(221) 상에 마련되는 캐비티층(222)과, 캐비티층(222) 상에 마련된 제2반사기(223)를 포함할 수 있다.
도 8의 (A)와 (B)에 예시적으로 보인 바와 같이, 제1반사 구조체(221)와 제2반사 구조체(223)는 모두 굴절률이 서로 다른 물질층들이 교대로 적층된 분산 브래그 반사기(DBR: distributed Bragg reflector)일 수 있다. 도 8의 (C)에 예시적으로 보인 바와 같이, 제1반사 구조체(221)는 분산 브래그 반사기(DBR)이고, 제2반사 구조체(223)는 굴절률이 높은 기둥, 디스크, 격자 구조 등이 굴절률이 낮은 매질로 둘러싸인 그래이팅 반사체(HCG: high contrast grating)일 수 있다. 도 8의 (D)에 예시적으로 보인 바와 같이, 제1반사 구조체(221)는 그래이팅 반사체(HCG)이고, 제2반사구조체(223)는 분산 브래그 반사기(DBR)일 수 있다. 도 8의 (E)에 예시적으로 보인 바와 같이, 제1반사(221)와 제2반사 구조체(223) 모두 그래이팅 반사체(HCG)일 수 있다.
제1반사 구조체(221), 캐비티층(222), 제2반사 구조체(223) 중 하나는 구동 신호에 의하여 광학적 물성, 예를 들어 굴절률, 유전율이 변화되는 활성층일 수 있다. 구동 신호는 예를 들어 전압 신호일 수 있으며, 해당 구성요소에 열을 가하는 가열 신호일 수 있다. 예를 들어, 캐비티층(222)이 활성층일 수 있다. 이 경우, 캐비티층(222)는 전술한 활성층(도 5, 도 6의 212)과 동일한 물질로 형성될 수 있다. 제1반사 구조체(221)나 제2반사 구조체(223)를 이루는 층들 중 적어도 한 층이 구동 신호에 의하여 광학적 물성이 변화되는 활성층일 수도 있다. 예를 들어, 제1반사 구조체(221)의 적어도 한 층이 전기적 신호가 가해지면 유효 유전율이 변하는 전기광학(EO) 물질을 포함하는 전기광학 물질층일 수 있다. 예를 들어, 제2반사 구조체(223)의 적어도 한 층이 전기적 신호가 가해지면 유효 유전율이 변하는 전기광학(EO) 물질을 포함하는 전기광학 물질층일 수 있다. 제1반사 구조체(221) 및/또는 제2반사 구조체(223)의 전기광학 물질층은 예를 들어, Si를 포함할 수 있다. 이에 따라, 외부 전원으로부터 전원이 인가되면 제1 반사 구조체(221) 및/또는 제2반사 구조체(223)의 전기광학 물질층의 굴절률이 변하고, 제1 반사 구조체(221)와 제2 반사 구조체(223) 사이에서 공진하는 광의 위상이 변하게 된다.
나노 안테나(NA)의 구조/형태 및 그의 배열 방식에 따라, 공진 파장, 공진 파장 폭, 공진 편광 특성, 공진 각도, 반사/투과/산란 특성 등이 달라질 수 있다. 따라서, 나노 안테나(NA)의 구조/형태 및 배열 방식을 제어함으로써, 목적에 맞는 특성을 갖는 빔 스티어링 소자(100,110,120)를 제조할 수 있다.
도 9는 실시예에 따른 빔 스티어링 소자(120)의 일 구현 예를 보여준다. 도 9에서는 하나의 안테나 그룹(AG)이 6개의 나노 안테나(NA)를 가지는 예를 보여주는데, 이는 예시적으로 보인 것일 뿐, 실시예가 이에 한정되는 것을 아니다. 즉, 하나의 픽셀(MP)은 하나 이상의 안테나 그룹(AG)을 포함할 수 있으며, 각 안테나 그룹(AG)은 둘 이상의 나노 안테나(NA)를 포함할 수 있다.
도 9를 참조하면, 빔 스티어링 소자(120)는 예를 들어, 도 6에 도시된 구조를 가지며, 반사층(211)은 Au, 활성층(212)은 ITO, 제1절연층(214)은 산화물, 나노 안테나(NA)는 Au로 형성할 수 있다. 활성층(212)의 두께는 약 10nm, 반사층(211)의 두께는 반무한(semi-infinite)일 수 있다. 제어 신호는 활성층(212)과 나노 안테나(NA) 사이에 인가될 수 있다. 활성층(212)이 공통 전극이며, 나노 안테나(NA)에 개별적인 제어 신호가 인가될 수 있다. 나노 안테나(NA)는 안테나 및 전극의 역할을 할 수 있다.
도 9에 예시적으로 보인 바와 같이, 활성층(212)을 접지시킨 상태에서, 나노 안테나(NA)에 양의 전압을 인가하면, 활성층(212)과 제1절연층(214)의 제1경계 영역에서 자유전자의 농도가 증가하여 전하축적상태(AC: charge accumulation)가 되며, 나노 안테나(NA)에 음의 전압을 인가하면, 활성층(212)과 제1절연층(214)의 제1경계 영역에서 자유전자의 농도가 감소하여 전하공핍상태(DE: charge depletion)가 될 수 있다. 도 9에서는 인접한 3개의 나노 안테나(NA)에 양의 전압(V1, V2, V3)을 인가하여 전하축적상태(AC) 상태의 격자 3개, 인접한 3개의 나노 안테나(NA)에 음의 전압(V4, V5, V6)을 인가하여 전하공핍상태(DE)의 격자 3개를 형성한 예를 보여준다. 즉, 도 9에서는 하나의 안테나 그룹(AG)이 6개의 나노 안테나(NA)를 가지며, 위상 변위가 0도인 예를 보여준다.
도 9에 예시적으로 보인 바와 같이, 하나의 픽셀(MP)은 예를 들어, 하나의 안테나 그룹(AG)을 가지며, 하나의 안테나 그룹(AG)은 6개의 나노 안테나(NA)를 가질 수 있다. 이 경우, 예를 들어, 나노 안테나(NA)의 주기가 약 400nm, 폭이 약 200nm, 두께가 약 20nm일 때, 안테나 그룹(AG)의 주기는 400nm×6=2400nm이고, 픽셀(MP)의 주기는 2400nm일 수 있다. 여기서, 하나의 픽셀(MP)은 둘 이상의 안테나 그룹(AG)을 가질 수 있으며, 각 안테나 그룹(AG)은 둘 이상의 나노 안테나(NA) 예컨대, 2개, 3개, 4개, 6개 또는 그 이상의 나노 안테나(NA)를 가질 수 있다.
도 10 내지 도 12는, 실시예에 따른 빔 스티어링 소자(120)의 인가 전압에 따른 나노 안테나(NA) 반사율 스펙트럼, 겉보기 격자(MG)의 이산적인 변위에 따른 파장별 위상, 겉보기 격자(MG)의 이산적인 변위에 따른 1차 회절광의 입사광에 대한 세기를 시뮬레이션한 결과를 보여준다.
도 10 내지 도 12는 도 9에 도시된 실시예에 따른 빔 스티어링 소자(120) 구조에서 나노 안테나(NA)가 주기가 약 400nm, 폭이 약 200 nm, 두께가 약 50 nm인 Au 안테나이고, 제1절연층(214)이 HfO2 절연 물질로 약 20 nm 두께로 형성되고, 하부의 활성층(212)이 ITO 로 약 10 nm 두께로 형성될 때, 빔 스티어링 소자(120)의 특성을 보여준다.
활성층(212)이 접지되었을 때, 나노 안테나(NA)를 통해 상부에 인가된 전압이 양의 전압이면, 활성층(212)과 제1절연층(214)의 제1경계 영역에서 자유전자의 농도가 증가하여 전하축적상태(도 9의 AC)가 되고, 이에 따라 활성층(212)의 굴절율이 감소하여 공진 파장이 짧아지게 된다. 그 결과, 도 10에서 BS로 표시된 바와 같이 반사율이 청색 편이(blue-shift) 될 수 있다. 반대로, 나노 안테나(NA)를 통해 상부에 인가된 전압이 음의 전압이면, 활성층(212)과 제1절연층(214)의 제1경계 영역에서 자유전자의 농도가 감소하여 전하공핍상태(도 9의 DE)가 되고, 이에 따라 활성층(212)의 굴절율이 증가하여 공진 파장이 길어진다. 그 결과 도 10에서 RS로 표시된 바와 같이 반사율이 적색 편이(red-shift) 될 수 있다. 도 10의 반사율 스펙트럼을 살펴보면, 약 1500 nm 파장의 광을 약 40도의 입사 각도로 빔 스티어링 소자(120)로 입사 시킬 때, 나노 안테나(NA)의 반사율은 전하 축적상태인 경우 약 38%,, 전하공핍상태인 경우 약 22%이다. 즉 두 반사율 차이인 대략 16%p의 대비(contrast)를 얻을 수 있다.
도 11은 도 9의 빔 스티어링 소자(120) 구조에서, 전하 축적이 인가된 격자 3개, 전하 공핍이 인가된 격자 3개를 이용하며, 한칸씩 옆으로 스텝을 증가시켜가며 겉보기 격자(MG)의 변위를 변화를 증가시킨 경우의 1차 회절광의 기하 위상을 나타낸다. 기하 위상의 값은 겉보기 격자(MG)의 변위에 따라 약 0도, 약 60도, 약 120도, 약 180도, 약 240도, 약 300도의 값을 가질 수 있다. 이러한 기하 위상의 값은 약 1000 nm 내지 약 1800 nm의 입사광의 파장 범위에서 공통적으로 나타날 수 있다. 이로부터 실시예에 따른 빔 스티어링 소자(120)에서는 넓은 파장 대역에서 위상 변조가 원활하게 일어날 수 있음을 알 수 있다.
도 12는 입사광을 기준으로 한 1차 회절광의 세기의 비율(%)을 각 파장에 대해 보여준다. 약 200 nm의 안테나 길이에 의해 약 1500 nm 근처에서 가장 높은 약 5%의 세기를 나타내며, 고정된 파장에 대해 변위를 변경할 때, 1차 회절광의 세기 비율이 변하지 않는 장점이 있다. 1차 회절광의 세기 비율은 파장에 따라 달라질 수 있는데, 약 1350~1580 nm 파장 대역(대략 230 nm의 폭)에서는 약 2% 이상의 높은 세기 비율을 유지할 수 있음을 알 수 있다.
다시, 도 3 및 도 4를 참조하면, 실시예에 따른 빔 스티어링 소자(100)는 복수의 픽셀(MP)을 구비할 수 있다. 복수의 픽셀(MP) 각각은 복수의 나노 안테나(NA)를 구비할 수 있다. 복수의 픽셀(MP) 각각의 복수의 나노 안테나(NA)에 주기적이고 이산적인 제어 신호가 인가됨에 따라 복수의 나노 안테나(NA)의 광학적 세기가 변화되어, 입사광(L1)의 진행 방향이 바뀌어 출사 될 수 있다. 제어 신호의 패턴은 겉보기 격자(MG)에 대응하는 것으로, 각각의 픽셀(MP)에 대하여 주기적일 수 있다. 복수의 픽셀(MP) 각각은 도 3 및 도 4에 예시적으로 보인 바와 같이, 하나 이상의 안테나 그룹(AG)을 포함할 수 있다. 각 안테나 그룹(AG)은 복수의 나노 안테나(NA)를 포함할 수 있다. 이 경우, 제어 신호는 각각의 안테나 그룹(AG)에 대하여 주기적일 수 있다. 즉, 도 4에 도시한 바와 같이, 제어 신호 패턴의 주기는 안테나 그룹(AG)의 주기(Λ)와 동일할 수 있다. 각각의 픽셀(MP)이 둘 이상의 안테나 그룹(AG)을 구비하는 경우, 둘 이상의 안테나 그룹(AG)에는 도 4에 예시적으로 보인 바와 같이, 동일한 패턴의 제어 신호가 인가될 수 있으며, 각 안테나 그룹(AG)이 N개의 나노 안테나(NA)를 포함하는 경우, Λ/N의 스텝 또는 그 배수의 스텝으로 위상 변위를 줄 수 있다. 도 3 및 도 4에서는 예시적으로, 하나의 안테나 그룹(AG)이 4개의 나노 안테나(NA)를 포함하며, Λ/4의 스텝으로 위상 변위를 주도록 제어 신호가 인가되는 예를 보여준다.
각각의 픽셀(MP)의 안테나 그룹(AG)의 개수 및 각 안테나 그룹(AG)에 포함되는 나노 안테나(NA)의 갯수는 표현하고자 하는 기하 위상의 범위와 단계에 따라 적절히 결정될 수 있다. 각각의 픽셀(MP)의 안테나 그룹(AG)의 갯수가 많을수록 빔 스티어링(beam steering)의 정밀도가 향상될 수 있다. 따라서, 각각의 픽셀(MP)의 안테나 그룹(AG)의 갯수는 무한인 것이 이상적이나, 요구되는 빔 스티어링 정밀도에 따라서 안테나 그룹(AG)의 갯수가 적절히 결정될 수 있다. 예를 들어, 각각의 픽셀(MP)는 2~3개의 안테나 그룹(AG)을 포함할 수 있다.
한편, 복수의 픽셀(MP)은 1차원 배열 구조를 가질 수 있다. 복수의 픽셀(MP)의 기하 위상을 적절히 배열함으로써 1차원 빔 스티어링이 가능하다. 또한, 복수의 픽셀(MP)은 2차원 배열 구조를 가질 수 있다. 2차원 배열된 복수의 픽셀(MP)의 기하 위상을 적절히 배열함으로써 2차원 빔 스티어링이 가능하다. 광은 평면파(plane wave), 구면파(spherical wave), 가우시안 빔(Gaussian beam) 등 일 수 있다.
반사광은 주광(main lobe)과 측광(side lobe)를 포함할 수 있다. 0차 회절광을 스티어링할 경우 원하지 않는 측광이 발생되어 신호대잡음비(SNR: signal-to-noise ration)가 저하될 수 있다.
본 실시예에서는, 1차 회절광을 스티어링 빔으로 출사시키며, 도 3에 점선으로 표시된 반사광(L3)은 복수의 픽셀(MP)의 기하 위상의 변위가 0일 때의 입사광(L1)의 0차 회절광에 해당한다. 실시예에 따른 빔 스티어링 소자(100)와 같이, 1차 회절광을 스티어링할 경우, 0차 광에 비하여 측광의 비율이 낮으므로, 양호한 신호대잡음비를 얻을 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치(1)는, 빔 스티어링 소자(100)의 겉보기 격자(MG) 즉, 메타 격자에 의한 입사광(L1)의 1차 회절광을 출사광(L2)으로 출사시키도록 마련될 수 있으며, 이를 위해, 1차 회절광을 출사광(L2)으로 출사하기 위한 출사 광학계를 더 포함할 수 있다. 출사 광학계는 1차 회절광을 원하는 형태로 정형하여 출사하기 위한 하나 이상의 광학 소자, 예를 들어 렌즈 등을 포함할 수 있다.
실시예에 따른 빔 스티어링 소자(100)에 의한 빔 스티어링 각도는 겉보기 격자(MG)의 위상 변조에 의해 다음과 같이 결정될 수 있다. 빔 스티어링 각도는 각 픽셀에서 표현되는 위상 값에 따라 결정될 수 있다.
주기가 Λ인 격자의 겉보기 이동 x l 에 의해 1차 회절광은 수학식 1과 같은 위상 변화(
Figure pat00003
)를 갖게 된다.
Figure pat00004
수학식 1에서와 같이, 위상변화
Figure pat00005
는
Figure pat00006
에 비례한다.
빔 스티어링 각도를 θ, 위치 x 에서의 겉보기 변위에 의한 수학식 1에서의 위상을 φ, 빔 스티어링 소자(100)에 입사되는 광의 파장을 λ0, 파수(wavenumber)를 k0라고 하면, 수학식 2가 얻어진다.
Figure pat00007
위치 x 에 대한 위상 φ 의 변화율 (기울기)는 수학식 3과 나타낼 수 있다.
Figure pat00008
수학식 3을 이용하면, θ=6.95°인 경우에 대해, 위치 x 에 대한 위상 φ 의 변화율은 28.125°/μm으로 주어질 수 있다. 이러한 관계는 도 13a의 그래프와 같이 나타낼 수 있다. 도 13a에서 실선은 연속적인 광원이 있는 경우에 필요한 위상값이며, 검은점은 간헐적(discrete)으로 분포하는 광원에서의 값을 샘플링한 값이다.
실제 위상 변조 배열을 구성하는 픽셀에서는 표현할 수 있는 각도 범위가 0°부터 360°로서 제한되므로, 위상은 수학식 4에서와 같이 360°의 각도에 대해서 wrapping할 수 있다.
Figure pat00009
여기서, mod는 modulo 연산을 의미한다. 이와 같이 modulo 연산을 하게 되면 360°-wrapped 위상은 도 13b와 같이 주기적인 분포를 갖게 된다. Wrapping된 위상이 주기적으로 반복될 때, 이를 슈퍼 셀(super cell) 이라고 하며, 위상 변조 각도(빔 스티어링 각도)는 수학식 5에서와 같이 슈퍼 셀 주기(ΛSC)에 반비례할 수 있다.
Figure pat00010
예를 들어, 파장(
Figure pat00011
)이 약 1.55 μm이고, 위상 변조 각도 (빔 스티어링 각도)가 θ = 6.95°인 경우, 슈퍼 셀 주기(ΛSC)는 약 12.8 μm 으로 주어질 수 있다.
광원에서 출사되어 빔 스티어링 소자(100)로 입사되는 광의 입사 각도와 빔 스티어링 소자(100)로부터 출사되는 1차 회절광의 출사 각도가 각각 θinc, θ1st 일 때, 입사광의 파장을 λ0, 슈퍼 셀이 하나의 안테나 그룹(AG)에 해당하여 겉보기 격자(MG)가 안테나 그룹(AG)의 주기 ΛSC,1에 해당하는 1차 주기의 배열로 형성되고, 픽셀(MP)들의 겉보기 변위가 0도 일 때, 1차 회절광의 출사 각도 θ1st 는 수학식 6과 같이 주어질 수 있다.
또한, 하나의 안테나 그룹(AG)의 주기가 ΛSC,1 이고, 겉보기 격자(MG)의 겉보기 변위가 서로 다른 복수의 픽셀이 슈퍼 픽셀을 형성하므로, 2차 슈퍼 픽셀의 주기는 겉보기 변위가 서로 다른 복수의 픽셀의 주기를 합한 것에 해당할 수 있다. 예를 들어, 인접 픽셀 간의 겉보기 변위가 0도와 180도일 때, 0도와 180도의 겉보기 변위를 가지는 두 픽셀이 슈퍼 픽셀(super-pixel)을 형성하므로, 2차 슈퍼 픽셀의 주기는 각 픽셀의 주기의 두배 즉, 두 픽셀의 주기를 합한 것에 해당할 수 있다. 예를 들어, 하나의 픽셀이 두개의 안테나 그룹(AG)를 포함하고, 2차 슈퍼 픽셀의 주기가 두 픽셀의 주기를 합한 것에 해당할 때, 2차 슈퍼 픽셀의 주기 즉, 겉보기 격자(MG)의 2차 주기 ΛSC,2는 하나의 안테나 그룹(AG)의 주기 ΛSC,1 의 4배가 될 수 있다. 이와 같이, 겉보기 격자(MG)가 하나의 안테나 그룹(AG)의 주기에 해당하는 1차 주기(ΛSC,1)와, 2차 슈퍼 픽셀의 주기에 해당하는 2차 주기(ΛSC,2)를 가질 때, 1차 회절광의 출사 각도 θ1st 는 수학식 7과 같이 주어질 수 있다.
Figure pat00013
수학식 6,7로부터 알 수 있는 바와 같이, 1차 회절광의 출사 각도 θ1st 즉, 빔 스티어링 각도는, 겉보기 격자(MG)의 주기 및 입사광의 파장 λ0에 따라 달라질 수 있다.
도 14a 및 도 14b에서와 같이 빔 스티어링 소자(100)의 겉보기 격자(MG)를 형성하는 경우, 1차 회절광의 스티어링 각도는 수학식 6, 7로부터 도 15a 및 도 15b와 같이 얻어질 수 있다.
도 14a는 각 픽셀(MP)이 주기적으로 반복되도록 빔 스티어링 소자(100)의 겉보기 격자(MG)를 형성한 예를 보여주며, 도 14b는 두개의 픽셀이 0도와 180도의 겉보기 변위를 가져, 두개의 픽셀 주기로 빔 스티어링 소자(100)의 겉보기 격자(MG)를 형성한 예를 보여준다.
도 14a 및 도 14b의 빔 스티어링 소자(100)는 도 6에 도시된 구조를 가지며, 한 픽셀에 총 8개의 나노 안테나(NA)가 배치된 예를 보여준다. 도 14a 및 도 14b에 예시적으로 보인 바와 같이, 각 픽셀(MP1,MP2)은 나노 안테나(NA)가 4개씩 그룹 지어져, 2개의 안테나 그룹(AG1,AG2) 즉, 2개의 격자가 있는 형태로 이루어질 수 있다. 도 14a 및 도 14b에서 두개의 픽셀(MP1)(MP2)은 1차원적으로 배열될 수 있다. 두 개의 픽셀(MP1)(MP2) 각각은 예를 들어, 2개 안테나 그룹(AG1)(AG2)을 가지며, 각각의 안테나 그룹(AG1)(AG2)은 4개의 나노 안테나(NA)를 가진다. 도 14a 및 도 14b에서 AC는 전하축적영역, DE는 전하공핍영역을 나타낸다.
도 14a는 AC-AC-DE-DE-AC-AC-DE-DE 픽셀(MP1)과 AC-AC-DE-DE-AC-AC-DE-DE 픽셀(MP2)이 반복되어 겉보기 변위가 0도로, 모두 같은 경우를 보여준다. 도 14b는 픽셀(MP1)은 AC-AC-DE-DE-AC-AC-DE-DE 형태로 전압을 인가하고, 픽셀(MP2)는 DE-DE-AC-AC-DE-DE-AC-AC 형태로 전압을 인가하여, 픽셀(MP1)과 픽셀(MP2)의 겉보기 변위가 0도와 180도로 다르며, 총 16개의 나노 안테나(NA)가 하나의 주기를 이루어 반복된 형태인 경우를 보여준다. 도 14a 및 도 14b에서 Va는 전하축적영역을 형성하는 전압, Vd는 전하공핍영역을 형성하는 전압을 나타낸다.
도 15a는 도 14a의 빔 스티어링 소자(100)의 나노 안테나(NA)에 수직한 방향의 전기장을 가진 광파가 60도 각도로 입사하는 경우, 전체 필드 시뮬레이션(full field simulation) 결과를 보여준다. 시뮬레이션 조건은 다음과 같다. 반사층(211)은 Au, 활성층(212)은 ITO, 제1절연층(214)은 산화물, 나노 안테나(NA)는 Au로 형성될 수 있다. 나노 안테나(NA)는 주기 330 nm, 폭 210 nm, 두께 50 nm이고, 활성층(212)의 두께는 5nm이며 도핑 농도는 5×1020/cm3이다. 제1절연층(214)의 두께는 10nm, 굴절율은 2.0이다. 반사층(211)의 두께는 반무한(semi-infinite)이다.
도 14a에서와 같이, AC-AC-DE-DE-AC-AC-DE-DE 픽셀(MP1)과 AC-AC-DE-DE-AC-AC-DE-DE 픽셀(MP2)이 반복되어 겉보기 변위가 0인 경우, AC-AC-DE-DE의 단위를 하나의 주기로 겉보기 격자(MG)가 반복되므로, Λ SC ,1=330 nm × 4 = 1320 nm 이 된다. 이러한 기본 상태의 경우, λ = 1550 nm 에 대해 수학식 6을 적용하여 1차 회절광의 출사 각도(빔 스티어링 각도)를 구하면, 도 15a에 Point A로 표기한 바와 같이, 약 -17.9도가 얻어질 수 있다.
도 15b는 도 14b의 빔 스티어링 소자(100)의 나노 안테나(NA)에 수직한 방향의 전기장을 가진 광파가 60도 각도로 입사하는 경우, 전체 필드 시뮬레이션(full field simulation) 결과를 보여준다. 시뮬레이션 조건은 도 15a의 결과는 얻는데 적용한 조건과 동일하며, 픽셀(MP1)과 픽셀(MP2)에 인가되는 전압 형태만 차이가 있다.
도 14b에서와 같이, 픽셀(MP1)은 AC-AC-DE-DE-AC-AC-DE-DE 형태로 전압을 인가하고, 픽셀(MP2)는 DE-DE-AC-AC-DE-DE-AC-AC 형태로 전압을 인가하여, 2개의 픽셀이 하나의 주기를 이룰 때, 수학식 6의 1차 회절 성분에 더해, [AC-AC-DE-DE-AC-AC-DE-DE]-[DE-DE-AC-AC-DE-DE-AC-AC]의 총 16개의 나노 안테나(NA)가 하나의 주기를 이루어 반복되는 형태가 되므로, 수학식 7에서와 같이, ΛSC,2=330 nm × 4 × 2 × 2 = 2640 nm 에 의한 성분이 추가된다. 이 경우, 따라서, λ = 1550 nm 에 대해 수학식 7을 적용하여 1차 회절광의 출사 각도(빔 스티어링 각도)를 구하면, 도 15b에 Point B로 표기한 바와 같이, -0.84도가 된다.
도 16은 수학식 7에서 ΛSC,2 부분이 330 nm × 4 × 2 × N인 경우에 대한 빔 스티어링 각도를 나타낸다. 여기서, N은 2 이상 자연수로, 도 16의 가로축에 표기한 바와 같이, 하나의 주기를 이루는 픽셀의 수를 나타낸다. 도 16의 결과는, ΛSC,2 를 제외한 나머지 시뮬레이션 조건은 도 15a 및 도 15b의 결과는 얻는데 적용한 것과 동일하다.
도 16을 살펴보면, 도 15a의 Point A와 도 15b의 Point B사이의 중간 각도인 -17.9518° (Point A), -14.0626°, -13.5814°, -12.9642°, -12.1437°, -10.9991°, -9.2903°, -6.4600°, -0.8398° (Point B)에 대해 빔 스티어링이 가능함을 알 수 있다.
한편, 이상에서는 복수의 픽셀(MP)이 1차원적으로 배열된 예를 설명하였는데, 복수의 픽셀(MP)은 2차원적으로 배열될 수도 있다. 도 17은 복수의 픽셀(MP)이 2차원적으로 배열된 구조의 일 예를 보여준다. 도 17에서 (가)는 복수의 픽셀(MP)의 2차원적 배열을 예시적으로 보여준다. 도 17에서 (나)는 복수의 픽셀(MP) 각각에 대응되는 겉보기 격자(MG)(MG)의 위상(φ)을 예시적으로 보여준다.
도 17을 참조하면, 각각의 픽셀(MP)은 두 개씩의 안테나 그룹(AG)을 가지며, 각각의 안테나 그룹(AG)은 4개씩의 나노 안테나(NA)를 가진다. 각 픽셀(MP)의 복수의 나노 안테나(NA)에 주기적이고 이산적인 구동 신호를 인가하면, 각 픽셀(MP)에서 겉보기 격자(MG)가 형성된다. 도 17의 (나)에서 솔리드 무늬로 표시된 나노 안테나(NA)는 강한 광학적 세기를 가진 상태를, 민무늬로 표시된 나노 안테나(NA)는 약한 광학적 세기를 가진 상태를 표시한다.
복수의 픽셀(MP)에 수직한 입사 평면(S1) 내에서 법선(Ln)에 대하여 θ의 입사 각도로 입사광(L1)이 복수의 픽셀(MP)에 입사될 수 있다. 모든 픽셀(MP)의 겉보기 격자(MG)(MG)의 위상이 동일하다면 1차 회절광은 법선(Ln) 방향으로 출사된다. 이웃하는 픽셀(MP) 사이에 위상 구배(phase gradient)가 있으면 2차원 빔 스티어링이 가능하다. 따라서, 복수의 픽셀(MP)의 겉보기 격자(MG)(MG)의 위상을 적절히 배열하면 입사 평면(S1)에 대하여 각도를 가지는 출사 평면(S2)을 따라 출사되는 2차원적으로 스티어링되는 1차 회절광(L2)을 얻을 수 있다.
본 실시예에서는 각각의 행(raw)에 속하는 4개의 픽셀(MP)의 겉보기 격자(MG)(MG)가 각각 0도, 90도, 180도, 360도의 기하 위상을 갖도록, 각각의 열(column)에 속하는 4개의 픽셀(MP)의 겉보기 격자(MG)(MG)가 각각 0도, 90도, 180도, 360도의 기하 위상을 갖도록 구동 신호가 인가된다. 즉 각각의 픽셀(MP)은 이웃하는 픽셀(MP)과 90도의 위상차를 갖도록 구동 신호가 인가된다. 이에 의하여, 2차원 빔 스티어링이 가능하다.
한편, 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치(1)에 따르면, 서로 다른 파장의 광을 출사하는 복수의 광원(21a,21b,21c)을 적용하므로, 광원의 수만큼 복수의 빔 스티어링 각도를 얻을 수 있다.
즉, 수학식 7에서와 같이, 정해진 슈퍼셀 주기인 ΛSC에 대해서 파장별로 다음과 같이 서로 다른 빔 스티어링 각도를 얻을 수 있다. 도 18a, 도 18b 및 도 19은 도 15a, 도 15b 및 도 16에서와 동일한 조건에서 서로 다른 파장을 사용했을 때의 빔 스티어링 각도를 보여준다.
도 18a는 도 15a와 같이 소자가 AC-AC-DE-DE-AC-AC-DE-DE 픽셀(MP1)과 AC-AC-DE-DE-AC-AC-DE-DE 픽셀(MP2)이 반복되어 이루어 겉보기 변위가 0°로서 모두 같은 경우를 보여준다. 이 경우 수학식 6에서 파장이 달라짐에 따라 Point A group 의 각도는 약 -20.2487° (1600 nm 파장), 약 -17.9518° (1550 nm), 약 -15.6844° (1500 nm), 약 -13.4419° (1450 nm), 약 -11.2202° (1400 nm) 및 약 -9.0155° (1350 nm)에 형성된다. 즉, 하나의 빔 스티어링 소자(100)에 같은 입사 각도인 60°의 광경로로 서로 다른 파장을 인가함으로써 상이한 빔 스티어링 각도 θ를 확보할 수 있다.
도 18b는 도 15b와 같이 픽셀(MP1)은 AC-AC-DE-DE-AC-AC-DE-DE 형태로 전압을 인가하고, 픽셀(MP2)는 DE-DE-AC-AC-DE-DE-AC-AC 형태로 전압을 인가하는 경우를 보여준다. 이 경우 수학식 7에서 파장이 달라짐에 따라 Point B group 의 각도는 약 -2.4682° (1600 nm 파장), 약 -0.8398° (1550 nm), 약 0.7880° (1500 nm), 약 2.4164° (1450 nm), 약 4.0468° (1400 nm), 그리고 약 5.6804° (1350 nm)의 각도로 빔 스티어링이 가능함을 알 수 있다.
도 19은 수학식 7에서 ΛSC,2 부분이 330 nm × 4 × 2 × N, 여기서 N=2이상 자연수인 경우에 대해 1350 nm, 1400 nm, 1450 nm, 1500 nm, 1550 nm, 1600 nm의 파장에 대한 빔 스티어링 각도를 나타낸다. 동일한 입사 각도와 동일한 하나의 픽셀 구동 방식에 대해서 복수 개의 서로 다른 파장을 이용함에 따라 복수 개의 서로 다른 빔 스티어링 각도를 구현 가능함을 알 수 있다.
도 19에서는, 파장의 종류를 6개로 선택하고, 제어 방식을 총 10개로 하여 60개의 각도인 -20.2487°, -17.9518°, -16.5881°, -16.1860°, -15.6844°, -15.6844°, -15.0413°, -14.4482°, -14.1869°, -14.0626°, -13.5814°, -13.4419°, -12.9960°, -12.9642°, -12.3287°, -12.1437°, -11.9587°, -11.4969°, -11.2202°, -11.2202°,-10.9991°, -10.9043°, -10.2262°, -10.1160°, -9.8711°, -9.4278°, -9.2903°, -9.0155°, -9.0155°, -8.8586°, -8.2838°, -8.1376°, -8.1010°, -7.7967°, -7.3709°, -7.3709°, -7.0428°, -6.8242°, -6.4600°, -6.0961°, -6.0597°,-5.7325°, -5.4599°, -5.3236°, -5.0785°, -4.7984°, -4.6428°, -4.0987°, -3.5549°, -3.1201°, -2.8303°, -2.4682°, -1.6538°, -1.0207°, -0.8398°, 0.7880°, 0.7880°, 2.4164°, 4.0468°, 그리고 5.6804° 에 대한 예시를 보여준다. 그러나, 서로 다른 복수 개의 파장의 개수를 더 세분화하고 동작 파장을 더 세분화 함으로써 더욱 세세한 각도 표현이 가능하다. 또한, 나노 안테나(NA)의 구성을 도 15a, 도 15b 및 도 16, 도 18a, 도 18b 및 도 19의 경우와 같이, 4개의 나노 안테나(NA)를 하나의 겉보기 격자(MG)로 구성하고, 2 개의 겉보기 격자(MG)가 하나의 픽셀을 이루도록 하는 방식 외에도 다양한 조합으로, 빔 스티어링 각도를 늘리거나 줄일 수 있다.
한편, 도 15a, 도 15b, 도 16, 도 18a, 도 18b 및 도 19에서는 빔 스티어링 소자(100)의 나노 안테나(NA)에 수직한 방향의 전기장을 가진 광파가 60도 각도로 입사하는 경우에 대한 시뮬레이션 결과를 예를 들어 보여주는데, 도 1 및 도 2를 참조로 설명한 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치(1)의 빔 스티어링 소자(100)에 입사하는 광의 입사 각도가 달라지면, 수학식 6 또는 수학식 7에 따라 빔 스티어링 각도가 달라질 수 있다. 또한, 복수의 광원(21a,21b,21c)에서 출사된 서로 다른 파장의 광은 도 1에서와 같이 동일 입사각으로 빔 스티어링 소자(100)에 입사되거나, 도 2에서와 같이 서로 다른 입사각으로 빔 스티어링 소자(100)에 입사될 수 있으며, 빔 스티어링 각도는, 입사광의 각 파장 및 그 입사각에 따라 달라질 수 있다.
한편, 이상에서는 빔 스티어링 소자(100)의 겉보기 격자(MG) 형성 및 변위 조정이, 전기적인 게이팅 즉, 전압 인가에 의해 이루어지는 것으로 설명하였는데, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 빔 스티어링 소자(100)는 전기적인 게이티 이외에, 광 자극, 가열 화학반응, 자기장 및 기계적인 방법 중 어느 하나에 의해 겉보기 격자(MG) 형성 및 변위 조정이 이루어지도록 마련될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치(1)에 따르면, 서로 다른 파장의 광을 출사하는 복수의 광원(21a,21b,21c), 복수의 나노 안테나(NA)를 포함하며 겉보기 격자(MG)의 변위에 의해 위상을 변조하여 입사광의 진행 방향으로 스티어링하는 빔 스티어링 소자(100)를 적용함으로써, 한번 입력된 제어 신호 패턴에 대해 복수 위치에 광을 조사하고, 적어도 하나 이상의 객체에서 반사된 복수 위치의 광을 복수의 광검출기(51,53,55)로 감지할 수 있으므로, 광원의 개수만큼 해상도가 증가할 수 있다.
또한, 실시예에 거리 정보 획득 장치(1)에 따르면, 빔 스티어링 소자(100)의 나노 안테나(NA)의 광학적 세기, 즉 투과/반사/산란의 세기를 개별적으로 조절하여, 겉보기 격자(MG)(메타 격자)를 형성하고, 픽셀(MP) 내부의 나노 안테나(NA) 광학적 세기 분포에 변위를 유발하여 입사된 광파의 고차 회절 성분이 변위에 비례하는 기하 위상을 갖도록 한다. 이러한 형태의 빔 스티어링 소자(100)는 나노 안테나(NA)의 광학적 세기 분포를 디지털화하여 변화시킴으로써 겉보기 격자(MG)(MG)의 변위를 쉽게 조절할 수 있다. 따라서, 디지털화된 제어 방법으로 원하는 다양한 각도로 빔을 스티어링할 수 있다. 또한, 1차 회절광을 스티어링함으로써, 스티어링 범위 내에서 출사광의 진폭이 일정하게 유지될 수 있다. 따라서, 측광(side lobe)의 비율이 적은 우수한 스티어링 광을 얻을 수 있다. 또한, 복수의 나노 안테나(NA)에 구동 신호를 인가하기 위한 배선 구조가 간단하고, 선형적인 전압-위상 응답 특성을 얻을 수 있다. 또한, 기계적인 움직임이 없는 소위 전고체 상태(all-solid-state)로 동작되므로, 고속 동작이 가능하며 제조 공정 상의 오차에 의한 응답성의 산포가 작아 균일한 응답특성을 얻을 수 있다.
이와 같이, 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치(1)에 따르면, 빔 스티어링 소자(100)의 겉보기 격자(MG)의 변위에 의해 위상 변조를 수행하여 빔을 스티어링할 수 있으며, 아울러 복수의 광원(21a,21b,21c)에서 출사된 서로 다른 파장의 광을 서로 다른 각도로 스티어링할 수 있으므로, 복수 파장의 광 사용에 대응되게 해상도가 증가할 수 있다.
따라서, 이상에서 설명한 바와 같은 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치(1)는 복수개의 파장에 대해 각 파장별로 다른 미세한 각도로 빔 스티어링할 수 있으므로, 해상도 및 프레임수가 향상된 메타 표면 라이다 장치 등으로 구현될 수 있다.
또한, 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치(1)는, 예를 들어, 모바일용 라이다 센서, 거리 센서, 3차원 센서 등으로 적용될 수 있으며, 이에 따라 모바일용 뎁스 카메라 등을 탑재한 모바일 기기를 구현할 수 있다.
이외에도, 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치(1)는, 라이다 센서, 거리 센서, 3차원 센서 등을 요구하는 다양한 전자 장치에 적용될 수 있다. 예를 들어, 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치(1)를 적용한 라이다 센서는, 자율 주행 자동차, 드론(drone) 등의 이동 객체, 모바일(mobile) 기기, 소형 보행 수단(예컨대, 자전거, 오토바이, 유모차, 보드 등), 로봇류, 사람/동물의 보조 수단(예컨대, 지팡이, 헬멧, 장신구, 의류, 시계, 가방 등), IoT(Internet of Things) 장치/시스템, 보안 장치/시스템 등에 적용될 수 있다.
또한, 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치(1)는 라이다 센서 이외에 다양한 시스템에 적용될 수 있다. 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치(1)는 공간 및 피사체의 3차원적인 정보를 고해상도 획득할 수 있기 때문에, 3차원 이미지 획득 장치나 3차원 카메라 등에 적용될 수 있다.
도 20는 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치(1)를 모바일 기기(1000)에 적용한 경우를 보여주는 개념도이다. 도 20는 모바일 기기(1000)의 후면에 복수의 카메라(1200) 및 3차원 거리 정보 획득 장치(1100)를 적용하여, 3차원 이미지를 획득하는 초소형 뎁스 카메라를 구현한 예를 보여준다. 3차원 거리 정보 획득 장치(1100)로 전술한 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치(1)를 적용할 수 있다. 3차원 거리 정보 획득 장치(1100)로 카메라(1200)로 촬영하고자 하는 피사체의 거리 정보를 획득하고, 이를 카메라의 포커스 조정에 적용하거나 촬영 영상 또는 이미지에 적용함으로써 피사체의 3차원적인 정보를 획득할 수 있다.
도 21 및 도 22은 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치(1)를 차량(2000)에 적용한 경우를 보여주는 개념도이다. 도 21은 측방에서 바라본 도면이고, 도 22은 위에서 바라본 도면이다.
도 21을 참조하면, 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치(1)를 라이다 장치(2100)로 구현하여 차량(2000)에 적용할 수 있으며, 이를 이용해서 피사체(2300)에 대한 정보를 획득할 수 있다. 차량(2000)은 자율 주행 기능을 갖는 자동차일 수 있다. 라이다 장치(2100)를 이용해서, 차량(2000)이 진행하는 방향에 있는 객체나 사람, 즉, 피사체(2300)를 탐지할 수 있다. 또한, 송신 신호와 검출 신호 사이의 시간 차이 등의 정보를 이용해서, 피사체(2200)까지의 거리를 측정할 수 있다. 또한, 도 22에 도시된 바와 같이, 스캔 범위 내에 있는 가까운 피사체(2301)와 멀리 있는 피사체(2302)에 대한 정보를 획득할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치(1)는 예를 들어, 도 23 및 도 24에서와 같이 빔 스티어링 장치(10A)(10B)로 구현될 수 있다.
도 23은 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치(1)를 적용한 빔 스티어링 장치(10A)를 개략적으로 보여준다.
도 23을 참조하면, 빔 스티어링 장치(10A)를 이용하여 빔을 1차원적으로 스티어링할 수 있다. 이를 위해, 빔 스티어링 장치(10A)는 거리 정보 획득 장치(1)의 빔 스티어링 소자(100)를 1차원적으로 배열된 복수의 픽셀(MP)을 포함하도록 구성함으로써, 겉보기 격자(MG)의 1차원적인 배열을 형성할 수 있다. 이 경우, 소정의 객체(OBJ)를 향하여 빔을 제1방향(D1)을 따라 스티어링할 수 있으며, 복수개의 파장에 대해 각 파장별로 다른 미세한 각도로 빔 스티어링이 이루어질 수 있다.
도 24는 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치(1)를 적용한 빔 스티어링 장치(10B)를 개략적으로 보여준다.
도 24를 참조하면, 빔 스티어링 장치(10B)를 이용하여 빔을 2차원적으로 스티어링할 수 있다. 이를 위해, 빔 스티어링 장치(10B)는 거리 정보 획득 장치(1) 빔 스티어링 소자(100)를 2차원적으로 배열된 복수의 픽셀(MP)을 포함하도록 구성함으로써, 겉보기 격자(MG)의 2차원적인 배열을 형성할 수 있다. 이 경우, 소정의 객체(OBJ)를 향하여 빔을 제1방향(D1) 및 이와 수직인 제2방향(D2)을 따라 2차원적으로 스티어링할 수 있으며, 복수개의 파장에 대해 각 파장별로 다른 미세한 각도로 빔 스티어링이 이루어질 수 있다.
도 23 및 도 24를 참조하여 설명한 빔 스티어링 장치(10A)(10B)는, 비기계식 초고속 빔 스캔 장치(non-mechanical ultrafast beam scanning apparatus)일 수 있다.
도 23 및 도 24에서와 같이, 실시예에 따른 빔 스티어링 소자(100)를 적용하여 빔 스티어링 장치(10A)(10B)를 구현하는 경우에도, 빔 스티어링 소자(100)가 측광(side lobe)가 감소된 1차 회절광을 스티어링하므로, 광검출기의 신호대잡음비가 향상될 수 있다. 또한, 빔 스티어링을 위한 기계적인 움직임이 없으므로, 고속 동작이 가능하고 응답성의 산포가 적다. 따라서, 정밀한 고속 광검출이 가능하다.
한편, 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치(1)는, 다양한 광학 장치에도 적용될 수 있다. 예컨대, 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치(1)를 이용하면 스캐닝을 통해 공간 및 피사체의 3차원적인 정보를 획득할 수 있기 때문에, 3차원 이미지 획득 장치나 3차원 카메라 등에 적용될 수 있다. 또한, 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치(1)는 홀로그래픽(holographic) 디스플레이 장치 및 구조광(structured light) 발생 장치에 적용될 수 있다. 또한, 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치(1)는 다양한 빔 스캔 장치, 홀로그램(hologram) 생성 장치, 광 결합 장치, 가변 초점 렌즈, 깊이 센서(Depth sensor) 등 다양한 광학 장치에 적용될 수 있다. 이외에도 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치(1)는 다양한 광학 및 전자기기 분야에 여러 가지 용도로 적용될 수 있다.
앞선 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 예시적인 실시예에 따른 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.
1: 거리 정보 획득 장치 21a,21b,21c: 광원 51,53,55: 광검출기
61,63,65: 밴드 패스 필터 70: 제어부 100,110,120: 빔 스티어링 소자
211: 반사층 212: 활성층 213: 제2절연층 214: 제1절연층
AC: 전하축적 AG,AG1,AG2: 안테나 그룹 DE: 전하공핍
NA: 나노 안테나 MG: 겉보기 격자 MP,MP1,MP2: 픽셀

Claims (22)

  1. 서로 다른 파장의 광을 출사하는 복수의 광원;
    복수의 나노 안테나를 포함하고, 겉보기 격자를 형성하며, 겉보기 격자의 변위에 의해 위상을 변조하여, 상기 복수의 광원으로부터 입사각을 가지고 입사되는 광의 진행 방향을 스티어링하는 빔 스티어링 소자;
    상기 복수의 광원에 대응되게 마련되고, 상기 빔 스티어링 소자에 의해 스티어링되고 객체에서 반사된 광을 감지하는 복수의 광검출기;
    광의 진행 방향을 스티어링하여 거리 정보를 획득하도록 상기 빔 스티어링 소자를 제어하는 제어부;를 포함하는 거리 정보 획득 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 광원 중 적어도 두개의 광원은 출사된 광을 상기 빔 스티어링 소자에 동일 입사각으로 입사시키도록 배치된 거리 정보 획득 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 복수의 광원 중 적어도 두개의 광원은 출사된 광을 상기 빔 스티어링 소자에 서로 다른 입사각으로 입사시키도록 배치된 거리 정보 획득 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 복수의 광검출기 각각의 앞단에, 상기 복수의 광원 중 대응하는 광원의 출사 광 파장 대역을 통과시키는 밴드 패스 필터;를 더 포함하는 거리 정보 획득 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 빔 스티어링 소자는,
    입사광의 파장에 따라 서로 다른 빔 스티어링 각도를 가지도록 마련된 거리 정보 획득 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 빔 스티어링 소자는
    반사층, 제어 신호에 따라 광학적 물성이 변화되는 활성층, 적어도 하나의 절연층;을 더 포함하며,
    상기 나노 안테나 및 반사층 중 적어도 하나에 인가되는 전압에 따라 상기 나노 안테나에 대응되게 상기 활성층에 전하축적영역 또는 전하공핍영역을 형성하여 겉보기 격자를 형성하는 거리 정보 획득 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 빔 스티어링 소자에 의해 스티어링되는 광은, 1차 회절광인 거리 정보 획득 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 나노 안테나는 금속 나노 안테나인 거리 정보 획득 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 광원에서 출사되어 상기 빔 스티어링 소자로 입사되는 광의 입사 각도와 상기 빔 스티어링 소자로부터 출사되는 1차 회절광의 출사 각도를 각각 θinc, θ1st이라 하고, 입사광의 파장을 λ0, 복수의 나노 안테나를 포함하는 하나의 안테나 그룹의 주기에 해당하는 상기 겉보기 격자의 1차 주기를 ΛSC,1라 할 때,
    Figure pat00014

    을 만족하는 거리 정보 획득 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 광원에서 출사되어 상기 빔 스티어링 소자로 입사되는 광의 입사 각도와 상기 빔 스티어링 소자로부터 출사되는 1차 회절광의 출사 각도를 각각 θinc, θ1st이라 하고, 입사광의 파장을 λ0, 복수의 나노 안테나를 포함하는 하나의 안테나 그룹의 주기에 해당하는 상기 겉보기 격자의 1차 주기와 겉보기 변위가 서로 다른 복수의 픽셀의 주기를 합한 주기에 해당하는 상기 겉보기 격자의 2차 주기를 각각 ΛSC,1, ΛSC,2 라 할 때,
    Figure pat00015

    을 만족하는 거리 정보 획득 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 빔 스티어링 소자는
    복수의 픽셀을 구비하며,
    상기 복수의 픽셀 각각은 복수의 나노 안테나를 구비하는 거리 정보 획득 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 복수의 픽셀 각각은 하나 이상의 안테나 그룹을 포함하며,
    상기 안테나 그룹은 복수의 나노 안테나를 포함하며,
    상기 겉보기 격자의 주기는 상기 안테나 그룹의 주기와 동일한 거리 정보 획득 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 복수의 픽셀 각각은 둘 이상의 안테나 그룹을 포함하며,
    동일한 픽셀 내의 둘 이상의 안테나 그룹에는 동일한 패턴의 제어 신호가 인가되는 거리 정보 획득 장치.
  14. 제11항에 있어서, 상기 복수의 픽셀은 1차원 배열 구조나 2차원 배열 구조를 가지는 거리 정보 획득 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 빔 스티어링 소자의 겉보기 격자 형성 및 변위 조정은, 전기적인 게이팅, 광 자극, 가열 화학반응, 자기장 및 기계적인 방법 중 어느 하나로 이루어지도록 마련된 거리 정보 획득 장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 빔 스티어링 소자는, 극자외선, 가시광, 근적외선, 중적외선, 원적외선, THz, GHz, RF 영역에서 동작하도록 마련된 거리 정보 획득 장치.
  17. 제1항에 있어서, 상기 복수의 광원은,
    에지 발광 레이저, 수직 공동 면발광 레이저, 광결정 면발광 레이저, 레이저 다이오드 중 어느 하나 또는 그 조합을 포함하는 거리 정보 획득 장치.
  18. 제1항에 있어서, 상기 광검출기는, SiPM, APD, SPAD, 포토 디텍터(PD) 중 어느 하나를 포함하는 3차원 거리 정보 획득 장치.
  19. 거리 센서, 3차원 센서, 라이다 센서 중 적어도 하나의 센서를 구비하며,
    상기 센서로 청구항 1항 내지 18항 중 어느 한 항의 거리 정보 획득 장치를 구비하는 전자 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 센서는 모바일용 라이다 센서인 전자 장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 전자 장치는, 모바일용 뎁스 카메라인 전자 장치.
  22. 제20항에 있어서, 상기 센서를 포함하는 모바일용 뎁스 카메라를 구비하는 전자 장치.
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