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WO2025178281A1 - 2d conversion optical array structure and light scanning device - Google Patents

2d conversion optical array structure and light scanning device

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Publication number
WO2025178281A1
WO2025178281A1 PCT/KR2025/001592 KR2025001592W WO2025178281A1 WO 2025178281 A1 WO2025178281 A1 WO 2025178281A1 KR 2025001592 W KR2025001592 W KR 2025001592W WO 2025178281 A1 WO2025178281 A1 WO 2025178281A1
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WO
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optical
array structure
light
transformation
split
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Pending
Application number
PCT/KR2025/001592
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French (fr)
Korean (ko)
Inventor
석경민
박승준
이명원
박용수
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dongwoo Fine Chem Co Ltd
Original Assignee
Dongwoo Fine Chem Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dongwoo Fine Chem Co Ltd filed Critical Dongwoo Fine Chem Co Ltd
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Pending legal-status Critical Current
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Definitions

  • the present invention relates to a 2D transformation optical array structure and an optical scanning device. More specifically, the present invention relates to a 2D transformation optical array structure including an optical multilayer structure and an optical scanning device utilizing the same.
  • an optical scanning device such as a Light Detection And Ranging (LiDAR) sensor is a radar system that measures the location coordinates of a reflector by measuring the time it takes for laser light to be reflected and returned.
  • LiDAR sensors are applied to various devices such as automobiles, robots, and drones. Recently, LiDAR sensors are installed on aircraft or satellites and used for topographic surveying, and are also utilized in speed guns, autonomous mobile robots, and self-driving cars.
  • LiDAR sensors can generate information about objects based on the time-of-flight (ToF) measurement method of light. For example, a LiDAR sensor transmits light toward an object and receives it back through the sensor, measuring the time-of-flight using high-speed electrical circuits. The LiDAR sensor then calculates the distance to the object from the time-of-flight and, using the calculated distance for each position of the object, generates additional information about the object.
  • ToF time-of-flight
  • the transmitted light can be split into phased arrays.
  • sufficiently high-precision position/velocity information may not be generated.
  • Korean Patent Publication No. 10-2020-0127364 discloses a ToF type lidar sensor.
  • One object of the present invention is to provide a 2D transformation lens array structure having improved precision and reliability.
  • An object of the present invention is to provide an optical scanning device having improved precision and reliability.
  • a 2D transformation optical array structure comprising a plurality of horizontally divided optical paths that horizontally divide light introduced from a light source, each of the horizontally divided optical paths having a multilayer structure in which a plurality of vertically divided optical paths are vertically stacked.
  • a 2D conversion optical array structure further comprising a switching element that distributes light to each of the vertically divided optical paths in the above 1.
  • a 2D transformation optical array structure further comprising a lens structure through which vertically divided light generated from the vertically divided optical paths passes in the above 1.
  • the lens structure is a 2D transformation optical array structure including individual lenses corresponding to each of the vertically divided optical paths.
  • a 2D transformation optical array structure in which the tilt angle sequentially increases or decreases from the individual lens positioned at the lowest position among the individual lenses in the above 6.

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Abstract

A 2D conversion optical array structure and a light scanning device are provided. The 2D conversion optical array structure comprises a plurality of horizontal light-splitting paths for horizontally splitting a beam introduced from a light source. Each of the horizontal light-splitting paths has a multilayer structure in which a plurality of vertical light-splitting paths is stacked in a vertical direction. The light scanning device comprises: a light source; a 2D conversion optical array structure for generating horizontally and vertically split beams from a beam emitted from the light source; and a detector for detecting beams reflected from an object after being emitted from the 2D conversion optical array structure.

Description

2D 변환 광학 어레이 구조체 및 광 스캐닝 장치2D transformation optical array structure and optical scanning device

본 발명은 2D 변환 광학 어레이 구조체 및 광 스캐닝 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 광학 다층 구조를 포함하는 2D 변환 광학 어레이 구조체 및 이를 활용한 광 스캐닝 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a 2D transformation optical array structure and an optical scanning device. More specifically, the present invention relates to a 2D transformation optical array structure including an optical multilayer structure and an optical scanning device utilizing the same.

예를 들면, 라이다(Light Detection And Ranging: LiDAR) 센서와 같은 광 스캐닝 장치는  레이저 광을 입사한 후, 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여 반사체의 위치좌표를 측정하는 레이다 시스템이다. 라이다 센서는 자동차, 로봇, 드론 등과 같은 다양한 장치에 적용되고 있다. 최근에는, 라이다 센서는 항공 또는 위성에 탑재되어 지형측량에 사용되며,  스피드 건, 자율 이동 로봇, 자율 주행 자동차 등에도 활용되고 있다.For example, an optical scanning device such as a Light Detection And Ranging (LiDAR) sensor is a radar system that measures the location coordinates of a reflector by measuring the time it takes for laser light to be reflected and returned. LiDAR sensors are applied to various devices such as automobiles, robots, and drones. Recently, LiDAR sensors are installed on aircraft or satellites and used for topographic surveying, and are also utilized in speed guns, autonomous mobile robots, and self-driving cars.

예를 들면, 라이다 센서는 광의 왕복 비행시간 측정법(Time of Flight, ToF)에 기반하여 사물의 정보를 생성할 수 있다. 예를 들어, 라이다 센서는 대상체를 향해 송신된 광을 센서를 통해 다시 수신하며, 고속 전기회로를 이용하여 비행시간을 계측할 수 있다. 이후, 라이다 센서는 비행시간으로부터 대상체까지의 거리를 연산하고, 대상체의 각 위치 별로 연산된 거리를 이용하여 대상체에 대한 추가 정보를 생성할 수 있다For example, LiDAR sensors can generate information about objects based on the time-of-flight (ToF) measurement method of light. For example, a LiDAR sensor transmits light toward an object and receives it back through the sensor, measuring the time-of-flight using high-speed electrical circuits. The LiDAR sensor then calculates the distance to the object from the time-of-flight and, using the calculated distance for each position of the object, generates additional information about the object.

그러나, 상기 ToF 방식에 의한 측정 시, 속도에 대한 정보가 실시간으로 산출되지 않으며, 방출된 레이저 펄스가 안개와 같은 대기 환경에 의해 약해지면 측정 세기, 측정 감도가 저하될 수 있다.However, when measuring using the ToF method, information on speed is not produced in real time, and if the emitted laser pulse is weakened by an atmospheric environment such as fog, the measurement intensity and measurement sensitivity may decrease.

광 스캐닝을 위해 송신 광을 위상 어레이로 분할시킬 수 있다. 그러나, 상기 위상 어레이 분할에 의해서도 충분한 고 정밀도의 위치/속도 정보 생성이 구현되지 않을 수 있다.For optical scanning, the transmitted light can be split into phased arrays. However, even with the phased array splitting, sufficiently high-precision position/velocity information may not be generated.

예를 들면, 한국 공개 특허공보 10-2020-0127364 호는 ToF 방식의 라이다 센서를 개시하고 있다.For example, Korean Patent Publication No. 10-2020-0127364 discloses a ToF type lidar sensor.

본 발명의 일 과제는 향상된 정밀도 및 신뢰성을 갖는 2D 변환 렌즈 어레이 구조체를 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a 2D transformation lens array structure having improved precision and reliability.

본 발명의 일 과제는 향상된 정밀도 및 신뢰성을 갖는 광 스캐닝 장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an optical scanning device having improved precision and reliability.

1. 광원으로부터 도입된 광을 수평 분할하는 복수의 수평 분할 광로들을 포함하고, 상기 수평 분할 광로들 각각은 복수의 수직 분할 광로들이 수직 방향으로 적층된 다층 구조를 갖는, 2D 변환 광학 어레이 구조체.1. A 2D transformation optical array structure comprising a plurality of horizontally divided optical paths that horizontally divide light introduced from a light source, each of the horizontally divided optical paths having a multilayer structure in which a plurality of vertically divided optical paths are vertically stacked.

2. 위 1에 있어서, 상기 다층 구조는 상기 수직 분할 광로들 사이에 배치된 배리어층들을 더 포함하는, 2D 변환 광학 어레이 구조체.2. A 2D transformation optical array structure in the above 1, wherein the multilayer structure further includes barrier layers arranged between the vertically divided optical paths.

3. 위 1에 있어서, 상기 수평 분할 광로들은 각각의 수평 분할 광로 말단으로부터 분기되는 복수의 서브 수평 분할 광로들을 포함하는, 2D 변환 광학 어레이 구조체.3. A 2D transformation optical array structure in the above 1, wherein the horizontal split optical paths include a plurality of sub-horizontal split optical paths branching from each horizontal split optical path end.

4. 위 1에 있어서, 상기 수직 분할 광로들 각각으로 광들을 분배하는 스위칭 소자를 더 포함하는, 2D 변환 광학 어레이 구조체.4. A 2D conversion optical array structure further comprising a switching element that distributes light to each of the vertically divided optical paths in the above 1.

5. 위 1에 있어서, 상기 수직 분할 광로들로부터 생성된 수직 분할 광들이 통과되는 렌즈 구조를 더 포함하는, 2D 변환 광학 어레이 구조체.5. A 2D transformation optical array structure further comprising a lens structure through which vertically divided light generated from the vertically divided optical paths passes in the above 1.

6. 위 5에 있어서, 상기 렌즈 구조는 상기 수직 분할 광로들 각각에 대응되는 개별 렌즈들을 포함하는, 2D 변환 광학 어레이 구조체.6. In the above 5, the lens structure is a 2D transformation optical array structure including individual lenses corresponding to each of the vertically divided optical paths.

7. 위 6에 있어서, 상기 개별 렌즈들 중 적어도 하나는 수평 방향에 대해 경사지게 배치된, 2D 변환 광학 어레이 구조체.7. A 2D transformation optical array structure in the above 6, wherein at least one of the individual lenses is arranged to be inclined with respect to the horizontal direction.

8. 위 6에 있어서, 상기 개별 렌즈들 중 최하부에 배치된 개별 렌즈로부터 순차적으로 경사각이 증가 또는 감소하는, 2D 변환 광학 어레이 구조체.8. A 2D transformation optical array structure in which the tilt angle sequentially increases or decreases from the individual lens positioned at the lowest position among the individual lenses in the above 6.

9. 위 8에 있어서, 상기 경사각은 -10o 내지 10o 범위에서 유지되는, 2D 변환 광학 어레이 구조체.9. A 2D transformation optical array structure in the above 8, wherein the inclination angle is maintained in the range of -10 o to 10 o.

10. 위 5에 있어서, 상기 다층 구조에 포함된 상기 수직 분할 광로들 중 적어도 하나는 수평 방향에 대해 경사지게 배치된, 2D 변환 광학 어레이 구조체.10. A 2D transformation optical array structure in the above 5, wherein at least one of the vertically divided optical paths included in the multilayer structure is arranged to be inclined with respect to the horizontal direction.

11. 위 10에 있어서, 상기 수직 분할 광로들 중 최하부에 배치된 수직 분할 광로로부터 순차적으로 경사각이 증가 또는 감소하는, 2D 변환 광학 어레이 구조체.11. A 2D transformation optical array structure in which the tilt angle sequentially increases or decreases from the vertically divided optical path arranged at the lowest among the vertically divided optical paths in the above 10.

12. 위 11에 있어서, 상기 경사각은 -10o 내지 10o 범위에서 유지되는, 2D 변환 광학 어레이 구조체.12. A 2D transformation optical array structure in the above 11, wherein the inclination angle is maintained in the range of -10 o to 10 o .

13. 위 10에 있어서, 상기 다층 구조에 대응되는 상기 렌즈 구조는 단일 렌즈로 제공되는, 2D 변환 광학 어레이 구조체.13. A 2D transformation optical array structure in which the lens structure corresponding to the multilayer structure in the above 10 is provided as a single lens.

14. 광원; 상기 광원으로부터 방출된 광으로부터 수평 및 수직 분할 광들을 생성하는 상술한 실시예들에 따른 2D 변환 광학 어레이 구조체; 및 상기 2D 변환 광학 어레이 구조체로부터 조사된 광들이 대상체로부터 반사된 광들을 검출하는 검출기를 포함하는, 광 스캐닝 장치.14. An optical scanning device comprising: a light source; a 2D transformation optical array structure according to the above-described embodiments that generates horizontal and vertically divided lights from light emitted from the light source; and a detector that detects lights reflected from an object by lights emitted from the 2D transformation optical array structure.

15. 위 14에 있어서, 상기 2D 변환 광학 어레이 구조체는 단일의 광 위상 배열(optical phased array: OPA) 소자로 제공되는, 광 스캐닝 장치.15. An optical scanning device according to 14 above, wherein the 2D transformation optical array structure is provided as a single optical phased array (OPA) element.

본 발명의 실시예들에 따르는 2D 변환 광학 어레이 구조체는 복수의 수평 분할 광로들을 포함하며, 각각의 수평 분할 광로들은 수직 분할 광로들의 다층 구조 또는 적층체를 포함할 수 있다. 이에 따라, 예를 들면 하나의 광 위상 배열(optical phased array: OPA) 소자를 통해 2차원(2D) 빔 조향을 구현할 수 있다. 이에 따라, 분할 광들이 2차원 평면에서 서로 다른 위치를 가지며 광 스팟들을 생성할 수 있다. 상기 2D 변환 광학 어레이 구조체를 포함하는 센서를 통해 연속적인 광 스캐닝을 구현하면서 신호 처리 속도를 증가시킬 수 있다.A 2D transformation optical array structure according to embodiments of the present invention includes a plurality of horizontally split optical paths, each of which may include a multilayer structure or stack of vertically split optical paths. Accordingly, two-dimensional (2D) beam steering can be implemented, for example, through a single optical phased array (OPA) element. Accordingly, the split light beams can have different positions in a 2D plane and generate light spots. Continuous optical scanning can be implemented through a sensor including the 2D transformation optical array structure, while increasing the signal processing speed.

본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 2D 변환 광학 어레이 구조체를 라이다 센서와 같은 광 스캐닝 장치에 적용할 수 있다. 광 스캐닝 장치는 수평 광분할 장치 및 수직 광분할 장치로서 상기 2D 변환 광학 어레이 구조체를 포함할 수 있다. 상기 수평 분할 광로들에 의해 수평 분할된 송신 광들이 상기 수직 분할 광로들의 다층 구조를 통해 다시 미세 분할될 수 있다. 이에 따라, 대상체의 측정 정보의 정밀도 및 해상도가 향상되며 대상체의 속도 정보를 실시간으로 스캐닝 및 수집할 수 있다.According to embodiments of the present invention, the 2D transformation optical array structure can be applied to an optical scanning device such as a lidar sensor. The optical scanning device can include the 2D transformation optical array structure as a horizontal light splitting device and a vertical light splitting device. Transmission light horizontally split by the horizontally split optical paths can be finely split again through the multilayer structure of the vertically split optical paths. Accordingly, the precision and resolution of measurement information of an object can be improved, and velocity information of the object can be scanned and collected in real time.

예를 들면, 별도의 모터 혹은 회전체와 같은 기계적 광분할 장치가 배제될 수 있으며, 이에 따라 상기 기계적 광분할 장치의 진동, 충격에 의한 빔 스캔의 부정확성을 회피할 수 있다. For example, a mechanical light splitting device such as a separate motor or rotor can be excluded, thereby avoiding inaccuracy in beam scanning due to vibration or shock of the mechanical light splitting device.

도 1은 예시적인 실시예들에 따른 2D 변환 광학 어레이 구조체를 나타내는 개략적인 평면도이다.FIG. 1 is a schematic plan view illustrating a 2D transformation optical array structure according to exemplary embodiments.

도 2는 예시적인 실시예들에 따른 2D 변환 광학 어레이 구조체를 나타내는 개략적인 단면도이다.FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a 2D transformation optical array structure according to exemplary embodiments.

도 3은 예시적인 실시예들에 따른 2D 변환 광학 어레이 구조체를 통한 광 스팟 생성을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.FIG. 3 is a schematic diagram illustrating light spot generation through a 2D transformation optical array structure according to exemplary embodiments.

도 4 내지 도 8는 일부 예시적인 실시예들에 따른 2D 변환 광학 어레이 구조체를 나타내는 개략적인 단면도들이다.FIGS. 4 to 8 are schematic cross-sectional views illustrating a 2D transformation optical array structure according to some exemplary embodiments.

도 9는 예시적인 실시예들에 따른 광 스캐닝 장치를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.FIG. 9 is a schematic block diagram illustrating an optical scanning device according to exemplary embodiments.

도 10은 예시적인 실시예들에 따른 광 스캐닝 장치를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.FIG. 10 is a schematic block diagram illustrating an optical scanning device according to exemplary embodiments.

본 발명의 실시예들은 복수의 광로들을 포함하는 2D 변환 광학 어레이 구조체를 제공한다. 본 발명의 실시예들은 2D 변환 광학 어레이 구조체 및 검출기를 포함하는 광 스캐닝 장치를 제공한다.Embodiments of the present invention provide a 2D transformation optical array structure including a plurality of optical paths. Embodiments of the present invention provide an optical scanning device including the 2D transformation optical array structure and a detector.

이하 도면을 참고하여, 본 발명의 실시예들을 보다 구체적으로 설명하도록 한다. 다만, 본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. However, the following drawings attached to this specification illustrate preferred embodiments of the present invention and, together with the contents of the invention described above, serve to further understand the technical concept of the present invention. Therefore, the present invention should not be interpreted as being limited to the matters described in such drawings.

본 명세서에서 사용되는 용어 "제1", "제2", "상면", "저면", "상부", "하부" 등은 절대적인 위치 혹은 순서를 한정하는 것이 아니라, 서로 다른 구성 또는 부분을 구분하기 위한 상대적인 의미로 사용된다.The terms “first,” “second,” “top,” “bottom,” “upper,” and “lower” used in this specification do not limit absolute positions or orders, but are used in a relative sense to distinguish different components or parts.

본 출원에 사용된 용어 "행 방향"은 수평 방향 또는 X 방향을 지칭할 수 있으며, "열 방향"은 상기 행 방향과 수직한 수직 방향 또는 Y 방향을 지칭할 수 있다. 상기 행 방향 및 상기 열 방향에 의해 2차원(2D) 평면이 정의될 수 있다.The term "row direction" as used in this application may refer to a horizontal direction or X direction, and "column direction" may refer to a vertical direction or Y direction perpendicular to the row direction. A two-dimensional (2D) plane may be defined by the row direction and the column direction.

도 1은 예시적인 실시예들에 따른 2D 변환 광학 어레이 구조체를 나타내는 개략적인 평면도이다. 2D 변환 광학 어레이 구조체는 광 위상 배열(optical phased array: OPA) 소자로 제공될 수 있다.FIG. 1 is a schematic plan view illustrating a 2D transformation optical array structure according to exemplary embodiments. The 2D transformation optical array structure may be provided as an optical phased array (OPA) element.

도 1을 참조하면, 상기 2D 변환 광학 어레이 구조체(100)(이하에서는, 광학 어레이 구조체로 약칭될 수 있다)는 빔 스플리터(beam splitter)부(130), 위상 변조(phase shift)부(140) 및 방사(emitting) 부(150)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the 2D conversion optical array structure (100) (hereinafter, may be abbreviated as optical array structure) may include a beam splitter section (130), a phase shift section (140), and an emitting section (150).

예를 들면, 광원(110)으로부터 조사된 광이 빔 스플리터부(130), 위상 변조부(140)를 순차적으로 거쳐 방사부(150)에서 방출될 수 있다.For example, light irradiated from a light source (110) can sequentially pass through a beam splitter (130) and a phase modulation unit (140) and be emitted from a radiation unit (150).

빔 스플리터부(130)에서 광원(110)으로부터 조사된 광이 복수의 수평 분할 광들로 분할될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 빔 스플리터부(130)는 복수의 수평 분할 광로들을 포함하며, 서브 수평 분할 광로들을 더 포함할 수 있다. 각각의 수평 분할 광로로부터 복수의 상기 서브 수평 분할 광로들이 분기될 수 있다.The light emitted from the light source (110) may be split into a plurality of horizontally split light paths in the beam splitter unit (130). In some embodiments, the beam splitter unit (130) includes a plurality of horizontally split light paths and may further include sub-horizontally split light paths. A plurality of the sub-horizontally split light paths may be branched from each of the horizontally split light paths.

예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 수평 분할 광로들은 제1 수평 분할 광로(132a) 및 제2 수평 분할 광로(132b)를 포함할 수 있다. 제1 수평 분할 광로(132a) 및 제2 수평 분할 광로(132b) 각각으로부터 복수의 상기 서브 수평 분할 광로가 분기될 수 있다.For example, as illustrated in FIG. 1, the horizontal split optical paths may include a first horizontal split optical path (132a) and a second horizontal split optical path (132b). A plurality of sub-horizontal split optical paths may be branched from each of the first horizontal split optical path (132a) and the second horizontal split optical path (132b).

예를 들면, 제1 수평 분할 광로(132a)로부터 제1 서브 수평 분할 광로(134a) 및 제2 서브 수평 분할 광로(134b)가 분기되고, 제2 수평 분할 광로(132b)로부터 제3 서브 수평 분할 광로(134c) 및 제4 서브 수평 분할 광로(134d)가 분기될 수 있다. For example, a first sub-horizontal split optical path (134a) and a second sub-horizontal split optical path (134b) may be branched from a first horizontal split optical path (132a), and a third sub-horizontal split optical path (134c) and a fourth sub-horizontal split optical path (134d) may be branched from a second horizontal split optical path (132b).

일부 실시예들에 있어서, 빔 스플리터부(130)의 일단부에 스위칭 소자(120)가 연결될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 각 수평 분할 광로로 광을 분배하는 분배기가 빔 스플리터부(130)의 상기 일단부에 배치될 수 있다. 상기 분배기는 예를 들면, MMI(multimode interference) 구조를 가질 수 있다.In some embodiments, a switching element (120) may be connected to one end of the beam splitter section (130). In some embodiments, a splitter for distributing light to each horizontally divided optical path may be arranged at the one end of the beam splitter section (130). The splitter may have, for example, a multimode interference (MMI) structure.

각각의 서브 수평 분할 광로들(134a~134d)에 입력된 광은 위상 변조부(140)에서 의해 서로 다른 위상을 갖도록 변환될 수 있다. 위상 변조부(140)는 각각의 서브 수평 분할 광로들(134a~134d)에 결합 또는 포함된 위상 변조기를 포함할 수 있다. 상기 위상 변조기는 전기적, 자기적, 열적, 기계적 방식 등을 통해 광변조를 수행할 수 있다.Light input into each of the sub-horizontal split optical paths (134a to 134d) can be converted to have different phases by a phase modulator (140). The phase modulator (140) can include a phase modulator coupled to or included in each of the sub-horizontal split optical paths (134a to 134d). The phase modulator can perform light modulation through electrical, magnetic, thermal, mechanical, or other means.

위상 변조부(140)를 통해 도 1의 평면 방향에서 수평 분배 광들 사이의 분해능이 증가될 수 있다.The resolution between horizontally distributed lights in the plane direction of FIG. 1 can be increased through the phase modulation unit (140).

도 2는 예시적인 실시예들에 따른 2D 변환 광학 어레이 구조체를 나타내는 개략적인 단면도이다. 도 2는 각각의 수평 분할 광로 또는 서브 수평 분할 광로의 적층 구조를 나타내는 단면도이다.Fig. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a 2D transformation optical array structure according to exemplary embodiments. Fig. 2 is a cross-sectional view illustrating a stacked structure of each horizontally divided optical path or sub-horizontally divided optical path.

도 2를 참조하면, 각각의 수평 분할 광로 또는 서브 수평 분할 광로는 수직 방향으로의 다층 구조를 가질 수 있다.Referring to FIG. 2, each horizontal split optical path or sub-horizontal split optical path may have a multi-layer structure in the vertical direction.

예시적인 실시예들에 따르면, 각각의 수평 분할 광로는 수직 방향 혹은 열 방향으로 적층된 복수의 수직 분할 광로들(170)을 포함할 수 있다.According to exemplary embodiments, each horizontal split optical path may include a plurality of vertical split optical paths (170) stacked in the vertical or column direction.

수직 분할 광로들(170) 사이에는 배리어층(160)이 배치되어 수직 분할 광로들(170) 사이의 광 혼합을 차단할 수 있다. 배리어층(160)은 광로들에 대한 기재층으로 제공될 수 있다. 예를 들면, 배리어층(160)은 석영, Si, Ge, SiGe 또는 이들의 산화물 또는 질화물과 같은 무기 절연 물질 또는 유기 수지 물질을 포함할 수 있다.A barrier layer (160) may be arranged between the vertically divided optical paths (170) to block light mixing between the vertically divided optical paths (170). The barrier layer (160) may be provided as a substrate layer for the optical paths. For example, the barrier layer (160) may include an inorganic insulating material such as quartz, Si, Ge, SiGe, or an oxide or nitride thereof, or an organic resin material.

도 2에 도시된 바와 같이, 제1 배리어층(160a), 제1 수직 분할 광로(170a), 제2 배리어층(160b), 제2 수직 분할 광로(170b), 제3 배리어층(160c), 제3 수직 분할 광로(170c), 제4 배리어층(160d), 제4 수직 분할 광로(170d), 제5 배리어층(160e) 및 제5 수직 분할 광로(170e)가 순차적으로 배치될 수 있다. As illustrated in FIG. 2, a first barrier layer (160a), a first vertically divided light path (170a), a second barrier layer (160b), a second vertically divided light path (170b), a third barrier layer (160c), a third vertically divided light path (170c), a fourth barrier layer (160d), a fourth vertically divided light path (170d), a fifth barrier layer (160e), and a fifth vertically divided light path (170e) can be sequentially arranged.

스위칭 소자(120)는 각 층의 수직 분할 광로(170)로 광들을 분배할 수 있다. 예를 들면, 스위칭 소자(120)는 스위칭 집적회로(IC), 스위칭 다이오드, AOM(Acousto-Optic Modulator), 광 커플러 등을 포함할 수 있다.The switching element (120) can distribute light into vertically divided optical paths (170) of each layer. For example, the switching element (120) can include a switching integrated circuit (IC), a switching diode, an Acousto-Optic Modulator (AOM), an optical coupler, etc.

도 1 및 도 2에 도시된 실시예에 따르면, 광원(110)으로부터 도입된 광으로부터 4개의 수평 분할 광들이 생성되고, 각각의 수평 분할 광들이 5개의 수직 분할 광들로 분할될 수 있다. 이에 따라, 하나의 광으로부터 20(4*5) 개의 분할 광들이 생성될 수 있다.According to the embodiment illustrated in FIGS. 1 and 2, four horizontally split lights are generated from light introduced from a light source (110), and each of the horizontally split lights can be split into five vertically split lights. Accordingly, 20 (4*5) split lights can be generated from one light.

그러나, 수평 분할 광로들 및 수직 분할 광로들의 개수가 특별히 제한되는 것은 아니며, 검출 대상체, 원하는 정밀도 및 검출 안정성 등을 고려하여 적절히 조절할 수 있다.However, the number of horizontally split optical paths and vertically split optical paths is not particularly limited, and can be appropriately adjusted in consideration of the detection target, desired precision, detection stability, etc.

상술한 본 발명의 실시예들에 따르면, 하나의 광학 어레이 구조체(100)로부터 수평 분할 및 수직 분할이 동시에 생성되어 2차원 평면에 광들이 분할될 수 있다. 따라서, 대상체의 거리, 높이를 포함하는 2차원 위치 정보를 보다 고 정밀도로 산출할 수 있다.According to the embodiments of the present invention described above, horizontal and vertical divisions can be simultaneously generated from a single optical array structure (100), thereby allowing light to be divided into two-dimensional planes. Accordingly, two-dimensional positional information, including the distance and height of an object, can be calculated with higher precision.

또한, 모터 혹은 회전체와 같은 기계적 부재를 통한 수직 분할이 배제되며, 하나의 OPA 소자로 수직 분할을 함께 구현할 수 있다. 따라서, 진동 및 충격에 의한 검출 에러를 감소 또는 억제할 수 있다.Additionally, vertical segmentation via mechanical elements such as motors or rotors is eliminated, and vertical segmentation can be implemented with a single OPA element. Consequently, detection errors caused by vibration and shock can be reduced or suppressed.

도 3은 예시적인 실시예들에 따른 2D 변환 광학 어레이 구조체를 통한 광 스팟 생성을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.FIG. 3 is a schematic diagram illustrating light spot generation through a 2D transformation optical array structure according to exemplary embodiments.

도 3을 참조하면, 광학 어레이 구조체(100)는 수직 분할 광로들(170)로부터 방출되는 광들이 입사되는 렌즈 구조(180)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the optical array structure (100) may further include a lens structure (180) into which light emitted from vertically divided optical paths (170) is incident.

예시적인 실시예들에 따르면, 렌즈 구조(180)는 각각의 수직 분할 광로(170)에 대응하여 배치된 복수의 개별 렌즈들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 수직 분할 광로(170a), 제2 수직 분할 광로(170b), 제3 수직 분할 광로(170c), 제4 수직 분할 광로(170d), 제5 수직 분할 광로(170e)에 각각 대응하여 제1 렌즈(180a), 제2 렌즈(180b), 제3 렌즈(180c), 제4 렌즈(180d) 및 제5 렌즈(180e)가 배열될 수 있다.According to exemplary embodiments, the lens structure (180) may include a plurality of individual lenses arranged corresponding to each vertically divided optical path (170). For example, a first lens (180a), a second lens (180b), a third lens (180c), a fourth lens (180d), and a fifth lens (180e) may be arranged corresponding to a first vertically divided optical path (170a), a second vertically divided optical path (170b), a third vertically divided optical path (170c), a fourth vertically divided optical path (170d), and a fifth vertically divided optical path (170e), respectively.

상기 개별 렌즈에 의해 각 수직 분할 광로(170)로부터 배출된 광의 대상체(300)로의 집광 특성이 증가될 수 있다. 따라서, 대상체(300)로부터의 반사광들의 세기를 증가시키면서 광 스캐닝 장치를 통한 검출 세기를 향상시킬 수 있다.The focusing characteristics of light emitted from each vertically divided optical path (170) onto the target object (300) can be increased by the above individual lenses. Accordingly, the intensity of reflected light from the target object (300) can be increased, thereby improving the detection intensity through the optical scanning device.

렌즈 구조(180)의 개별 렌즈들을 통과한 수직 분할 광들이 대상체(300)에 도달하여 광 스팟(305)이 생성될 수 있다. 도 1 및 도 2를 참조로 설명한 실시예에서와 같이, 4개의 수평 분할 광들이 생성되면서, 각각의 수평 분할 광들이 5개의 수직 분할 광들로 분할될 수 있다. 이에 따라, 광이 20개의 광들로 2차원 평면에 분산되어 광 스팟들(305)이 생성될 수 있다.Vertically split lights passing through individual lenses of the lens structure (180) can reach the target object (300) to generate light spots (305). As in the embodiment described with reference to FIGS. 1 and 2, four horizontally split lights can be generated, and each of the horizontally split lights can be split into five vertically split lights. Accordingly, the light can be dispersed into 20 lights on a two-dimensional plane to generate light spots (305).

도 4 내지 도 8는 일부 예시적인 실시예들에 따른 2D 변환 광학 어레이 구조체를 나타내는 개략적인 단면도들이다.FIGS. 4 to 8 are schematic cross-sectional views illustrating a 2D transformation optical array structure according to some exemplary embodiments.

도 4를 참조하면, 렌즈 구조(180)에 포함된 개별 렌즈들(180a~180e) 중 적어도 하나는 수직 분할 광로(170)로부터 입사되는 광 방향에 대해 경사지게 배치될 수 있다.Referring to FIG. 4, at least one of the individual lenses (180a to 180e) included in the lens structure (180) may be arranged at an angle with respect to the direction of light incident from the vertically divided optical path (170).

예를 들면, 복수의 수직 분할 광로들 중 중앙에 위치한 광로(예를 들면, 제3 수직 분할 광로(170c))에 대응되는 제3 렌즈(180c)를 중심으로 주변의 렌즈들(180a, 180b, 180d, 180e)에 경사각이 부여될 수 있다.For example, a tilt angle can be applied to the surrounding lenses (180a, 180b, 180d, 180e) centered on the third lens (180c) corresponding to the optical path located in the center among the plurality of vertically divided optical paths (e.g., the third vertically divided optical path (170c)).

일 실시예에 있어서, 최하부에 배치된 제1 렌즈(180a)로부터 순차적으로 경사각이 증가 또는 감소할 수 있다. 예를 들면, 제1 렌즈(180a), 제2 렌즈(180b), 제3 렌즈(180c), 제4 렌즈(180d) 및 제5 렌즈(180e)의 경사각은 각각 순차적으로 -5o, -2.5o, 0o, 2.5o 및 5o일 수 있다.In one embodiment, the inclination angle may sequentially increase or decrease from the first lens (180a) positioned at the bottom. For example, the inclination angles of the first lens (180a), the second lens (180b), the third lens (180c), the fourth lens (180d), and the fifth lens (180e) may sequentially be -5 o , -2.5 o , 0 o , 2.5 o , and 5 o , respectively.

일부 실시예들에 있어서, 렌즈들(180a, 180b, 180d, 180e)을 통해 생성되는 최대 광각 및 최소 광각의 차이는 20o 이하일 수 있다. 예를 들면, 최대 광각 및 최소 광각의 차이는 5 o 내지 20o, 또는 5 o 내지 15o일 수 있다.In some embodiments, the difference between the maximum and minimum wide angles generated by the lenses (180a, 180b, 180d, 180e) may be 20 ° or less. For example, the difference between the maximum and minimum wide angles may be 5 ° to 20 ° , or 5 ° to 15 ° .

예를 들면, 렌즈들(180a, 180b, 180d, 180e)을 통해 생성되는 수직 분할 광각의 범위는 -10o 내지 10o 범위, 또는 -5o 내지 5o 범위를 유지하도록 상기 경사각들이 조절될 수 있다. 상기 광각 범위에서 수직 분할 광들 사이의 분해능을 증진하면서, 지나친 광 분산에 따른 검출력 및 정밀도 저하를 방지할 수 있다.For example, the range of vertically split wide-angles generated through the lenses (180a, 180b, 180d, 180e) can be adjusted so that the inclination angles are maintained in the range of -10 o to 10 o , or in the range of -5 o to 5 o . This can prevent a decrease in detection power and precision due to excessive light dispersion while improving the resolution between vertically split lights in the wide-angle range.

도 5를 참조하면, 수직 분할 광로들(170)에 경사각이 부여될 수도 있다.Referring to FIG. 5, an inclination angle may be applied to the vertical split optical paths (170).

예를 들면, 복수의 수직 분할 광로들 중 중앙에 위치한 광로(예를 들면, 제3 수직 분할 광로(170c)를 중심으로 주변의 수직 분할 광로들(170a, 170b, 170d, 170e)에 경사각(수평 방향에 대해 수직 방향으로의 경사각)이 부여될 수 있다. 이 경우, 렌즈들(180a~180e) 각각은 수평 방향으로 서로 평행하게 배치될 수 있다.For example, among the plurality of vertically divided optical paths, a centrally located optical path (e.g., a third vertically divided optical path (170c)) may be provided with an inclination angle (an inclination angle in the vertical direction with respect to the horizontal direction) to the surrounding vertically divided optical paths (170a, 170b, 170d, 170e). In this case, each of the lenses (180a to 180e) may be arranged parallel to each other in the horizontal direction.

일 실시예에 있어서, 최하부에 배치된 제1 수직 분할 광로(170a)로부터 순차적으로 경사각이 증가 또는 감소할 수 있다. 예를 들면, 제1 수직 분할 광로(170a), 제2 수직 분할 광로(170b), 제3 수직 분할 광로(170c), 제4 수직 분할 광로(170d) 및 제5 수직 분할 광로(170e)의 경사각은 각각 -5o, -2.5o, 0o, 2.5o 및 5o일 수 있다.In one embodiment, the inclination angle may sequentially increase or decrease from the first vertically divided light path (170a) positioned at the bottom. For example, the inclination angles of the first vertically divided light path (170a), the second vertically divided light path (170b), the third vertically divided light path (170c), the fourth vertically divided light path (170d), and the fifth vertically divided light path (170e) may be -5 o , -2.5 o , 0 o , 2.5 o , and 5 o , respectively.

상술한 바와 같이, 수직 분할 광로들(170a, 170b, 170d, 170e)을 통해 생성되는 수직 분할 광각의 범위는 -10o 내지 10o 범위, 또는 -5o 내지 5o 범위를 유지하도록 상기 경사각들이 조절될 수 있다. As described above, the range of the vertically divided light angle generated through the vertically divided light paths (170a, 170b, 170d, 170e) can be adjusted so that the inclination angles are maintained in the range of -10 o to 10 o , or in the range of -5 o to 5 o .

도 6을 참조하면, 최하부에 배치된 제1 수직 분할 광로(170a)의 경사각은 실질적으로 0 o이며, 제1 수직 분할 광로(170a)로부터 순차적으로 경사각이 증가 또는 감소할 수 있다.Referring to FIG. 6, the inclination angle of the first vertical split light path (170a) positioned at the bottom is substantially 0 o , and the inclination angle can sequentially increase or decrease from the first vertical split light path (170a).

예를 들면, 1 수직 분할 광로(170a), 제2 수직 분할 광로(170b), 제3 수직 분할 광로(170c), 제4 수직 분할 광로(170d) 및 제5 수직 분할 광로(170e)의 경사각은 각각 0o, 2.5o, 5o, 7.5o 및 10o로 순차적으로 증가될 수 있다.For example, the inclination angles of the first vertically divided optical path (170a), the second vertically divided optical path (170b), the third vertically divided optical path (170c), the fourth vertically divided optical path (170d), and the fifth vertically divided optical path (170e) can be sequentially increased to 0 o , 2.5 o , 5 o , 7.5 o , and 10 o, respectively.

도 7 및 8을 참조하면, 도 5 및 도 6을 참조로 설명한 바와 같이 수직 분할 광로들(170)에 경사각이 부여된 경우, 렌즈 구조(180)는 하나의 수직 분할 광로들의 다층 구조에 대응하여 하나의 단일 렌즈로 제공될 수 있다.Referring to FIGS. 7 and 8, when a tilt angle is applied to the vertically divided optical paths (170) as described with reference to FIGS. 5 and 6, the lens structure (180) can be provided as a single lens corresponding to the multilayer structure of one vertically divided optical path.

예들 들면, 제1 내지 제5 수직 분할 광로들(170a~170e)에 대응하여 하나의 단일 렌즈가 배치될 수 있다. 이에 따라, 외부 물리적 충격에 의해 개별 렌즈들의 배향이 틀어지며 야기되는 기계적 불안정을 회피할 수 있다.For example, a single lens may be positioned corresponding to the first to fifth vertically divided optical paths (170a to 170e). Accordingly, mechanical instability caused by the individual lenses being misaligned due to external physical impact can be avoided.

도 9는 예시적인 실시예들에 따른 광 스캐닝 장치를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.FIG. 9 is a schematic block diagram illustrating an optical scanning device according to exemplary embodiments.

본 출원에 사용된 용어 "광 스캐닝 장치"는 광을 대상체에 조사하여 반사된 광을 통해 상기 대상체의 정보를 검출하는 센서를 포괄하는 용어로 사용된다. 예시적인 실시예들에 따르면, 광 스캐닝 장치는 라이다 센서를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The term "optical scanning device" as used in this application is used as a comprehensive term for a sensor that illuminates a target object with light and detects information about the target object through the reflected light. According to exemplary embodiments, the optical scanning device may include, but is not limited to, a lidar sensor.

이하에서는, 도 9 및 도 10을 참조로 광 스캐닝 장치 및 이를 이용한 측정 방법을 함께 설명한다.Hereinafter, an optical scanning device and a measurement method using the same will be described with reference to FIGS. 9 and 10.

도 9를 참조하면, 광 스캐닝 장치(200)는 광원(110) 및 상술한 광학 어레이 구조체(100)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 9, the optical scanning device (200) may include a light source (110) and the optical array structure (100) described above.

예시적인 실시예들에 따르면, 광원(110)은 적외선 영역의 광을 조사하는 장치일 수 있다. 적외선 영역의 광이 사용되어, 예를 들면 가시광선을 포함하는 자연광과의 혼합이 방지될 수 있다. 다만, 광원(110)에서의 송신 광이 적외선으로 한정되는 것은 아니며, 복수의 상이한 파장 대역의 광들이 함께 방출될 수도 있다.According to exemplary embodiments, the light source (110) may be a device that irradiates light in the infrared region. By using light in the infrared region, mixing with natural light, including, for example, visible light, can be prevented. However, the light transmitted from the light source (110) is not limited to infrared, and light of multiple different wavelength bands may be emitted simultaneously.

일부 실시예들에 있어서, 광원(110)으로부터 방출되는 광의 파장은 1500 nm 내지 2000nm일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 파장은 1520nm 내지 1580nm, 또는 1520nm 내지 1560nm일 수 있다. 상기 파장 범위에서, 인체의 눈에 대한 유해성을 감소시키면서 광산란에 의한 검출 성능 저하를 방지할 수 있다.In some embodiments, the wavelength of light emitted from the light source (110) may be between 1500 nm and 2000 nm. In one embodiment, the wavelength may be between 1520 nm and 1580 nm, or between 1520 nm and 1560 nm. In this wavelength range, the deterioration of detection performance due to light scattering can be prevented while reducing the harmfulness to the human eye.

예시적인 실시예들에 따르면, 광원(110)으로부터 연속광이 조사될 수 있다.According to exemplary embodiments, continuous light can be irradiated from a light source (110).

일부 실시예들에 있어서, 광원(110)은 레이저 광원을 포함할 수 있다. 예를 들면, 광원(110)은 측면 발광 레이저(edge emitting laser), 수직캐비티 표면 광방출 레이저(vertical-cavity surface emitting laser;VCSEL), 분포궤환형 레이저(distributed feedback laser), 레이저 다이오드(laser diode) 등을 포함할 수 있다.In some embodiments, the light source (110) may include a laser light source. For example, the light source (110) may include an edge emitting laser, a vertical-cavity surface emitting laser (VCSEL), a distributed feedback laser, a laser diode, or the like.

일부 실시예들에 있어서, 광원(110)으로부터 생성된 송신 광은 증폭기(210)에 의해 증폭될 수 있다. 이에 따라, 송신광의 세기가 증가되며, 광학 어레이 구조체를 통과하면서 수신광의 세기가 약해지는 것을 방지할 수 있다. In some embodiments, the transmitted light generated from the light source (110) may be amplified by the amplifier (210). Accordingly, the intensity of the transmitted light may be increased, and the intensity of the received light may be prevented from being weakened while passing through the optical array structure.

광원(110)으로부터의 송신 광 혹은 증폭기(210)를 통해 증폭된 광은 광학 어레이 구조체(100)에 의해 분할될 수 있다. 상술한 바와 같이, 광학 어레이 구조체(100)는 다층 구조를 갖는 OPA 소자를 포함할 수 있다. 이에 따라, 단일 OPA 소자를 통해 수평 분할 및 수직 분할이 함께 구현될 수 있다.Light transmitted from a light source (110) or amplified by an amplifier (210) can be split by an optical array structure (100). As described above, the optical array structure (100) can include an OPA element having a multilayer structure. Accordingly, horizontal splitting and vertical splitting can be implemented simultaneously through a single OPA element.

상술한 바와 같이, 광원(110)으로부터의 송신 광 혹은 증폭기(210)를 통해 증폭된 광은 수평 분할 광로들(132, 134)를 통해 복수의 수평 광들로 분할될 수 있다. 예를 들면, 광원(110)으로부터의 송신 광은 X 방향(행 방향) 평면에서 각도차 혹은 위상차를 갖는 복수의 수평 분할 광들이 생성될 수 있다.As described above, the transmitted light from the light source (110) or the light amplified through the amplifier (210) can be split into a plurality of horizontal light beams through the horizontal split light paths (132, 134). For example, the transmitted light from the light source (110) can generate a plurality of horizontally split light beams having an angular difference or a phase difference in the X-direction (row direction) plane.

상기 수평 분할 광들 각각은 각각의 수평 분할 광로에 대응되는 다층구조에 포함된 복수의 수직 분할 광로들(170)을 통해 수직 분할/분배될 수 있다. 예를 들면, 수평 분할된 광들은 수직 분할 광로들(170)에 의해 y축 방향으로 각도차가 부여될 수 있다. 이에 따라, 광원(110)으로부터 송신된 광은 수평 방향과 함께, 수직 방향으로 분산되어 2차원적으로 서로 다른 위상 또는 위치를 갖는 광 스팟들이 생성되며, 각 광들의 식별 특성이 증진될 수 있다.Each of the above horizontally split lights can be vertically split/distributed through a plurality of vertically split light paths (170) included in a multi-layer structure corresponding to each horizontally split light path. For example, the horizontally split lights can be given an angular difference in the y-axis direction by the vertically split light paths (170). Accordingly, the light transmitted from the light source (110) is dispersed in the horizontal direction as well as the vertical direction, thereby generating light spots having two-dimensionally different phases or positions, and the identification characteristics of each light can be enhanced.

상술한 바와 같이 분할된 광들은 렌즈 구조(180)를 거쳐 연속적으로 대상체(300)에 입사될 수 있다. 대상체(300)에 의해 반사된 광들은 검출기(220)에 입력될 수 있다. 검출기(220)에 의해 수신 광이 전기적 신호로 변환될 수 있다. 예를 들면, 검출기(220)에 의해 전류가 출력될 수 있다.As described above, the split light can be continuously incident on the target object (300) through the lens structure (180). The light reflected by the target object (300) can be input to the detector (220). The received light can be converted into an electrical signal by the detector (220). For example, a current can be output by the detector (220).

예시적인 실시예들에 있어서, 검출기(220)는 적어도 하나의 픽셀을 포함할 수 있다. 예를 들면, 검출기(220)는 어레이 또는 매트릭스 형태로 배열된 복수 개의 픽셀들을 포함할 수 있다. 상기 픽셀들 각각은 수광 소자로서 작용하며, 반사광에 대응하는 전기적 신호, 예를 들어 전류를 출력할 수 있다. 상기 픽셀들 중 해당 광을 검출한 픽셀의 위치를 기초로 대상체(300)의 방향 또는 위치 등의 정보가 생성될 수 있다. In exemplary embodiments, the detector (220) may include at least one pixel. For example, the detector (220) may include a plurality of pixels arranged in an array or matrix form. Each of the pixels may function as a light-receiving element and output an electrical signal, such as a current, corresponding to the reflected light. Information such as the direction or position of the target object (300) may be generated based on the position of the pixel that detected the corresponding light among the pixels.

예를 들면, 광원(110)의 광 방출 시간과 검출기(220)의 광 검출 시간을 기초로 대상체(300)의 거리가 산출될 수 있다.For example, the distance to the target object (300) can be calculated based on the light emission time of the light source (110) and the light detection time of the detector (220).

상기 픽셀은 바이어스 전압이 인가된 상태에서 동작하는 수광 소자일 수 있다. 예를 들어, 검출기(220)는 애벌런치 포토 다이오드(Avalanche Photo Diode: APD) 또는 싱글 포톤 애벌런치 다이오드(Single Photon Avalanche Diode: SPAD) 등을 포함할 수 있다. The above pixel may be a photodetector that operates under an applied bias voltage. For example, the detector (220) may include an avalanche photodiode (APD) or a single photon avalanche diode (SPAD).

검출기(220)로부터 생성된 전기적 신호는 프로세서(250)를 통해 처리, 연산될 수 있다. 예를 들면, 프로세서(250)는 검출기(220)의 검출 결과를 이용하여 대상체(300)에 대한 위치 정보를 결정할 수 있다. 대상체(300)의 상기 위치 정보는 대상체(300)의 방향, 높이 및 거리 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The electrical signal generated from the detector (220) can be processed and calculated through the processor (250). For example, the processor (250) can determine location information about the target object (300) using the detection result of the detector (220). The location information about the target object (300) can include at least one of the direction, height, and distance of the target object (300).

또한, 연속적인 광 스캐닝을 통해 대상체(300)의 실시간 위치 변화가 검출될 수 있다. 따라서, 대상체(300)의 위치 정보와 함께 속도 정보가 함께 산출될 수 있다.Additionally, real-time position changes of the object (300) can be detected through continuous optical scanning. Accordingly, velocity information can be derived together with position information of the object (300).

프로세서(250)는 광원(110)의 구동을 제어할 수도 있다. 예를 들면, 프로세서(250)를 통해 광 방출 동작이 제어될 수 있다.The processor (250) may also control the operation of the light source (110). For example, the light emission operation may be controlled through the processor (250).

광원(110) 및 증폭기(210)는 제1 광 경로(LP1)를 통해 서로 연결되며, 증폭기(210) 및 광학 어레이 구조체(100)는 제2 광 경로(LP2)를 통해 서로 연결될 수 있다. 광 경로(LP1, LP2)는 광 섬유로 형성되며, 광 전송 손실을 억제할 수 있다.The light source (110) and the amplifier (210) are connected to each other through a first optical path (LP1), and the amplifier (210) and the optical array structure (100) can be connected to each other through a second optical path (LP2). The optical paths (LP1, LP2) are formed of optical fibers and can suppress optical transmission loss.

도 10은 예시적인 실시예들에 따른 광 스캐닝 장치를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다. 도 9를 참조로 설명한 바와 실질적으로 동일하거나 유사한 구성 및 동작에 대한 상세한 설명은 생략된다.Fig. 10 is a schematic block diagram illustrating an optical scanning device according to exemplary embodiments. Detailed descriptions of configurations and operations substantially identical or similar to those described with reference to Fig. 9 are omitted.

도 9를 참조하면, 예를 들면, 수평 분할 광로들(132, 134) 중 적어도 하나의 광로는 레퍼런스 분배 광로로 제공될 수 있다. 상기 레퍼런스 분배 광로를 통해 기준광이 생성될 수 있고, 나머지 수평 분할 광로들(132, 134)이 검출 분배 광로들로 제공되어 타겟 광들이 생성될 수 있다. Referring to Fig. 9, for example, at least one of the horizontal split optical paths (132, 134) may be provided as a reference distribution optical path. A reference light may be generated through the reference distribution optical path, and the remaining horizontal split optical paths (132, 134) may be provided as detection distribution optical paths to generate target lights.

검출기는 제1 검출기(240) 및 제2 검출기(230)를 포함할 수 있다. 상기 레퍼런스 분배 광로를 통해 생성된 상기 기준광은 제2 검출기(230)로 직접 도입될 수 있다. 상기 검출 분배 광로들을 통해 생성된 상기 타겟 광들은 수직 분할 광로들(170) 및 렌즈 구조(180)를 통해 수직 분할된 후, 대상체(300)에 의해 반사되어 제1 검출기(240)로 도입될 수 있다.The detector may include a first detector (240) and a second detector (230). The reference light generated through the reference distribution optical path may be directly introduced into the second detector (230). The target light generated through the detection distribution optical paths may be vertically divided through vertically divided optical paths (170) and a lens structure (180), and then reflected by the target object (300) and introduced into the first detector (240).

상기 타겟 광들은 제2 검출기(230)를 통해 인식된 상기 기준광을 기반으로 보다 명확하게 식별될 수 있다. 또한, 프로세서(250)를 통해 상기 기준광을 기반으로 생성된 기준 신호를 기반으로 상기 타겟 광들에 의해 생성된 타겟 신호를 통해 대상체(300)의 위치 정보를 고해상도로 처리/생성할 수 있다.The above target lights can be more clearly identified based on the reference light recognized through the second detector (230). In addition, the position information of the object (300) can be processed/generated in high resolution through the target signal generated by the target lights based on the reference signal generated based on the reference light through the processor (250).

상술한 광 스캐닝 장치를 통해, 타겟 광들에 대한 하나의 검출기로 실질적인 연속적 실시간 광 스캐닝이 구현될 수 있으며, 주파수 변조 연속파(Frequency Modulated Continuous Wave: FMCW) 방식의 라이다 센서가 구현될 수 있다. Through the optical scanning device described above, practical continuous real-time optical scanning can be implemented with a single detector for target lights, and a Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW) type lidar sensor can be implemented.

예를 들면 하나의 광 펄스에 기반하는 TOF(Time of Flight) 방식의 라이다 센서에서는 대기 환경에 따라 광 펄스의 약화에 따른 센싱 감도 저하가 발생될 수 있다. 그러나, 예시적인 실시예들에 따르면 연속적 광 스캐닝에 따라 센싱 감도를 효과적으로 유지할 수 있으며, 연속적 측정에 기반하여 대상체(300)의 속도에 대한 정보를 실시간으로 산출할 수 있다.For example, in a TOF (Time of Flight) type lidar sensor based on a single optical pulse, the sensing sensitivity may decrease due to the weakening of the optical pulse depending on the atmospheric environment. However, according to exemplary embodiments, the sensing sensitivity can be effectively maintained through continuous optical scanning, and information on the speed of the target object (300) can be calculated in real time based on continuous measurements.

일부 실시예들에 있어서, 상기 TOF 방식의 라이더 센서도 상술한 광 스캐닝 장치 또는 2D 변환 광학 어레이 구조체를 사용하여 구현할 수 있다.In some embodiments, the TOF type lidar sensor can also be implemented using the above-described optical scanning device or 2D conversion optical array structure.

Claims (15)

광원으로부터 도입된 광을 수평 분할하는 복수의 수평 분할 광로들을 포함하고, It includes a plurality of horizontally split light paths that horizontally split the light introduced from the light source, 상기 수평 분할 광로들 각각은 복수의 수직 분할 광로들이 수직 방향으로 적층된 다층 구조를 갖는, 2D 변환 광학 어레이 구조체.A 2D transformation optical array structure, wherein each of the above horizontally divided optical paths has a multilayer structure in which a plurality of vertically divided optical paths are stacked in the vertical direction. 청구항 1에 있어서, 상기 다층 구조는 상기 수직 분할 광로들 사이에 배치된 배리어층들을 더 포함하는, 2D 변환 광학 어레이 구조체.A 2D transformation optical array structure according to claim 1, wherein the multilayer structure further includes barrier layers disposed between the vertically divided optical paths. 청구항 1에 있어서, 상기 수평 분할 광로들은 각각의 수평 분할 광로 말단으로부터 분기되는 복수의 서브 수평 분할 광로들을 포함하는, 2D 변환 광학 어레이 구조체.A 2D transformation optical array structure according to claim 1, wherein the horizontal split optical paths include a plurality of sub-horizontal split optical paths branching from each horizontal split optical path end. 청구항 1에 있어서, 상기 수직 분할 광로들 각각으로 광들을 분배하는 스위칭 소자를 더 포함하는, 2D 변환 광학 어레이 구조체.A 2D transformation optical array structure according to claim 1, further comprising a switching element that distributes light to each of the vertically divided optical paths. 청구항 1에 있어서, 상기 수직 분할 광로들로부터 생성된 수직 분할 광들이 통과되는 렌즈 구조를 더 포함하는, 2D 변환 광학 어레이 구조체.A 2D transformation optical array structure according to claim 1, further comprising a lens structure through which vertically split light generated from the vertically split optical paths passes. 청구항 5에 있어서, 상기 렌즈 구조는 상기 수직 분할 광로들 각각에 대응되는 개별 렌즈들을 포함하는, 2D 변환 광학 어레이 구조체.A 2D transformation optical array structure according to claim 5, wherein the lens structure includes individual lenses corresponding to each of the vertically divided optical paths. 청구항 6에 있어서, 상기 개별 렌즈들 중 적어도 하나는 수평 방향에 대해 경사지게 배치된, 2D 변환 광학 어레이 구조체.A 2D transformation optical array structure according to claim 6, wherein at least one of the individual lenses is arranged to be inclined with respect to the horizontal direction. 청구항 6에 있어서, 상기 개별 렌즈들 중 최하부에 배치된 개별 렌즈로부터 순차적으로 경사각이 증가 또는 감소하는, 2D 변환 광학 어레이 구조체.A 2D transformation optical array structure according to claim 6, wherein the tilt angle sequentially increases or decreases from the individual lens positioned at the lowest position among the individual lenses. 청구항 8에 있어서, 상기 경사각은 -10o 내지 10o 범위에서 유지되는, 2D 변환 광학 어레이 구조체.A 2D transformation optical array structure according to claim 8, wherein the inclination angle is maintained in a range of -10 o to 10 o. 청구항 5에 있어서, 상기 다층 구조에 포함된 상기 수직 분할 광로들 중 적어도 하나는 수평 방향에 대해 경사지게 배치된, 2D 변환 광학 어레이 구조체.A 2D transformation optical array structure according to claim 5, wherein at least one of the vertically divided optical paths included in the multilayer structure is arranged to be inclined with respect to the horizontal direction. 청구항 10에 있어서, 상기 수직 분할 광로들 중 최하부에 배치된 수직 분할 광로로부터 순차적으로 경사각이 증가 또는 감소하는, 2D 변환 광학 어레이 구조체.A 2D transformation optical array structure in which the tilt angle sequentially increases or decreases from the vertically divided optical path arranged at the lowest among the vertically divided optical paths according to claim 10. 청구항 11에 있어서, 상기 경사각은 -10o 내지 10o 범위에서 유지되는, 2D 변환 광학 어레이 구조체.A 2D transformation optical array structure according to claim 11, wherein the inclination angle is maintained in a range of -10 o to 10 o. 청구항 10에 있어서, 상기 다층 구조에 대응되는 상기 렌즈 구조는 단일 렌즈로 제공되는, 2D 변환 광학 어레이 구조체.A 2D transformation optical array structure according to claim 10, wherein the lens structure corresponding to the multilayer structure is provided as a single lens. 광원; light source; 상기 광원으로부터 방출된 광으로부터 수평 및 수직 분할 광들을 생성하는 청구항 1의 2D 변환 광학 어레이 구조체; 및 A 2D transformation optical array structure according to claim 1 that generates horizontal and vertical split lights from light emitted from the light source; and 상기 2D 변환 광학 어레이 구조체로부터 조사된 광들이 대상체로부터 반사된 광들을 검출하는 검출기를 포함하는, 광 스캐닝 장치.An optical scanning device comprising a detector that detects light reflected from an object by light irradiated from the above 2D transformation optical array structure. 청구항 14에 있어서, 상기 2D 변환 광학 어레이 구조체 단일의 광 위상 배열(optical phased array: OPA) 소자로 제공되는, 광 스캐닝 장치.An optical scanning device according to claim 14, wherein the 2D transformation optical array structure is provided as a single optical phased array (OPA) element.
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