KR20210055765A - 전기-광학 변조기 및 3차원 이미징을 위한 전기-광학 변조기의 사용 및 제조 방법 - Google Patents

전기-광학 변조기 및 3차원 이미징을 위한 전기-광학 변조기의 사용 및 제조 방법 Download PDF

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크리스토퍼 앨런 에버스
폴 에스. 뱅크스
찰스 에스. 터뷔
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엔라이트 인크.
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Abstract

장면으로부터 3D 데이터를 수집하기 위해 복귀광을 변조하기 위한 장치, 시스템 및 방법이 설명되어 있다. 3D 이미징 시스템은 입사광을 수용하기 위한 제1 부분-반사 표면 및 광이 출사되는 제2 부분-반사 표면을 갖는 파브리-페로 공동을 포함한다. 전기-광학 재료는 제1 및 제2 부분-반사 표면 사이의 파브리-페로 공동 내에 위치된다. 투명한 종방향 전극 또는 횡방향 전극은 전기-광학 재료 내에 전기장을 생성한다. 전압 드라이버는 전기-광학 재료를 통과하는 입사광이 변조 파형에 따라 변조되도록 전기-광학 재료 내의 전기장을 시간의 함수로서 변조하도록 구성된다. 광 센서는 파브리-페로 공동의 제2 부분-반사 표면에서 출사되는 변조 광을 수용하고, 광을 전자 신호로 변환한다. 관심 장면에 관한 3차원(3D) 정보가 전자 신호로부터 얻어질 수 있다.

Description

전기-광학 변조기 및 3차원 이미징을 위한 전기-광학 변조기의 사용 및 제조 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2018년 9월 11일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 제62/729,862호의 이익을 주장하며, 이 문헌은 그 전체가 본원에 참조로 포함된다.
기술 분야
본 개시는 일반적으로 전기-광학 변조기(electro-optic modulator), 광 센서 및 LIDAR 시스템, 특히 3차원(3D) 이미징 데이터의 생성에 사용 가능한 것들에 관한 것이다.
장면(scene)에서 표면 및 물체의 3차원(3D) 위치를 캡처하는 것은, 몇 가지만 예로 들자면 좌표 측정 가공(coordinate measuring machining; CMM), 로봇 비전 응용(robotic vision application; RVA), 자율주행 차량 응용(autonomous vehicle application; AVA) 및 심지어 게임 콘솔 컨트롤(game console control)(가상 현실(virtual reality; VR) 및 증강 가상 현실(augmented virtual reality; AVR))과 같은 다양한 응용을 위한 보편적인 필수요소가 되기 직전에 있다. 이상적인 3D 카메라는 2차원(2D) 장면 정보뿐만 아니라, 장면 거리 정보(z-축 또는 범위 정보)를 캡처할 수 있다. 2D 장면 이미지 정보(즉, 종래의 디지털 또는 필름 카메라 "사진"에서 캡처된 2D 정보)를 사용하여 진정한 3D 장면이 생성되고, 2D 장면에서 각 물체(또는 각 픽셀)의 1D 거리를 추가하여, 오늘날 2D 비디오 카메라 및 휴대폰 카메라가 기능하는 것과 동일한 방식으로 고해상도의 비디오와 함께 완전한 3D 사진이 생성된다. 많은 응용분야에 있어서, 이러한 3D 장면 생성을 달성하기 위한 현재 접근법은 해상도, 작동 범위, SWaP(Size, Weight and Power; 크기, 중량 및 전력) 및 비용에 있어서 심각한 약점에 시달리고 있다.
이미지로서 장면에 걸쳐 3D 좌표를 획득하기 위해 몇몇 기술이 사용될 수 있다. 이러한 기술적 접근법 각각은 이점을 갖지만, 또한 고품질 3D 이미징 및 시간 함수로서의 이미징(예를 들어, 실시간 3D 비디오)을 제공하지 못하는 근본적인 물리적 한계 및 단점도 갖고 있다. 일반적으로, 이러한 유형의 3D 시스템은, (A) 입체식(stereoscopic), 두 이미지 거리 및 상관 추정, (B) FM 변조식 광 거리 추정, (C) 투사 광, 홀로그램 또는 스펙클(speckle) 상관식, 거리 추정, 및 (D) 비행 시간(time-of flight) 이미징 시스템 거리 측정 시스템으로 광범위하게 특징지어질 수 있다.
입체식: 저비용 3D 시스템을 위한 하나의 접근법은 기준선(baseline) 거리로 분리된 다수의 렌즈 및 센서를 사용하여 계산적으로 도출된 3D 정보를 제공하는 입체 카메라를 사용하는 것이다(인간 양안시와 유사함). 입체 이미지는 사진 측량법(2개의 센서의 대응하는 픽셀로 거리를 삼각 측량함)을 사용하여 3D 기하학적 데이터를 생성하는 데 사용될 수 있지만, 이것은 정확한 보정, 기준선 분리를 위한 알려진 기계적 부피를 필요로 한다. 이러한 입체형 시스템은 기준선(기준선은 2개의 개별 센서 사이의 거리임)에 대해 짧은 범위로 제한된다. 또한, 3D 추정은 조명 조건 및 음영에 민감하다. 이와 같은 입체형 장치는 어둡거나 자극적인 조명 조건에서 잘 작동하지 않으며, 일반적으로 상당한 계산 리소스를 필요로 하고, 이는 소형 시스템에서 실시간 3D 데이터를 추출하기 어렵게 한다.
FM 변조: 다른 알려진 거리 추정 해결책은 거리 추정을 위해 주파수 변조(FM) 광을 사용한다. FM 변조 광은 또 별개의 투광기 및 수광기 개구(aperture)를 필요로 할 수 있다. 이러한 개구는 정확하게 정렬되고 양호한 거리 성능에 충분한 거리로 분리되어야 한다. FM 변조 시스템은 반드시 단일 픽셀 초과의 거리 추정을 제공하는 것은 아니다. 즉, 이러한 유형의 검출기는 전형적으로 단일 지점에 대한 선형 거리 측정에 사용될 수 있다. 3D 측정은 장면 내의 각 지점을 스캔하여 각 특정 지점에서 센서와 물체 사이의 거리를 결정함으로써 수행된다. FM 변조 유형의 3D 계기의 지점별(point-by-point) 한계를 극복할 필요가 있다.
투사 광: 다른 거리 추정 해결책은 장면 내의 물체 상에 광 패턴을 투사하고 별도의 센서를 사용하여 패턴의 편차를 검출한다. 구조 광 프로젝터 및 이미지 센서는 정확하게 정렬되고 양호한 거리 성능에 충분한 거리로 분리된 별개의 투광 및 수광 개구를 사용한다. 이러한 시스템은 범위 정보에 대한 측방향 해상도를 제한하는 몇몇 패턴을 사용하거나, 빠르게 이동하는 물체에 사용될 수 없는 다수의 이미지를 사용한다. 투사 광 유형의 3D 계기의 한계를 극복할 필요가 있다.
비행 시간(TOF): TOF 거리 측정 시스템은 광이 장면 물체로 전달되고 3D 카메라 센서로 복귀하는 비행 시간을 측정하는 시간-민감성 센서를 사용한다. 시간을 측정하기 위해 다양한 기술이 사용될 수 있지만, 일부는 픽셀의 응답을 제어하고 해당 픽셀에 대한 광의 도달 시간을 (진폭 또는 위상에 의해) 기록하는 각 픽셀의 회로를 포함한다. 이와 같은 회로의 복잡성뿐만 아니라, 기록되는 방대한 데이터는 이와 같은 센서의 단점이며, 심지어 가장 진보된 시간-민감성 센서도 일 측면이 100 내지 200 픽셀로 제한된다. 추가 스케일링(scaling)은 추가로 많은 비용이 드는 칩 개발이 필요로 할 수 있다. 이러한 기술은 또한 조명 조건에 민감하고, 일부 경우에, 짧은 거리 및/또는 실내 범위로 제한되었다. 이러한 해결책에 있어서, 각 픽셀은 범위 측정에서 만족스러운 성능을 얻기 위해 마스터 클럭(master clock)에 대해 그리고 서로에 대해 정확하게 타이밍이 맞춰져야 하여, 대체적인 제스처 인식(coarse gesture recognition)에 사용될 수 있는 시간-민감성 센서를 스케일링하는 능력을 더욱 복잡하게 한다.
일부 TOF 시스템은 2개의 개별 센서 또는 센서 시스템의 사용을 필요로 하고, 이는 물체 거리 정보와 이미지 정보 사이의 상관을 필요로 할 수 있다. 이와 같은 시스템에서, 하나의 TOF 센서는 전형적으로 제2 센서(2D 이미지를 생성함)보다 실질적으로 작은 해상도 또는 픽셀 카운트(pixel count)를 가질 수 있다. 이와 같은 시스템의 일 예는 상당히 낮은 해상도의 회전 1D 비행 시간(TOF) 거리 측정 시스템과 상관된 중간 해상도의 2D 카메라 이미지이다. 2개의 상이한 센서 시스템을 사용하여 3D가 생성되는 경우, 관련 노이즈를 갖는 2개의 상이한 이미지는 본질적으로 저해상도 및 고해상도 이미지 사이의 중요한 특징을 추정하고 2개의 이미지를 단일 3D 이미지 또는 포인트 클라우드(point cloud)로 다중화함으로써 서로 상관되어야 한다. 이러한 상관은 계산 처리 리소스를 많이 사용하고, 픽셀 단위 에러(pixel-by-pixel error)가 일어나기 쉽다. 따라서, 동일한 센서에서 동일한 픽셀로부터의 거리 및 장면을 모두 얻음으로써 이중-센서 TOF 시스템의 계산 한계 및/또는 에러 문제를 극복할 필요가 있다.
본 개시에 설명된 혁신적이고 개선된 전기-광학 변조기 및 3D 센서는 알려진 3D 시스템의 전술한 많은 한계를 극복한다.
이상적으로, 3D 카메라는 2D 장면 정보뿐만 아니라 장면 거리 정보(z-축)를 캡처할 수 있다. 본원에는 전기 제어식 전기-광학 결정, 전기-광학 세라믹 및/또는 전기-광학 중합체를 포함할 수 있는 높은 동적 범위, 콤팩트, 칩-스케일의 3D 이미징 시스템 및 방법의 구현예가 개시되어 있다.
예시적인 구현예에 따르면, 3D 이미징 시스템은 입사광을 수용하기 위한 제1 부분-반사 표면 및 광이 출사되는 제2 부분-반사 표면을 갖는 파브리-페로 공동(Fabry-Perot cavity)을 포함한다. 전기-광학 재료는 제1 및 제2 부분-반사 표면 사이의 파브리-페로 공동 내에 위치된다. 투명한 종방향 전극 또는 횡방향 전극은 전기-광학 재료 내에 전기장을 생성한다. 전압 드라이버(voltage driver)는 전기-광학 재료를 통과하는 입사광이 변조 파형에 따라 변조되도록 전기-광학 재료 내의 전기장을 시간의 함수로서 변조하도록 구성된다. 광 센서는 파브리-페로 공동의 제2 부분-반사 표면에서 출사되는 변조 광을 수용하고, 광을 전자 신호로 변환한다. 관심 장면에 관한 3차원(3D) 정보가 전자 신호로부터 얻어질 수 있다.
다른 예시적인 구현예에 따르면, 3D 데이터를 캡처하는 방법은, 입사광을 수용하는 제1 부분-반사 표면 및 광이 출사되는 제2 부분-반사 표면을 갖는 파브리-페로 공동에서 입사광을 수용하는 단계; 전기-광학 재료를 통과하는 입사광이 사전결정된 변조 파형에 따라 시간적으로 변조되도록 전기-광학 재료 내에 전기장을 생성하도록 구성된 전극에 사전결정된 파형을 갖는 전압을 인가하는 단계; 파브리-페로 공동의 제2 부분-반사 표면에서 출사되는 광을 센서에서 수용하는 단계; 센서가 수용된 광을 하나 이상의 전자 신호로 변환하는 단계; 및 전자 신호에 기초하여 3D 데이터를 생성하는 단계를 포함한다.
상기 요약은 첨부된 청구범위의 제한을 규정하지 않는다. 다른 양태, 구현예, 특징 및 이점은 하기의 도면 및 상세한 설명을 검토할 때 당업자에게 명백하거나 명백해질 것이다. 이와 같은 모든 추가적인 특징, 양태 및 이점은 본 명세서 내에 포함되고 첨부된 청구범위에 의해 보호되는 것으로 의도된다.
도면은 오로지 예시를 위한 것일 뿐이며, 어떠한 제한도 규정하지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 또한 도면 내의 구성요소는 반드시 일정한 축척으로 되어 있는 것은 아니다. 도면에서, 동일한 참조 번호는 상이한 도면 전체에 걸쳐 대응하는 부분을 지시한다.
도 1은 감광 검출기의 전방에 파브리-페로 공동을 포함하는 종방향 전기-광학 광 센서 시스템의 제1 실시예를 도시하는 개략도이다.
도 2는 감광 검출기의 전방에 파브리-페로 공동을 포함하는 종방향 전기-광학 광 센서 시스템의 제2 실시예를 도시하는 개략도이다.
도 3은 감광 검출기의 전방에 파브리-페로 공동을 포함하는 횡방향 전기-광학 광 센서 시스템의 제1 실시예를 도시하는 개략도이다.
도 4는 감광 검출기의 전방에 파브리-페로 공동을 포함하는 횡방향 전기-광학 광 센서 시스템의 제2 실시예를 도시하는 개략도이다.
도 5는 예시적인 횡방향 전기-광학 광 변조기(EOM)를 도시하는 사시 개략도이다.
도 6은 횡방향 전기-광학 광 변조기(EOM)의 다른 실시예를 도시하는 사시 개략도이다.
도 7은 감광 검출기 어레이의 전방에 파브리-페로 공동을 포함하는 예시적인 통합형 종방향 전기-광학 광 센서의 측단면도이다.
도 8은 감광 검출기 어레이의 전방에 파브리-페로 공동을 포함하는 예시적인 통합형 횡방향 전기-광학 광 센서의 측단면도이다.
도 9는 전압의 함수로서 예시적인 저-피네스 및 고-피네스 파브리-페로 공동의 광 투과율을 나타내는 그래프를 도시한다.
도 10은 광 입사각의 함수로서 예시적인 저-피네스 및 고-피네스 파브리-페로 공동의 광 투과율을 나타내는 그래프를 도시한다.
도 11은 포켈스 셀과 같은 예시적인 종방향 전기-광학 변조기의 개략적인 단면도이다.
도 12는 마이크로렌즈 어레이의 하방 또는 후방에 형성된 종방향 변조기를 갖는 예시적인 모놀리식 센서의 개략적인 단면도이다.
도 13은 마이크로렌즈 어레이의 전방 또는 상방에 형성된 종방향 변조기를 갖는 예시적인 모놀리식 센서의 단면 개략도이다.
도면을 참조하고 통합하는 하기의 상세한 설명은 3D 이미징 및/또는 범위 검출을 위한 광 변조기, 센서, 시스템 및 방법의 하나 이상의 실시예를 설명 및 예시한다. 본 발명(들)의 구현예를 제한하지 않고 단지 예시 및 교시하도록 제공된 이러한 실시예는 당업자가 개시된 것을 실시할 수 있게 하도록 충분히 상세하게 도시 및 설명된다. 따라서, 본 발명을 모호하게 하는 것을 회피하기에 적절한 경우, 본 설명은 당업자에게 알려진 특정 정보를 생략할 수 있다. 본원의 개시는 본 출원에 기초하여 최종적으로 부여될 수 있는 임의의 특허 청구범위의 범위를 과도하게 제한하는 것으로 이해되어서는 안 되는 실시예이다.
단어 "예시적인'은 본 출원 전체에 걸쳐 "실시예, 예 또는 예시로서 역할"을 하는 것을 의미하는 데 사용된다. 본원에서 "예시적인" 것으로 설명된 임의의 시스템, 방법, 장치, 기술, 특징 등은 반드시 다른 특징보다 바람직하거나 유리한 것으로 해석되어서는 안 된다.
본원 및 첨부된 청구범위에서 사용된 바와 같이, 단수 형태 "일"("a", "an" 및 "the")은 내용상 명백하게 달리 지시되지 않는 한 복수의 지시대상을 포함한다.
또한, "또는"의 사용은 달리 언급되지 않는 한 "및/또는"을 의미한다. 유사하게, "포함하다", "포함한다", "포함하는", "구비하다", "구비한다" 및 "구비하는"은 상호 교환 가능하며, 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
본 개시에 설명된 혁신적이고 개선된 3D 센서 시스템은 알려진 3D 센서 시스템의 많은 한계, 예를 들어 이중-센서 TOF 시스템의 계산 한계 및/또는 에러 문제를 극복한다. 본원에 개시된 센서는 동일한 센서 상의 동일한 픽셀(들)로부터의 거리뿐만 아니라 장면 모두를 얻음으로써 이것을 실행할 수 있다. 본원에는, 전기-광학 위상 변조기 및/또는 전기적으로 조정 가능한 광학적 공명 공동과, 이와 같은 변조기 및 전기적으로 조정 가능한 공동을 이용하는 시스템 및 상기 변조기에서 중합체, 결정질, 다결정질 또는 세라믹 전기-광학 박막의 사용을 통해 광학 변조 또는 광학 스위칭을 전기적으로 자극하는 수단과, 이와 같은 장치를 제조하는 수단의 실시예가 개시되어 있다.
레이저 TOF(비행 시간), 레이저-기반 투사, 레이저-기반 PM 변조 및 레이저-기반 광학 자동차 소스(예컨대, 자동차 레이저-기반 "하이빔(high beam)")가 점점 더 널리 보급됨에 따라, 3D 카메라/장면 생성기는 비-3D 기반 카메라 시스템의 잠재적인 간섭 광원으로부터의 간섭에 대한 개선된 탄력성을 가지는 것만이 아니라, 상호 간섭에 대해 영향을 받지 않아야 한다. 전기 제어식 전기-광학 결정, 전기-광학 세라믹 또는 전기-광학 중합체를 포함할 수 있는, 본원에 개시된 방법, 장치 및 시스템은 잠재적인 간섭 레이저 소스의 타이밍 일치의 한계로 인해, 간섭 가능성을 크게 감소시킨다.
본원에 개시된 시스템은 액티브형 시간-다중화 배열을 포함할 수 있으며, 이에 의해 타이밍 조명 소스는 전기적으로 활성화된 센서와 타이밍이 맞춰지고 동기화된다.
도 1은 파브리-페로 센서(12) 및 전압 드라이버 회로(16)를 포함하는 전기-광학 광 변조기 시스템(10)의 일 실시예를 도시하는 개략도이다. 센서(12)는 관심 장면으로부터 산란되거나 반사되는 복귀광의 일부일 수 있는 입사광(14)을 수용할 수 있다. 센서(12)는 프로세서 서브시스템(도시되지 않음)에 의해 장면에 관한 3D 정보가 도출될 수 있는 하나 이상의 전자 신호(38)를 출력한다.
전압 드라이버(16)는 사전규정된 전기 변조 파형 신호(17)를 센서(12)로 제공한다. 파형 신호(17)는 시변 전압을 가질 수 있고, 제어 신호(18)에 응답하여 전압 드라이버(16)에 의해 생성된다. 파형은 센서로 들어가는 입사광(14)을 변조하기 위한 전압 램프(voltage ramp), 구형파, 사인파, 톱니파, 시그모이드(sigmoidal), 연속파, 불연속파, 또는 임의의 다른 적합한 전압 파형일 수 있다. 신호(17)의 특성, 예를 들어 전압, 전류, 타이밍 등은 파브리-페로 센서(12)의 전기-광학 변조기 및 입사광(14)의 원하는 변조의 요구사항에 기초하여 임의의 적합한 값으로 구성될 수 있다. 제어 신호(18)는 프로세서의 제어 하에서 프로세서 서브시스템(도시되지 않음)에 의해 생성될 수 있다.
프로세서 서브시스템은 메모리에 결합된 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다. 프로세서 서브시스템의 기능은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 임의의 적합한 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어로 구현되는 경우, 기능은 컴퓨터 판독 가능한 매체(예를 들어, 메모리)에 하나 이상의 명령 또는 코드로서 저장되고, 하드웨어-기반 처리 유닛(예를 들어, 프로세서)에 의해 실행될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 본 개시에 설명된 기술의 구현을 위한 명령, 코드 및/또는 데이터 구조를 검색하기 위해 하나 이상의 컴퓨터 또는 하나 이상의 프로세서에 의해 액세스될 수 있는 임의의 이용 가능한 매체일 수 있는 데이터 저장 매체를 포함하는 임의의 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 컴퓨터 판독 가능한 매체를 포함할 수 있다.
제한이 아닌 예로서, 이와 같은 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체는 명령 또는 데이터 구조의 형태로 원하는 프로그램 코드를 저장하는 데 사용될 수 있고 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM 또는 다른 광학 디스크 저장 장치, 자기 디스크 저장 장치, 또는 다른 자기 저장 장치, 플래시 메모리, 또는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, 디스크(disk) 및 디스크(disc)는 콤팩트 디스크(compact disc; CD), 레이저 디스크(laser disc), 광 디스크(optical disc), 디지털 다기능 디스크(digital versatile disc; DVD), 플로피 디스크(floppy disk) 및 블루-레이 디스크(blu-ray disc)를 포함하며, 여기서 디스크(disk)는 통상적으로 데이터를 자기적으로 재생하는 한편, 디스크(disc)는 레이저에 의해 데이터를 광학적으로 재생한다. 상기의 조합도 컴퓨터 판독 가능한 매체의 범위 내에 포함되어야 한다.
프로세서는 하나 이상의 디지털 신호 프로세서(digital signal processor; DSP), 범용 마이크로프로세서, 주문형 집적 회로(application specific integrated circuit; ASIC), 필드 프로그램 가능 논리 어레이(field programmable logic array; FPGA) 또는 다른 동등한 통합 또는 이산 논리 회로와 같은 명령 또는 코드를 실행하기 위한 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다. 메모리 및 프로세서는 단일 칩으로서 조합될 수 있다. 따라서, 본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "프로세서"는 본원에 설명된 기술의 구현에 적합한 임의의 전술한 구조 또는 임의의 다른 구조를 지칭할 수 있다. 또한, 일부 양태에서, 본원에 설명된 기능은 전용 하드웨어 및/또는 소프트웨어 모듈 내에 제공될 수 있다. 또한, 이 기술은 논리 회로 및/또는 논리 요소를 포함하는, 하나 이상의 회로에서 완전히 구현될 수 있다.
파브리-페로 센서(12)는 감광 검출기(36)의 전방에, 광 변조기로서 작용하는 파브리-페로 공동(FPC)(20)을 포함한다. FPC(20)는 입사광(14)을 수용하기 위한 제1 부분 반사 미러(22), 광이 출사될 수 있는 제2 부분 반사 미러(24), 및 제1 및 제2 미러(22, 24) 사이에 위치된 전기-광학 변조기(EOM)(26)를 포함한다. EOM(26)은 제1 전극(30), 제2 전극(28), 및 전극(28, 30) 사이에 개재된 전기-광학 재료(32)를 포함한다.
FPC(20)은 "종방향" 구성으로 구성된다. "종방향"은 광(14, 34)의 경로에 대한 전극(28, 30)의 배치를 지칭한다. 종방향 구성에서, 인가된 전기장(전극(28, 30)에 수직임)은 FPC(20)를 통한 광 전파와 동일한 방향이 된다. 전기-광학 재료(32)는 전기-광학 중합체, 전기-광학 결정 또는 전기-광학 세라믹, 또는 상기의 임의의 적합한 조합으로 구성되며, 하기에서 보다 상세하게 설명되는 본원에 개시된 임의의 재료를 포함할 수 있다. 인가 전압(17)은 예를 들어 제1 전극(30)에 연결된 전압 램프일 수 있는 한편, 제2 전극(28)은 접지(21)에 연결될 수 있다. 좌측으로부터 진입하는 광(14)의 투과는 인가 전압(17)에 따라 FPC(20)에 의해 변조되어, 광이 공동 미러(cavity mirror)(22, 24)를 통해 우측의 감광 검출기(36) 상으로 진행할 수 있게 한다. 따라서, FPC(20)를 통한 광 투과는 EOM(26)에 인가된 전압 파형에 따라 달라진다.
인가 전압은 제1 전극(30)에 연결된 전압 램프로서 예시적으로 설명되는 한편, 제2 전극(28)은 접지에 연결된다. "전압 램프" 또는 "접지"의 사용은 예시적 예일 뿐이다. 제1 및 제2 전극(28, 30) 사이에, 차동 인가 전압이 광 변조를 위해 사용될 수도 있다.
종방향 구성에서, 파브리-페로 미러(22, 24)는 전극(28, 30)과 분리될 수 있거나, 대안적으로 전기-광학 스위치 전극(28, 30)뿐만 아니라 미러(22, 24) 모두의 기능을 동시에 제공할 수 있다. 즉, 파브리-페로 미러(22, 24) 및 전극(28, 30)은 일부 구현예에서 하나의 동일한 것일 수 있다.
종방향 전극(28, 30)은 투명한 전극, 예를 들어 ITO, 금 또는 알루미늄과 같은 전도체 그리드(conductor grid) 등일 수 있다.
광 검출기(36)는 상업적으로 입수 가능한 CCD 또는 CMOS 검출기와 같은 단일 픽셀 검출기일 수 있다. 검출기(36)로부터 출력된 전자 신호(38)는 프로세서 서브시스템에 의해 수집되고 서브시스템에 의해 처리되어 장면에 관한 3D 데이터를 도출할 수 있다.
도 2는 파브리-페로 센서(52) 및 전압 드라이버 회로(16)를 포함하는 전기-광학 광 변조기 시스템(50)의 다른 실시예를 도시하는 개략도이다. 도 1의 센서(12)와 같이, 센서(52)는 관심 장면으로부터 산란되거나 반사된 복귀광의 일부일 수 있는 입사광(14)을 수용할 수 있다. 그러나, 도 1의 센서(12)와 대조적으로, 센서(52)는 프로세서 서브시스템(도시되지 않음)에 의해 장면에 관한 3D 정보가 도출될 수 있는 하나 이상의 전자 신호를 센서 어레이(64)로부터 출력한다.
이러한 예시적인 구체예에서, 도 1의 감광 검출기 픽셀(36)은 감광 어레이(64)로 대체되었다. 이와 같은 어레이(64)는 예로서, 상업적으로 입수 가능한 CCD 감광 어레이, CMOS 감광 어레이, 2차원 어레이에 배열된 일련의 광 검출기 등을 포함할 수 있다. 일반적으로, 어레이(64)는 픽셀의 어레이를 포함하며, 여기서 각각의 픽셀은 그것에 수용된 광의 강도를 결정할 수 있다. 어레이(64)는 임의의 적합한 수의 픽셀을 포함할 수 있고, 현대의 센서는 종종 수백만 개의 픽셀을 포함한다. 어레이(64)로부터 출력된 전자 신호는 프로세서 서브시스템에 의해 수집되고 서브시스템에 의해 처리되어 장면에 관한 3D 데이터를 도출할 수 있다.
도 3은 파브리-페로 센서(102) 및 전압 드라이버 회로(16)를 포함하는 전기-광학 광 변조기 시스템(100)의 다른 예시적인 구성을 도시하는 개략도이다. 도 2의 센서(52)와 같이, 센서(102)는 관심 장면으로부터 산란되거나 반사된 복귀광의 일부일 수 있는 입사광(14)을 수용할 수 있다. 그러나, 도 2의 센서(52)와 대조적으로, 센서(102)는 "횡방향" 구성으로 구성된 EOM(122)을 포함한다. "횡방향"은 광의 경로에 대한 전극(126, 128)의 배치를 지칭한다. 횡방향 구성에서, 인가된 전기장(전극(126, 128)에 수직임)은 EOM(122)을 통한 광 전파의 방향과 비교하여 직교 방향이 된다.
센서(102)는 감광 검출기 어레이(64)의 전방에 FPC(112)를 포함한다. FPC(112)는 2개의 미러(22, 24) 사이에 EOM(122)을 포함한다. EOM(122)은 제1 또는 상부 전극(126), 제2 또는 하부 전극(128), 및 그 사이의 전기-광학 재료(124)를 포함한다. 전기-광학 재료(124)는 본원에 개시된 임의의 것과 같은 전기-광학 중합체, 전기-광학 결정, 또는 전기-광학 세라믹, 또는 상기의 임의의 적합한 조합을 포함할 수 있다.
인가 전압(17)은 제1 전극(126)에 연결된 전압 램프를 포함하여, 전술한 임의의 파형일 수 있는 한편, 제2 전극(128)은 접지(21)에 연결된다. 좌측으로부터 진입하는 광의 투과는 인가 전압 파형(17)을 통해 EOM(122)에 의해 변조되어, 광이 공동 미러를 통해 우측의 감광 검출기(단일 픽셀, 도시되지 않음) 또는 감광 어레이(64) 상으로 진행할 수 있게 한다. 파브리-페로 미러(22, 24)는 횡방향 구성에서 전극(126, 128)과 분리되어 있다.
대안적으로, 차동 전압 파형이 도 1과 관련하여 전술한 바와 같이 전극(126, 128)에 인가될 수 있다.
도 4는 파브리-페로 센서(152) 및 전압 드라이버 회로(16) 및 제2 전압 드라이버 회로(164)를 포함하는 전기-광학 광 변조기 시스템(150)의 다른 예시적인 구성을 도시하는 개략도이다. 도 3의 센서(102)와 같이, 센서(152)는 관심 장면으로부터 산란되거나 반사된 복귀광의 일부일 수 있는 입사광(14)을 수용할 수 있다.
센서(152)는 광 검출기 어레이(64)의 전방에 배치된 FPC(168)를 포함한다. FPC(168)는 제1 및 제2 미러(22, 24), 및 미러(22, 24) 사이에 위치된 세그먼트형 횡방향 EOM(176)을 포함한다. EOM(176)은 상부 전극(182), 중앙 전극(184), 하부 전극(186), 제1 및 제2 전극(182, 184) 사이에 위치된 전기-광학 재료(178), 및 제2 및 제3 전극(184, 186) 사이에 위치된 전기-광학 재료(180)를 포함한다.
전기-광학 재료(178, 180)는 본원에 개시된 임의의 것과 같은 전기-광학 중합체, 전기-광학 결정, 또는 전기-광학 세라믹, 또는 이들의 임의의 적합한 조합을 포함할 수 있다.
추가적인 중앙 전극(184)은 EOM(176)의 중앙에 또는 그 근처에 위치될 수 있다. 일부 구현예에서, 중앙 전극(184)은 EOM(176)의 중앙으로부터 떨어진 다른 곳에 위치될 수 있다. 이러한 특정 실시예에서, 드라이버 회로(164)로부터의 인가 전압(166)은 하부 전극(186)에 연결된다. 드라이버(164)로부터 출력된 전압 파형(166)은 전압 드라이버(16)에 대해 전술한 임의의 해당 파형일 수 있다. 전압 파형(166)은 프로세서 서브시스템(도시되지 않음)으로부터의 제2 제어 신호(158)에 응답하여 생성될 수 있다. 제2 제어 신호(158)는 신호(18)에 대해 도 1과 관련하여 설명된 것과 유사한 방식으로 프로세서 서브시스템에 의해 생성될 수 있다. 일부 구현예에서, 신호(158)는 신호(18)와 독립적일 수 있다. 일부 구현예에서, 신호(158)는 신호(18)와 동기화될 수 있다.
일부 구현예에서, 중앙 전극(184)은 도시된 바와 같이 접지(188)에 연결될 수 있다.
전기-광학 재료에 중앙 전극(184)을 형성하기 위해, 중앙 전극(184)은 전기-광학 재료의 중앙에 절삭되거나 다른 방식으로 배치되어 그에 따라 2개의 세그먼트(178, 180)를 형성한, 예를 들어 미크론 폭의 작은 홈을 포함할 수 있다. 홈은 홈에 배치된, 예로서 스퍼터링된 금과 같은, 중앙 전극(184)을 형성하는 전도성 전극을 가질 수 있다.
중앙, 상부 및 하부 전극(182, 184, 186) 사이에 차동 전압이 인가될 수 있다. 인가 전압은, 예를 들어 하부 전극(186)에 연결된 전압 램프, 상부 전극(182)에 인가되는 제2 전압 램프, 중앙 전극(184)에 인가되는 제3 전압 램프일 수 있다. 좌측으로부터 진입하는 광의 투과는 인가 전압에 의해 변조되어, 광이 공동 미러를 통해 우측의 감광 검출기(64) 상으로 진행할 수 있게 한다. 파브리-페로 미러(22, 24)는 횡방향 구성에서 전극과 분리되어 있다.
센서(152)가 EOM(176)에서 3개의 전극(182, 184, 186)을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 일부 구현예에는 3개 초과의 전극이 사용될 수 있으며, 예를 들어 4개 이상의 전극이 사용될 수 있거나, 일부 구현예에서는 수백 또는 수천 개의 전극이 사용될 수 있다. 일부 구현예에서는, 추가적인 전압 드라이버 회로(2개 초과), 예를 들어 수백 또는 수천 개의 드라이버 회로가 포함될 수 있다.
도 5는 드라이버 회로(204)에 연결된 세그먼트형 횡방향 전기-광학 광 변조기(202)를 갖는 시스템(200)의 예시적인 구성을 도시하는 사시 개략도이다. 일부 구현예에서, EOM(202)은 도 3, 도 4 및 도 8에 도시된 임의의 파브리-페로 센서의 EOM으로 대체될 수 있다. 드라이버 회로(204)는 드라이버 회로(16)에 대해 전술된 것과 유사한 방식으로 제어 신호(206)에 응답하여 EOM 전압 변조 파형(212)을 생성할 수 있다.
EOM(202)은 제1 세그먼트의 전기-광학 재료(208) 및 제2 세그먼트의 전기-광학 재료(210)를 포함한다. 전기-광학 재료(208, 210)는 형상이 직사각형인 것으로 도시되어 있지만, 정사각형과 같은 임의의 다른 적합한 형상을 가질 수 있다. 재료(208, 210)는 각각 본원에 개시된 임의의 것과 같은 전기-광학 중합체, 전기-광학 결정 또는 전기-광학 세라믹, 또는 상기의 임의의 적합한 조합을 포함할 수 있다. EOM(202)은 전술한 바와 같이 횡방향 구성으로 구성된다.
본 실시예에서, 상부 전극(226)은 재료(208)의 상부 표면 상에 형성되고 접지(222)에 연결된다. 본 실시예에서, 하부 전극(228)은 재료(210)의 하부 표면 상에 형성되고 접지(224)에 연결된다.
추가적인 중앙 전극(214)은 EOM 세그먼트(208, 210)의 중앙에 배치될 수 있다. 이러한 특정 실시예에서, 인가 전압 램프(212)는 중앙 전극(214)에 연결된다. 이러한 전극(214)은 전기-광학 재료의 중앙에 또는 그 근처에 절삭되거나 다른 방식으로 배치된, 예를 들어 미크론 폭의 작은 홈을 포함할 수 있다. 홈은 이용 가능한 반도체 처리 기술을 사용하여 에칭될 수 있다. 홈은 홈의 측면에 전도성 횡방향 전극을 형성하는 벽(218 및 220)을 갖는다. 일 예로서 스퍼터링된 금과 같은 전도체는 바닥 및 벽(218, 220)을 덮도록 홈에 배치될 수 있으며, 이에 의해 횡방향 중앙 전극(214)을 형성할 수 있다. 일부 구현예에서는, 금속, 예를 들어 구리 또는 알루미늄과 같은 다른 전도체가 사용될 수 있다. 다른 구현예는 홈을 사용하지 않고, 대신에 전기-광학 재료의 표면 상에 배치된 전도성 금속의 작은 스트립을 사용할 수 있다.
EOM(202)의 중앙, 상부 및 하부 전극 사이에 차동 전압이 인가될 수 있다. 인가 전압은 예를 들어, 도시된 바와 같이 중앙 전극(214)에 연결된 전압 램프일 수 있고, 상부 및 하부 전극(226, 228)에서 접지될 수 있다. 다른 전압이 임의의 전극(214, 226, 228)에 인가될 수 있다. 예를 들어, 제2 전압 램프가 최상부 전극(226)에 인가될 수 있고, 제3 전압 램프가 최하부 전극(228)에 인가될 수 있다. 중앙 전극의 목적은 상부, 중앙 및 하부 전극 사이에 차동 전압을 인가할 수 있게 하는 것이다. 일부 구현예에서, 세그먼트(208, 210)들에 걸쳐 인가되는 차동 전압은 서로 독립적일 수 있다.
도 6은 다수의 전압 드라이버 회로(258, 260, 261)에 결합된 횡방향 전기-광학 광 변조기(EOM)(250)의 다른 예시적인 구성을 도시하는 사시 개략도이다. 일부 구현예에서, EOM(250)은 도 3, 도 4 및 도 8에 도시된 임의의 파브리-페로 센서의 EOM으로 대체될 수 있다. 드라이버 회로(258, 260, 261)는 드라이버 회로(16 및 164)에 대해 전술한 것과 유사한 방식으로, 제어 신호(262, 264, 266)에 각각 응답하여 EOM 전압 변조 파형(V1, V2, V3, 268, 270, 272)을 각각 생성할 수 있다.
EOM(250)은 "횡방향" 구성으로 구성된다. "횡방향"는 전술한 바와 같이 광의 경로에 대한 전극의 배치를 지칭한다. 전기-광학 재료는 본원에 개시된 임의의 것과 같은 전기-광학 중합체, 전기-광학 결정, 또는 전기-광학 세라믹 또는 전술한 임의의 적합한 조합을 포함할 수 있다.
도 5의 EOM(202)과 비교하여, 다른 추가적인 전극이 전기-광학 재료에 배치된다. 이러한 특정 실시예에서, 2개의 전극 홈(274, 276)이 전기-광학 재료에 형성되어 재료를 세그먼트(252, 254, 256)로 분리한다.
상부 재료 세그먼트(252)의 상부 표면 상에 형성된 상부 전극(278)은 도시된 바와 같이 접지(280)에 연결되거나, 일부 구현예에서는 다른 전압 드라이버 회로에 연결될 수 있다. 각각 상부 전극(278), 제2 전극(274), 제3 전극(276) 및 하부 전극(290)에 대해 추가적인 전압 램프(V1, V2, V3)가 인가될 수 있다.
중앙 전극(274, 276) 각각은 전기-광학 재료에 절삭되거나 다른 방식으로 배치된, 예를 들어 미크론 폭의 작은 홈을 포함할 수 있다. 다른 구체예에서는, 홈이 필요하지 않고, 대신에 전기-광학 재료의 표면 상에 배치된 전도성 금속의 작은 스트립이 필요할 수 있다. 스트립 또는 홈은 전도성 전극을 형성하고, 홈에 또는 전기-광학 재료의 표면 상에 배치된, 예를 들어 스퍼터링된 금과 같은 스퍼터 금속 전도체를 사용하여 형성될 수 있다.
홈은 이용 가능한 반도체 처리 기술을 사용하여 에칭될 수 있다. 각각의 홈은 홈의 측면에 전도성 횡방향 전극을 형성하는 벽(282, 284 및 286, 288)을 각각 갖는다. 일 예로서 스퍼터링된 금과 같은 전도체는 바닥 및 벽(282, 284 및 286, 288)을 덮도록 홈에 배치될 수 있으며, 이에 의해 횡방향 중앙 전극(274, 276)을 형성할 수 있다.
전극(278, 274, 276, 290) 사이에 차동 전압이 인가될 수 있다. 인가 전압은 예를 들어 제2, 제3 및 하부 전극에 각각 연결된 전압 램프(V1, V2, V3)로서 도시되어 있다. 전극 홈의 목적은 상부, 중앙 및 하부 전극 사이에 차동 전압을 인가할 수 있게 하는 것이다. 다른 전압이 임의의 전극(278, 274, 276, 290)에 인가될 수 있다. 일부 구현예에서, 세그먼트들에 걸쳐 인가되는 차동 전압은 서로 독립적일 수 있다.
본원에 개시된 세그먼트형 EOM은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같은 2개 또는 3개의 세그먼트에 제한되지 않는다. 일부 구현예에서, 세그먼트형 EOM은 보다 많은 세그먼트, 예를 들어 수백, 수천 또는 수백만 개의 세그먼트를 포함할 수 있다. 또한, 일부 구현예에서, EOM 세그먼트는 도 5 및 도 6에 도시된 예시적인 1D 세그먼트 어레이가 아니라 2차원 어레이로 배열될 수 있다.
도 7은 감광 검출기 어레이(306)의 전방에 파브리-페로 공동(304)을 포함하는 통합형 종방향 전기-광학 광 센서(300)의 다른 실시예의 측단면도이다. 센서(300)는 모놀리식 센서(monolithic sensor)일 수 있다. 상부로부터의 복귀광 또는 입사광(301)은 다수의 마이크로렌즈(308)를 갖는 마이크로렌즈 어레이(302)에 의해 수집된다.
파브리-페로 공동(304)은 상부 반사 코팅(310), ITO 코팅과 같은 투명한 전도체 코팅(312), 전기-광학(EO) 재료(314)(예를 들어, 본원에 개시된 임의의 것과 같은 전기-광학 중합체(EOP), 전기-광학 결정(EOC), 전기-광학 세라믹(EOCe) 등), ITO 코팅과 같은 하부 투명한 전도체 코팅(316), 및 하부 반사 코팅(318)으로 구성된다.
센서 어레이(306)는 광학적 누화(optical cross-talk)를 회피하기 위해, 산화물과 같은 유전체 층일 수 있는 광학적으로 불투명한 차폐물(328)에 의해 절연된 각각의 웰(well)(320) 내에 위치된 픽셀 센서(322)의 어레이를 지지하는 반도체 기판을 포함할 수 있다. 폴리실리콘 층(326) 및 전도체 층(324)은 센서(322)로 그리고 센서로부터의 전자 신호 경로를 제공할 수 있다.
시스템의 작동에 정확한 방식으로 FPC(304)를 통해 센서 어레이(206)(예를 들어, CMOS, CCD 또는 다른 유형의 센서 어레이)로의 광의 투과를 허용하기 위해, 전압이 정확한 시변 방식으로 EO 코팅(312, 316)을 가로질러 인가될 수 있다. 이러한 전기적 변조 광은 장면의 전체 이미지를 수집하는 것에 부가하여 거리의 결정을 가능하게 한다. 반사 코팅(310, 318) 및 전도성 코팅(312, 316)은 각각 조합될 수 있다. 이러한 경우에, 전기 전도성 코팅은 ITO(indium-tin-oxide; 인듐-주석-산화물)로 구성된다. 다른 전기 전도성 코팅이 또한 사용될 수 있다. 전기-광학 변조기는 "종방향" 구성으로 구성된다. 전술한 바와 같이, "종방향"은 광의 경로에 대한 전극의 배치를 지칭한다. 종방향 구성에서, 인가된 전기장(전극에 수직임)은 (상부로부터 센서로의) 광 전파와 동일한 방향이 된다. 전기-광학 재료는 본원의 다른 곳에 개시된 임의의 것과 같은 전기-광학 중합체, 전기-광학 결정, 또는 전기-광학 세라믹, 또는 상기의 임의의 적합한 조합을 포함할 수 있다.
도 8은 감광 검출기 어레이(306)의 전방에 파브리-페로 공동(352)을 포함하는 통합형 횡방향 전기-광학 광 센서(350)의 일 실시예의 측단면도이다. 센서(350)는 모놀리식 센서일 수 있다. 상부로부터의 입사광은 마이크로렌즈 어레이(302)에 의해 수집된다. 파브리-페로 공동(352)은 상부 반사 코팅(310), 전기-광학 재료(354)(EOP, EOC, EOCe 등) 및 하부 반사 코팅(318)을 포함한다.
FPC(352)는 그 사이에 위치된 전기-광학 재료(354)를 통해 전기장을 생성하기 위한 적어도 2개의 전극(356, 358)을 포함한다. 전극 구성은 광 전파에 대해 수직이거나 "횡방향"이다. 일부 구현예에서, 전기-광학 재료(354)는 분할될 수 있고, 상이한 전압 드라이버를 갖는 다수의 횡방향 전극이 사용될 수 있다. 전기 전도성 전극(356, 358)은 ITO(인듐-주석-산화물) 또는 본원에 개시된 임의의 금속 전도체와 같은 임의의 다른 적합한 전기 전도성 재료를 포함할 수 있다.
시스템의 작동에 정확한 방식으로 FPC(352)를 통해 센서 어레이(306)(CMOS, CCD 또는 다른 유형의 센서 어레이)로의 광의 투과를 허용하기 위해, 전압이 정확한 방식으로 전극(356, 358)을 가로질러 인가될 수 있다. 이러한 전기적 변조 광은 장면의 전체 이미지를 수집하는 것에 부가하여 거리의 결정을 가능하게 한다. 인가 전압은 예를 들어 하나의 전극(358)에 연결된 전압 램프일 수 있는 한편, 다른 전극(356)은 접지에 연결된다. 횡방향 구성에서, 2개 초과의 전극이 이용될 수 있다. 전극(356, 358)은 EO 재료의 세그먼트 사이에 도포된 얇은 전도성 층, 또는 EO 재료 층 사이의 홈 내의 전도성 재료, 또는 EO 재료(354)의 상부 및 하부 표면 상의 전도체 스트립으로 구성될 수 있다.
전기-광학 재료(354)는 본원에 개시된 임의의 것과 같은 전기-광학 중합체, 전기-광학 결정 또는 전기-광학 세라믹, 또는 상기의 임의의 적합한 조합을 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 도 7 및 도 8의 센서(300, 350) 각각은 도 1 내지 도 4와 관련하여 설명된 바와 같이, 본원에 개시된 프로세서 서브시스템 및 적절한 전압 드라이버 회로(들)에 연결되어, 각각 FPC(304, 352)를 통한 입사광의 변조를 제어하고, 또한 센서 어레이(306)로부터 출력된 전자 신호를 처리하여 3D 정보를 도출할 수 있다.
본원에 설명된 FPC의 일부 구현예에서, 전극 및 전극 전도성 층은 인덱스(index)가 0.0001 초과, 또는 0.001 초과 또는 0.01 초과만큼 변하지 않도록 EO 재료에 대략적으로 인덱스-매칭된다. 본원에 설명된 FPC의 일부 구현예에서, 재료(EO 재료 및 전도성 재료)의 굴절률은 매칭되지 않는다.
도 9는 전압의 함수로서 "저-피네스(low finesse)" 파브리-페로 공동 및 "고-피네스(high finesse)" 파브리-페로 공동의 예시적인 광 투과율을 나타내는 그래프(400)를 도시한다. 그래프는 FPC 변조기 사용의 이점을 보여준다: 전극의 특정 구성, 전기-광학 재료 및 두께에 따라 달라질 수 있는 비교적 낮은 전압의 경우, 심지어 인가된 구동 전압이 비교적 낮은 저-피네스 공동의 경우에도 높은 콘트라스트 투과율(예를 들어, 80% 이상)이 달성될 수 있다.
도 10은 광 입사각의 함수로서 "저-피네스" 파브리-페로 공동 및 "고-피네스" 파브리-페로 공동의 예시적인 광 투과율을 나타내는 그래프(450)를 도시한다. 투과율은 전극의 특정 구성, 전기-광학 재료 및 두께에 따라 달라질 수 있다. 그러나, 이러한 특정 구성에서, 심지어 비교적 낮은 입사각에서 저-피네스 공동의 경우에도 높은 콘트라스트 투과율(예를 들어, 80%)이 달성될 수 있다.
도 11은 포켈스 셀(Pockels cell)과 같은 다른 예시적인 종방향 전기-광학 변조기(EOM)(500)의 개략적인 단면도이다. EOM(500)은 11개의 투명한 전극(504, 506) 사이에 개재된 EO 재료(502)의 10개의 웨이퍼를 포함한다. 투명한 전극(504, 506)은 본원에 개시된 임의의 투명한 전극 재료일 수 있다. 전극(504, 506) 각각에 구동 전압이 인가될 수 있다.
EO 재료(502)는 종방향 EOM(500)을 형성하는 얇은 웨이퍼에 사용되는 결정질 재료 또는 폴링된 결정질 세라믹(poled crystalline ceramic)(EO 및 EOCe)일 수 있다. 구동 전압을 감소시키기 위해, 도 11에 도시된 바와 같이 함께 적층된 일련의 종방향 포켈스 셀을 사용하여 변조 층이 형성될 수 있다. 예를 들어, 인산 이중수소 칼륨(potassium dideuterium phosphate)(KD*P)과 같은 전기-광학 재료의 두께가 각각 0.5 ㎜인 일련의 10개의 웨이퍼는 반파(온 상태와 오프 상태 사이의 100% 콘트라스트) 전압이 532 ㎚에서 320 V가 되도록 제조될 수 있다. 다른 결정 두께 및 층의 수가 사용될 수 있다. 예를 들어, 0 2 ㎜ 이하 또는 2 ㎜ 미만의 EO 재료 웨이퍼 층이 사용될 수 있다. 니오브산 리튬과 같은 다른 결정질 전기-광학 재료뿐만 아니라, 다른 전압, 파형 및 결정 두께도 대신 사용될 수 있다.
이러한 종류의 스택(500)을 조립하는 하나의 방법은 불화 마그네슘(MgF2)과 같은 복굴절 보상 재료의 기판 상에 인듐 주석 산화물(indium tin oxide; ITO)과 같은 투명한 전극을 증착하고 전기-광학 재료를 개재시키는 것이다. 이것은 MgF2-ITO-EO-ITO-MgF2의 층상 구조를 생성하며, 이는 필요한 경우 반복되어 복굴절을 보상하는 적층된 종방향 포켈스 셀을 형성할 수 있다. 도 11에 도시된 적층된 변조기(500)는 임의의 적합한 수의 전극-결정 샌드위치(electrode-crystal sandwich)를 포함할 수 있다.
상이한 결정 웨이퍼의 광축은 0.5° 이내로 정렬될 수 있다. 일부 구현예에서, 광축은 1° 이내, 또는 2° 이내 또는 그 이상으로 정렬될 수 있다. 전압은 동일한 전압 신호를 교대 전극에 공급함으로써 각각의 결정 요소를 가로질러 병렬로 인가될 수 있다. 이러한 요소는 전압이 적합한 모든 다른 전극 또는 다른 패턴에 인가되도록 전극 접점을 배치하는 것을 포함하여, 적절한 절연 및 기계적 장착에 의해 가장 콤팩트하게 제조될 수 있다. 단결정으로 구성된 스택 조립체의 경우에도, 보상 재료 또는 변조기 재료 상에 증착된 투명한 전극을 갖는 조립체를 위한 윈도우(window)로서(예를 들어, 투명한 전극에 의해 유발된 전기장 외부에 위치됨) 복굴절 보상 재료가 사용되면 조립체가 가장 콤팩트해질 것이다.
스택 변조기, 예를 들어 도 11에 도시된 변조기(500)는 광 검출기 어레이, 예를 들어 종방향 전기-광학 변조기의 경우 도 2에 도시된 바와 같은 어레이(64), 또는 횡방향 변조기의 경우 도 3의 어레이(64)의 전방에 배치될 수 있거나, 대안적으로 종방향 전기-광학 센서의 경우 도 7에 도시되고 횡방향 전기-광학 센서의 경우 도 8에 도시된, FPC(304 및 352)를 대체하는 마이크로렌즈 어레이(302)와 센서 어레이(306) 사이에 통합될 수 있다.
일부 구현예에서, 스택(500)은 도 1 내지 도 4, 및 도 7 및 도 8에 도시된 시스템의 파브리-페로 공동의 위상 변조기로서 사용될 수 있다. 스택은 또한 마이크로렌즈 어레이를 사용하지 않는 센서 어레이, 및 이면 조사 센서(backside illuminated sensor)와 같은 다른 센서 어레이 구성에도 사용될 수 있다.
도 12는 복수의 마이크로렌즈(558)를 갖는 마이크로렌즈 어레이(552)의 하방 또는 후방에 형성된 종방향 변조기(554)를 갖는 예시적인 모놀리식 센서(550)의 개략적인 단면도이다. 변조기(554)는 감광 검출기 어레이(556)의 전방에 위치된다. 상부로부터의 복귀광 또는 입사광이 마이크로렌즈 어레이(552)에 의해 수집된다.
변조기(554)는 본원에 개시된 임의의 편광 변조기일 수 있거나, 대안적으로/추가적으로 도 12에 도시된 편광기 층이 본원의 다른 도면에 도시된 바와 같이 반사 또는 부분 반사 층 또는 코팅으로 대체되는 임의의 개시된 파브리-페로 유형 변조기를 포함할 수 있다. 개시된 횡방향 변조기는 마찬가지로 마이크로렌즈 어레이(552)의 전방 또는 후방에 위치될 수 있다.
예를 들어, 일부 구현예에서, 변조기 층(554)은 투명한 전도체(560)와 결합된 상부 반사 코팅, 전기-광학(EO) 재료(562)(예를 들어, 본원에 개시된 임의의 것과 같은 전기-광학 중합체(EOP), 전기-광학 결정(EOC), 전기-광학 세라믹(EOCe) 등), 하부 반사 코팅(564)으로 결합된 투명한 하부 전도체로 구성된 파브리-페로 공동을 포함한다.
센서 어레이(556)는 광학적 누화를 회피하기 위해, 산화물과 같은 유전체 층일 수 있는 광학적으로 불투명한 차폐물(568)에 의해 절연된 각각의 웰(566) 내에 위치된 픽셀 센서(570)의 어레이를 지지하는 반도체 기판을 포함할 수 있다. 센서 어레이는 상업적으로 입수 가능한 CCD 또는 CMOS 광 센서 어레이일 수 있다.
도 13은 마이크로렌즈 어레이(552)의 전방 또는 상방에 형성된 종방향 변조기(554)를 갖는 다른 예시적인 모놀리식 센서(600)의 개략적인 단면도이다.
도 7, 도 8, 도 12 및 도 13에 도시된 임의의 센서에 따른 모놀리식 3D 센서를 구성하는 방법은 정면 또는 이면 조사 여부에 관계없이, 평탄화된 표면을 갖는 CMOS 또는 CCD와 같은 센서 어레이로 시작할 것이다. 파브리-페로 어레이는 일련의 리소그래피 제조 단계를 사용하여 센서 어레이 면 상에 직접 증착될 수 있다. 산화물 또는 다른 절연 재료를 포함하는 절연 층이 필요한 임의의 표면의 상부에 증착되고, 이어서 인듐-주석-산화물(ITO)과 같은 전기 전도성 코팅이 증착된다. EOP 층은 ITO 층의 상부에 코팅될 수 있다. 제2 ITO 층이 EOP 층 위에 증착되고, 이어서 중합체 편광 층이 증착될 수 있다. 필요한 경우, 마이크로렌즈 어레이가 상부에 증착될 수 있다. 전술한 재료 및 제조 방법은 예시적인 것이며, 다른 재료 및 제조가 사용될 수 있다. 전기-광학 층과 직접 접촉할 수 있는, 반사 코팅 외부의 ITO 또는 유사한 전도성 코팅과 같이 층의 순서는 상이할 수 있다. 재료 특성 및 프로세스 요구사항에 따라 다른 인터페이스 층이 필요할 수 있지만, 그 결과는 기존 마이크로제조 프로세스와 일치하는 층의 모놀리식 스택이 된다. 다른 방법으로 구성된 3D 센서가 있을 수 있다. 이와 같은 구조는 또한 임의의 마이크로렌즈 층의 전방에 위치될 수 있거나, 이 구조는 이미징 어레이 구조 내로 더 깊게 통합될 수 있다. 예를 들어, 투명한 기판의 일 측면 상에는 최상부 반사기가 증착될 수 있으며, 다른 측면 상에는 최상부 ITO 코팅이 증착될 수 있다. 이러한 코팅된 기판은 센서 어레이 위에 기계적으로 위치될 수 있다. 3D 센서의 제조 및 구성에서 다른 유사한 조정이 이루어질 수 있다.
본원에 개시된 변조기, 센서 및 통합형 모놀리식 센서 시스템은, 본원에 완전히 기재된 것처럼 그 전체가 참조로 포함되는 미국 특허 제8,471,895 B2호(본원에서 "'895 특허"로 지칭됨), 및 본원에 그 전체가 기재된 것처럼 참조로 그 주제가 포함되는 2017년 11월 27일자로 출원된 미국 특허 출원 제15/823,482호 및 2017년 12월 28일자로 출원된 미국 특허 출원 제15/857,416호에 개시된 것 중 적어도 일부를 포함하여, 3D 시스템에 사용되고/되거나 3D 방법을 수행하는 데 사용될 수 있다.
본원에 설명된 센서 시스템은 콤팩트한 3D 센서를 제공한다. 몇몇 양태는 보다 콤팩트한 모놀리식 센서의 능력을 제공한다. 각각의 광 센서 픽셀 또는 픽셀 그룹 전방의 광 필드를 변조함으로써, 광자 신호, 시간 또는 깊이 정보(즉, 범위 정보)에 영향을 미치는 것이 입사광 필드로부터 보다 효율적으로 얻어질 수 있다.
'895 특허에 설명된 시스템은 포켈스 셀과 같은 변조기 및 벌크 전기-광학 재료를 사용하여 시간에 따라 복귀광 필드를 변조했다. 본원에 개시된 본 시스템은 광 검출기 어레이의 전방에 근접하게 얇은 변조기를 배치함으로써 콤팩트한 3D "칩-스케일" 거리 추정 센서를 생성하는 능력을 제공한다. 일 구현예에서, 얇은 변조기는 감지 어레이 상에 얇은 변조기를 포함하도록 감지 어레이를 생성하는 데 사용되는 동일한 제조 프로세스를 사용할 수 있다. 특히, 전기-광학 재료의 디자인, 배치 및 선택은 필요한 활성화 전압을 감소시킨다. 전압 감소는 많은 응용에 필요한 크기, 중량 및 전력(낮은 SWaP) 및/또는 부피를 감소시킨다. 특히, 전력의 감소는 핸드헬드형(handheld) 장치 및 응용과 같은 작은 폼 팩터(form factor) 장치에 사용될 수 있는 칩-스케일 이미저(chip-scale imager)를 가능하게 한다.
몇몇의 예시적인 센서 시스템의 구조 및 작동이 도 1 내지 도 9에 도시되어 있다. 도 7의 센서(300)는 하기의 설명에서 참조 실시예로서 사용되며; 그러나, 개시된 다른 센서가 마찬가지로 대신에 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 도 7은 제1 반사 요소(310), 전기-광학 재료(314) 및 제2 반사 요소(318)를 갖는 통합형 센서 시스템(300)을 도시한다. 관심 장면을 조명하기 위해 본원에 설명된 임의의 센서 시스템과 함께 사용될 수 있는 센서(300)에 의해 수용되는 입사 복귀광을 생성하도록 장면을 조명하기 위한 외부 트리거 광원은 도시되어 있지 않다. 광원은 예를 들어 100 nS 정도의 짧은 펄스를 방출할 수 있다. 이러한 광원은 충분한 밝기를 갖는 임의의 광원일 수 있다. 일 실시예에서, 광원은 808 ㎚의 광을 방출하는 레이저 다이오드이다. 808 ㎚는 일 실시예로서만 언급되고, 다른 파장이 사용될 수 있고, 예를 들어 도 7의 시스템은 각 파장 범위와 호환되는 요소를 사용하여 임의의 자외선, 가시광선, 근적외선, 단파 적외선 또는 장파 적외선용으로 설계될 수 있다. '895 특허, 및 2017년 12월 18일자로 출원되고 명칭이 "펄스형 광원 공급에 사용 가능한 드라이버 회로(Driver Circuit Usable for Supplying Pulsed Light Source)"인 미국 특허 출원 제15/845,719호(그 전체가 본원에 참조로 포함됨)에 설명된 임의의 것과 같은 광원이 일부 상황에서 본원에 개시된 시스템과 함께 사용될 수 있다.
복귀광 필드(장면으로부터 반사되거나 산란됨)는 렌즈렛 어레이(lenslet array)(예를 들어, 도 7의 마이크로렌즈 어레이(302))를 통과하고, 제1 반사기(예를 들어, 반사 코팅(310)) 및 제1 전기 전도체(예를 들어, ITO와 같은 투명한 전극일 수 있는 상부 전기 전도성 코팅(312))를 통과한다. 다음에, 광은 2개의 투명한 전극(312, 316)(예를 들어, 상부 및 하부 전기 전도성 코팅)과 하부 반사기(318)(예를 들어, 하부 반사 코팅) 사이에 개재된 얇은 변조 재료(314)(예를 들어, 종방향 EO 재료)를 통과한 후에, 최종적으로 감광성 어레이(306), 검출기, CCD 어레이, CMOS 어레이, 또는 다른 감광 검출기 어레이에 도달한다.
변조 층(예를 들어, 종방향 전기-광학 재료)은 전기-광학 중합체(EOP), 전기-광학 결정(EO), 전기-광학 세라믹(EOCe) 또는 다른 유사한 전기-광학 재료, 또는 인가 전압에 따라 그 특성을 변화시키는 재료와 같은 전기-광학적인 활성 재료로 구성될 수 있다. EOP, EO 또는 EOCe 재료의 사용은, 이와 같은 재료가 30 pm/V, 50 pm/V, 100 pm/V 또는 그 이상의 전기-광학 계수를 가질 수 있기 때문에, 변조기가 꺼졌을 때와 완전히 켜졌을 때 사이에 원하는 콘트라스트비를 얻기 위한 활성화 전압이 보다 낮아지게 한다. 이와 같은 재료는 또한 얇은 층, 때로는 1 ㎛ 또는 10 ㎛ 또는 그 이상으로 얇은 층으로 도포될 수 있다. 일부 구현예에서, 1 ㎛보다 얇은 층이 사용될 수 있다. EO 층 두께는 이러한 두께보다 작거나 클 수 있다. 재료 및 두께는 변조기 커패시턴스(capacitance)가 1 ㎌ 미만, 100 ㎋ 미만, 10 ㎋ 미만 또는 1 ㎋ 미만이 되도록 선택될 수 있다.
위상 지연 및 결과적인 변조를 유도하는 복굴절이 있도록 제조된 EO 변조 층의 경우, 보상 수단은 비-수직 입사각에서 전파되는 광선이 수직 입사각의 광선과 대략 동일한 양의 위상 지연을 수용하도록 축외 복굴절(off-axis birefringence)을 보상할 수 있다. 복굴절을 보상하기 위해, EOC, EOCe 또는 EOP는 제1 EOC, EOCe 또는 EOP 층과 반대의 복굴절 부호를 갖는 EO 활성 또는 비-EO 활성 재료의 하나 이상의 층을 갖도록 제조될 수 있다. 추가적으로/대안적으로, 다른 비-전기-광학적 활성 중합체, 결정, 세라믹은 물리적 응력 또는 다른 수단에 의해 유도된 복굴절을 가질 수 있다. 이와 같은 복굴절 보상 층(또는 층들)은 전기-광학적으로 활성이 아닌 경우 전극 사이에 있거나, 전극 사이의 영역 외부에 있지만 여전히 센서 시스템의 광학 경로 내에 있는 변조 층에 추가될 수 있다. 일부 구체예의 경우, 복굴절 효과는 EOC, EOCe 또는 EOP 층의 보다 얇은 두께를 사용함으로써 처리될 수 있다. 파브리-페로 디자인을 사용하는 다른 구체예의 경우, Q 또는 공명 품질을 줄여서 시스템이 복굴절 또는 다른 결함에 덜 민감하게 할 수 있다.
이제 적합한 EOP, EO 및 EOCe의 몇몇 구체예가 설명되며, 이들 각각은 본원에 개시된 임의의 센서 시스템, 예를 들어 도 7 및 도 8에 도시된 센서 시스템(300, 350)에서 사용될 수 있다.
개시된 센서는 본질적으로 종래의 TOF 3D 카메라 접근법의 시간적 감도를, 전통적으로 실행되는 바와 같은 그 후방의 전자기기 대신에 CMOS 센서 어레이 전방의 광학기기에 집어넣는다. 일부의 전기-광학 중합체, 전기-광학 세라믹 및 전기-광학 결정은 전통적인 결정질 재료보다 최대 40배 더 큰 전기-광학 응답을 갖는 부류의 재료이다. 이와 같은 중합체, 세라믹 및 결정은 KH2PO4, KD2PO4, LiNbO3 또는 LiTaO3을 포함할 수 있다. 이러한 재료는 비례적으로 보다 낮은 구동 전압을 갖는다. 중합체의 경우, 이러한 재료는 세라믹 또는 결정과 상이한 방법으로 도포될 수 있다. 이들은 또한 단순화된 제조를 위해 스핀 코팅을 통해 도포될 수도 있다. 낮은 복굴절, 낮은 온도 감도 또는 낮은 유전 상수와 같은 다른 성능 이점도 선택된 재료에 따라 얻을 수 있다.
전기-광학 중합체 또는 전기-광학 세라믹의 경우에, 이러한 재료는 전형적으로 PMMA(Poly(methyl methacrylate))와 같은 유기 중합체 매트릭스와 같은, 베이스 재료에 추가되는 특수 화합물이다. 베이스는 굴절률이 매칭되도록 선택될 수 있으며, 그에 따라 세라믹 재료(전형적으로 보다 높은 굴절률을 가짐)는 상이한 베이스를 사용할 것이다. 다른 중합체 베이스가 사용될 수 있다. 효과적이기 위해서는, 일부 재료의 분자가 전기-광학 계수 r33 또는 적절하게 다른 계수를 최대화하기 위해 상승된 온도(150 내지 200℃ 또는 때로는 보다 높거나 보다 낮은 온도)에서 인가된 "폴링(poling)" 전압을 사용하여 공통 축에 정렬되어야 한다. 개시된 모놀리식 센서의 경우, 폴링 필드는 제조 프로세스 동안, 상승된 온도에서만, 작동에 사용되는 것과 동일한 ITO 또는 다른 전극을 사용하여 인가될 수 있다. 일부 구현예에서, 폴링 필드는 작동 동안에 전극(예컨대, ITO 전극)에 의해 형성된 필드 방향과 다른 방향으로 인가될 수 있다. 일부 경우에, 폴링 전극은 일시적이고, 작동 이전에 제거될 수 있다. 일부 구현예에서, 폴링 필드 및 변조 필드는 동일한 방향이다.
전기-광학 재료를 폴링하는 프로세스는 중합체, 세라믹 또는 결정질에 관계없이, 폴링된 전기-광학 재료의 분야에 알려진 것일 수 있다. 결정질 재료는 자연적인 장주기 규칙(long-range order)을 갖는다. 이러한 규칙은 비-중심 대칭(non-centrosymmetry) 특성을 포함할 수 있다. EO 재료(중합체, 세라믹 또는 결정)는 포켈스 효과 또는 1차 전기-광학 효과를 나타내도록 비-중심 대칭이어야 한다. 세라믹은 전형적으로 장주기 규칙을 갖지만, 세라믹의 "입자(grain)" 내에서만 갖는다. 세라믹 기판 자체를 구성하는 세라믹 입자 모음은 비-중심 대칭 특성을 갖는 것을 보장하지 않는다. 최종적으로, 중합체는 고유한 장주기 규칙을 가질 수 있거나 가지지 않을 수 있다.
EO 재료, 특히 중합체 및 세라믹의 문제는 규칙의 결여이다. 비-중심 대칭 규칙을 유도하기 위해, 재료는 전형적으로 "폴링" 프로세스에 의해 처리된다. 원하는 전기적 특성은 비-중심 대칭 재료에서만 발견될 수 있다. 잠재적으로 자연적으로 발생하는 "중심 대칭적 대칭"을 파괴하기 위해, 중합체, 세라믹 또는 때때로 결정질 재료가 편광화되어야 한다. 결과적인 편광화는 쌍극자 및/또는 도메인의 배향, 이종 중합체 재료 내의 전하 층 축적뿐만 아니라, 두 효과의 조합에 의해 유발될 수 있다. 재료에서 쌍극자 배향을 달성하기 위해, 충분히 높은 전기장이 중합체 필름 또는 층의 표면 사이에 인가되어야 한다. 샘플 두께를 가로질러 전기장을 생성하는 다양한 가능성이 있다. 종종 내부 전기장은 코로나 방전에서 중합체를 대전시키거나, 직접 전극 접촉으로 양면 금속화 샘플을 폴링하거나, 전자 빔으로 전하 층을 증착하거나, 액체 접촉으로 표면을 대전시킴으로써 생성된다. 일부 경우에, 중합체(하나의 이와 같은 중합체는 [C2H2F2]n의 화학 기호를 갖는 폴리-비닐리덴 플루오라이드 또는 PVDF로 알려짐)는 천연 강유전체이며, 이 경우에, 온도는 전압이 인가될 때 특정 온도 초과로 상승되어야 한다. 이러한 온도는 강유전체 전이 온도로 알려져 있다. 재료에 적절한 정확한 전압을 인가하면, 재료는 냉각 시에 비-중심 대칭 배향을 취할 것이다. SEO100으로도 알려진, 35 중량%의 쌍극성 페닐테트라엔 발색단으로 도핑된 폴리카보네이트로 구성된 베이스 중합체와 같은 다른 재료는 약 150℃의 온도에서 235 V의 폴링 전압을 사용하여 폴링된다. SEO100은 단지 일 실시예로서 열거된 것이다. 몇 가지 기판 중합체만을 열거하자면, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리카보네이트, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리에틸렌으로 구성된 다른 복합 중합체 베이스는 또한 동일한 또는 대안적인 발색단 또는 발색단의 혼합물의 추가를 통해 변형되고, 그 결과 SEO100과 유사하게 거동하며, 다음에 폴링될 수 있다. 이러한 폴링 가능한 중합체는 해당 특정 엔티티(entity)에 특정된 특성(폴링 전압 및 폴링 온도)을 갖는다. 엔티티가 제조(폴링)되고 전극이 성공적으로 적용되면, 재료는 파브리-페로 공동 내에서 위상 변조기로서 사용할 준비가 된다.
전술한 EO 재료는 본원에 개시된 임의의 변조기 또는 센서 시스템에서 사용될 수 있다. 또한, 일부 구현예에서, 이미지 센서의 평탄화 층 상에, 또는 이미지 센서 제조 프로세스의 다른 단계에서, 또는 에폭시 또는 다른 프로세스에 의해 광 센서 또는 센서 어레이에 부착될 수 있는 별도의 기판 상에 에피택셜 성장될 수 있는 다른 재료가 사용될 수 있다. 이러한 성장된 재료 중 일부에서, 상이한 결정 축(또는 동등한) 배향으로 재료를 성장시키도록 상이한 에칭 단계 또는 기판 준비에 의해 패턴이 생성될 수 있다.
EO 중합체를 사용하는 위상-기반 변조기(파브리-페로 변조기)
도 1, 도 2 및 도 7에 도시된 FPC 구조의 경우, 전기-광학 중합체 재료(EO 재료(32, 314)로 사용됨)의 위상 변화 Δφ는 하기의 관계식에 의해 전기-광학 계수와 관련된다:
[식 1]
Figure pct00001
여기서, h는 중합체의 굴절률이고, rij는 전기-광학 계수이고, λ는 광의 파장이고, l은 전파 방향의 두께이며, d는 인가 전압 V의 방향으로의 두께이다. FPC의 종방향 여기의 경우에, 재료 두께 l은 전압이 인가되는 거리 d와 동일하다. 횡방향 여기 구성에서, l은 d와 상이할 수 있다.
필요한 진폭 변조는 EO 중합체를 반사 층으로 둘러쌈으로써 형성된 파브리-페로 공동을 사용하여 얻어질 수 있다. 이러한 경우에, 파브리-페로 변조기에 대한 대응하는 투과 강도 T는 하기에 의해 주어진다:
[식 2]
Figure pct00002
여기서, F는 에탈론(etalon) 반사율 R에 대한 피네스 계수 4R/(1-R)2이다. 박막 에탈론의 경우, (0차 및 다차 파장판 사이의 감도 차이와 유사하게) 입사각 및 온도에 대한 상대적 둔감도를 여전히 유지하면서, 피네스는 100 초과일 수 있다.
일부 구성에서, PVDF 또는 SEO100과 같은 폴링된 중합체가 횡방향 또는 종방향 전극으로 생성된다. 중합체가 파브리-페로 공동에 배치되면, 외부적으로 인가된 전압이 인가된다. 이것은 입사광의 직접적인 변조를 초래한다. 도 1 내지 도 8 중 임의의 것에 도시된 바와 같이 구성된 이와 같은 FPC를 사용하면, 이러한 타이밍 광 변조는 '895 특허에 개시된 바와 같은 방법을 사용하여 거리를 결정하는 데 사용될 수 있으며, 이 문헌은 그 전체가 본원에 참조로 포함된다.
종방향 및 횡방향 전기-광학 파브리-페로 모놀리식 센서(300, 350)의 실시예가 각각 도 7 및 도 8에 도시되어 있다. 이들 센서(300, 350)에서, 추가적인 코팅이 종래의 실리콘-기반 CMOS 센서 어레이(306)의 기존의 SiO2 부동화 층(328)의 상부에 얇은 층으로 적층된 것으로 도시되어 있다. 파브리-페로-기반 변조기의 경우, EO 중합체 재료는 2개의 반사 코팅(310, 318) 사이에 위치될 수 있으며, 각각의 반사 코팅은 일부 구현예에서 160의 피네스에 대해 약 85%의 고유 반사율을 갖거나; 또는 다른 구현예에서, 1000의 피네스에 대해 약 94%의 반사율을 갖는다. 0% 내지 100% 범위의 다른 반사율 값이 사용될 수 있다.
인가 전압의 함수로서 FPC 층(304)에 대한 결과적인 광 투과율이 150 pm/V의 전기-광학 계수를 갖는 종방향 변조기 계수에서, 상기에 나열된 피네스에 대해 도 9에 도시되어 있다. 이러한 전압은 투명한 전극 층을 사용하여 센서의 개구를 가로질러 균일하게 인가될 수 있다. 인듐 주석 산화물(ITO)은 투명한 전도성 코팅에 통상적으로 이용되는 재료이다. ITO 대신에, 투명하거나 반투명한 IZTO 또는 다른 전도성 산화물, 금(또는 다른 금속) 메시 또는 얇은 금속 층과 같은 다른 투명한 전극(전기 전도성이지만 광 투과도도 허용함)이 사용될 수 있다.
파브리-페로 에탈론은 내부적으로 충돌하는 광 필드의 각도에 민감할 수 있다. 각도 감도는 일부 응용에 대해 과거에 파브리-페로 전기-광학 변조기의 사용을 방해했다. 본원에 개시된 센서 시스템 및 변조기에서, 에탈론의 두께는 약 0.0012 ㎜ 두께(1.2 미크론 또는 1.2e-06 m 두께)일 수 있다. 이러한 구성에서, 도 10에 도시된 바와 같이 14° 및 20° FWHM의 허용 각도가 달성될 수 있다. 이것은 f/3.5 및 f/2.7 렌즈의 각도 허용도와 동등하다.
온도 감도는 마찬가지로 본원에 설명된 센서의 파브리-페로 공동에 사용된 얇은 층으로 인해 상당히 감소될 수 있다. 낮은 f#(높은 각도 허용도)가 사용될 수 있으며, 그에 따라 2D 이미지 상의 각 픽셀의 거리 측정을 위한 센서 시스템과 변조기가 3D(위치+거리) 데이터를 직접 생성할 수 있게 한다. 따라서, 본원에 개시된 센서 시스템 및/또는 변조기는 새로운 응용, 즉 다른 응용 중에서도, 칩-레벨 3D 측정 카메라를 허용할 수 있다.
일부 구현예에서, 종방향 파브리-페로 공동 변조의 트리거링은 808 ㎚에서 34 내지 70 V만을 필요로 할 수 있다―개시된 파브리-페로 공동 센서 시스템 및 변조기를 이용하지 않는 기존의 포켈스 셀 변조기보다 100배 개선됨.
본원에 개시된 모놀리식 3D 센서(센서 시스템)의 파브리-페로 EO 변조기는 약 30 V로 > 80% 변조 깊이를 달성할 수 있다. EO 중합체가 얇기 때문에(약 1.2 ㎛), 각도 허용도가 또한 높다. 변조기 기능은 도 7, 도 8, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, CMOS 센서 어레이의 기존 SiO2 부동화 층의 상부에 증착된 박막 스택을 사용하여 달성될 수 있다.
또한, 조명 패턴 또는 표면 반사율의 변동을 설명하기 위해, 임의의 개시된 센서 시스템에 사용되는 동일한 광학기기를 통해 정규화 이미지가 생성될 수 있다. 이것을 실행하기 위해, 파브리-페로 센서 시스템의 반사 층은 컬러 센서가 이제 각 픽셀(예를 들어, 베이어 패턴(Bayer pattern), 바둑판 패턴 또는 바둑판 패턴, 또는 다른 사전규정된 패턴) 바로 위에 배치된 패턴화된 컬러 필터를 갖는 것과 거의 동일한 방식으로 공간적으로 패턴화될 수 있다. 파브리-페로 변조가 사용되는 경우에, 모든 다른 픽셀 또는 일부 다른 적합한 패턴은 EO 중합체 또는 EO 재료의 상방 및/또는 하방에 반사-방지 또는 비-반사 층을 가질 수 있으며, 그에 따라 인가 전압에 의해 변조가 일어나지 않고, 거의 모든 입사광은 픽셀로 투과된다. 일부 구현예에서, ITO는 일부 픽셀 위의 EO 층의 부분만이 인가 전압 또는 전기장을 경험하도록 패턴화될 수 있다. 패턴은 픽셀 단위로 변조기 층에 형성될 수 있거나, 2개 이상의 픽셀의 그룹이 특정 패턴 영역―패턴의 비변조 영역 또는 반사 변조 영역―에 포함되는 픽셀의 그룹에 기초하여 형성될 수 있다. 다음에, 변조 응답 및 비변조 응답은 RGB 색상이 다른 컬러 픽셀에 대해 보간되는 방식과 유사한 방식으로 나머지 절반의 픽셀에 대해 보간될 수 있다. 이것은 개시된 센서 시스템의 특정 추가 구성이다.
대안적으로, 정규화 이미지는 동일한 센서 및 동일한 픽셀 또는 검출기를 사용하는 변조된 이미지보다 빠르거나 늦은 상이한 시간에 획득된 제2 이미지를 사용함으로써 얻어질 수 있다. 시간-인터리빙(time-interleaving) 변조 및 비변조 이미지 또는 응답의 이러한 접근법은 본원에 설명된 임의의 변조 해결책과 함께 사용될 수 있다.
다른 구현예에서, 변조기 층은 '895 특허에 설명된 많은 구현예와 유사하게, 인가된 전기장 하에서, 투과 광의 위상 변화를 유도하여 편광 상태를 변화시키는 재료로 구성될 수 있다. 이와 같은 구현예가 도 12에 도시되어 있다. 편광기 층은, 예를 들어 2017년 2월 28일자로 출원되고 명칭이 "3D 이미징 시스템 및 방법(3D Imaging System and Method)"인 미국 특허 출원 제15/445,560호에 설명된 편광 그리드에 관해 개시된 방식으로 패턴화될 수 있으며, 이 문헌은 그 전체가 본원에 참조로 포함되거나; 또는 일정한 편광기 층 또는 필름 또는 다른 구조체일 수 있다. 이와 같은 변조 층은 전술한 바와 같이 종방향 또는 횡방향 전극 배열을 사용하여 구성될 수 있다. 일부 구현예에서, EO 재료의 필요한 폴링, 폴링 필드의 방향은 변조 필드와 동일한 방향이다. 일부 구현예에서, 폴링 필드는 변조 필드와 상이한 방향일 수 있다.
파브리-페로 공동 내의 전기-광학 변조기의 추가적인 실시예
하기에서는 본원에 개시된 임의의 FPC와 같은, 파브리-페로 공동 내에서 사용 가능한 하나 이상의 전기-광학 변조기에 대한 특정 예시적인 구조 및 재료가 설명된다. 이러한 구조, 재료 및 변조기에 대한 추가적인 정보는 2017년 12월 28일자로 출원되고 명칭이 "광 시야 전기-광학 변조기 및 그 제조 및 사용 방법 및 시스템(Wide Field of View Electro-Optic Modulator and Methods and Systems of Manufacturing and Using Same)"인 미국 특허 출원 제15/857,263호에서 찾을 수 있으며, 이 문헌은 그 전체가 본원에 참조로 포함된다.
제1 실시예로서, 광축을 갖는 파브리-페로 공동 내의 전기-광학 변조기(EOM)는, 광을 수용하도록 구성된 제1 전기-광학 재료로서, 제1 전기-광학 재료는 제1 전기-광학 재료는 제1 전기-광학 재료를 통과하는 광선이 복굴절을 겪지 않는 제1 전기-광학 재료를 통한 방향을 나타내는 제1 광축을 가지며, 제1 전기-광학 재료는 제1 광축이 변조기의 광축과 평행하지 않도록 변조기 내에 위치되는, 제1 전기-광학 재료; 제1 전기-광학 재료로부터 출력된 광을 수용하도록 구성된 반파장판; 및 반파장판으로부터 출력된 광을 수용하도록 구성된 제2 전기-광학 재료로서, 제2 전기-광학 재료는 제2 전기-광학 재료를 통과하는 광선이 복굴절을 겪지 않는 제2 전기-광학 재료를 통한 방향을 나타내는 제2 광축을 가지며, 제2 전기-광학 재료는 제2 광축이 변조기의 광축과 평행하지 않도록 변조기 내에 위치되는, 제2 전기-광학 재료를 포함할 수 있다. 변조기의 양 단부에는, 투과 광 벡터가 인가된 전기장에 대략 "평행한" 종방향 방식으로 구성된 전극이 포함되어 있다. 전극은 전기장이 대체로 변조기의 광축을 횡단하도록 구성될 수 있다.
제1 광축은 변조기의 광축에 직교할 수 있다. 그리고, 제2 광축은 제1 광축과 반대 방향을 향할 수 있다.
예를 들어, 제1 광축은 변조기의 광축에 직교할 수 있고, 제2 광축은 변조기의 광축에 직교할 수 있으며, 제2 광축은 제1 광축과 반대 방향을 향한다.
파브리-페로 공동 내의 제2 예시적인 EOM은 광축을 갖는 EOM을 포함할 수 있다. EOM은, 광을 수용하도록 구성된 제1 전기-광학 재료로서, 제1 전기-광학 재료는 제1 전기-광학 재료를 통과하는 광선이 복굴절을 겪지 않는 제1 전기-광학 재료를 통한 방향을 나타내는 제1 광축을 가지며, 제1 전기-광학 재료는 제1 광축이 변조기의 광축과 평행하지 않도록 변조기 내에 위치되는, 제1 전기-광학 재료; 제1 전기-광학 재료로부터 출력된 광을 수용하도록 구성된 제1 반파장판; 반파장판으로부터 출력된 광을 수용하도록 구성된 제2 전기-광학 재료로서, 제2 전기-광학 재료는 제2 전기-광학 재료를 통과하는 광선이 복굴절을 겪지 않는 제2 전기-광학 재료를 통한 방향을 나타내는 제2 광축을 가지며, 제2 전기-광학 재료는 제2 광축이 변조기의 광축과 평행하지 않도록 변조기 내에 위치되는, 제2 전기-광학 재료; 제2 전기-광학 재료로부터 출력된 광을 수용하도록 구성된 제3 전기-광학 재료로서, 제3 전기-광학 재료는 제3 전기-광학 재료를 통과하는 광선이 복굴절을 겪지 않는 제3 전기-광학 재료를 통한 방향을 나타내는 제3 광축을 가지며, 제3 전기-광학 재료는 제3 광축이 변조기의 광축과 평행하지 않도록 변조기 내에 위치되는, 제3 전기-광학 재료; 제3 전기-광학 재료로부터 출력된 광을 수용하도록 구성된 제2 반파장판; 제2 반파장판으로부터 출력된 광을 수용하도록 구성된 제4 전기-광학 재료로서, 제4 전기-광학 재료는 제4 전기-광학 재료를 통과하는 광선이 복굴절을 겪지 않는 제4 전기-광학 재료를 통한 방향을 나타내는 제4 광축을 가지며, 제4 전기-광학 재료는 제4 광축이 변조기의 광축과 평행하지 않도록 변조기 내에 위치되는, 제4 전기-광학 재료를 포함한다.
제2 EOM에서, 제2 광축은 제1 광축과 반대 방향을 향할 수 있고, 제3 광축은 제4 광축과 반대 방향을 향할 수 있다. 예를 들어, 제1 광축은 변조기의 광축에 직교할 수 있고, 제2 광축은 변조기의 광축에 직교할 수 있고, 제3 광축은 변조기의 광축에 직교할 수 있고, 제4 광축은 변조기의 광축에 직교할 수 있으며, 제2 광축은 제1 광축과 반대 방향을 향할 수 있고, 제3 광축은 제4 광축과 반대 방향을 향할 수 있다.
각각의 EOM 실시예에서, EO 재료의 두께는 대략 동일할 수 있거나, 대안적으로 각각 두께가 상이할 수 있다. 각각의 EO 재료의 두께는 각각 10 ㎛ 미만일 수 있다. 예를 들어, EO 재료 중 하나 이상의 두께는 1 ㎛ 미만일 수 있다.
반파장판은 0차 파장판일 수 있으며, 반파장판은 효과적인 0차 파장판을 생성하기 위한 파장판의 조합이다. 반파장판은 광학 회전자일(optical rotator) 수 있으며, 반파장판은 광학 회전자를 생성하기 위한 0차 반파장판의 조합이다.
예시적인 전기-광학(EO) 재료
임의의 적합한 전기-광학 재료가 개시된 EOM 및 변조기, 예를 들어 본원에 개시된 FPC에서 사용될 수 있다. 예를 들어, EO 재료는 니오브산 리튬(LiNbO3), 탄탈산 리튬(LiTaO3) 또는 인산 이수소 칼륨(potassium dihydrogen phosphate)(KD*P) 결정일 수 있다. 이들 모두는 음의 복굴절성인 단축 결정이다.
전기-광학 재료에 다른 재료가 사용될 수 있다. 예를 들어, 재료는 니오브산 리튬(LiNbO3), 탄탈산 리튬(LiTaO3) 또는 인산 이수소 칼륨(KDP) 결정의 등구조 유사 재료 또는 고용체일 수 있다. 예를 들어, 니오브산 리튬과 탄탈산 리튬 사이에 고용체가 존재한다. LiNbxTa(1-x)O3의 조성을 갖는 임의의 재료가 적합한 재료일 수 있으며; 여기서 x는 0과 1 사이에 한정된 수이고, 즉 0 ≤ x ≤ 1이다.
전기-광학 재료에 사용될 수 있는 다른 재료는 인산 이수소 칼륨 및 그 동형체를 포함한다. 인산 이수소 칼륨의 경우, 수소가 중수소(deuterium, heavy hydrogen)로 치환되는 고용체가 존재한다. KH2xD2(1-x)PO4의 임의의 고용체가 적합한 재료일 수 있으며, 여기서 x는 0과 1 사이에 한정된 수이고, 즉 0 ≤ x ≤ 1이다. KD*P(KD2PO4)(KD*P는 DKDP, 중수소화 인산 이수소 칼륨, 인산 이중수소 칼륨, 또는 일염기 중수소화 인산 칼륨(deuterated potassium phosphate mono-basic)으로도 알려짐)가 전기-광학 재료에 사용될 수 있다. 이 재료는 대안적으로 KDP 또는 KD*P의 동형체인 재료의 고용체로 구성될 수 있다. 예를 들어, K가 NH4, Rb 및 Cs로 치환될 수 있고, P가 As로 치환될 수 있다. 모든 이러한 등구조 변형예는 EOM(10)에 적합한 재료일 수 있다. DKDP에 대한 등구조 재료는 일반적으로 일반 화학식 AxByCzH2rD2(1-r)FsG(1-s)O4를 갖는 화학물질의 그룹으로 구성될 수 있으며; 여기서 x+y+z = 1; 0 ≤ r ≤ 1; 0 ≤ s ≤ 1; A, B, C는 NH4, K, Rb, Cs의 원소 또는 이온으로부터 선택되고; H는 수소이고, D는 중수소이며; F 및 G는 인 또는 비소 이온으로부터 선택된다. 예를 들어, y = z = r = s = 0 및 A = K이고, G = P인 경우, 설명된 화합물은 재료 KD2PO4이다.
전기-광학 재료에 사용될 수 있는 다른 재료는 PZT(lead zirconate titanate; 티탄산 지르콘산 연)으로 구성되거나 그에 대한 동구조인 그룹으로부터 선택된 재료를 포함한다. 이와 같은 그룹은 산화물 강유전체에 대한 일반 화학식 Pb[ZrxTi1-x]O3을 갖는 화학물질로 구성되며, 여기서 0 ≤ x ≤ 1이다.
전기-광학 재료에 사용될 수 있는 다른 재료는 산화물 강유전체에 대한 일반 화학식 AxByCzFO3으로부터 선택된 임의의 재료, 결정 또는 세라믹을 포함하며; 여기서 x+y+z = 1; A, B 및 C는 하기의 원소 또는 이온: Ba, Sr, Ca, Mg, Pb, Bi로부터 선택되며; F는 하기의 원소 또는 이온: Ti 또는 Zr 또는 각 원소 사이의 부분 고용체로부터 선택된다. 사용될 수 있는 통상의 전기-광학 반도체 화합물인 BaTiO3은 A = Ba, F = Ti, x = 1, y = z = 0인 일반 화학식으로부터 얻어진다.
전기-광학 재료에 사용될 수 있는 다른 재료는 반도체에 대한 일반 화학식 (AxByCz)(DqErFs)로부터 선택된 임의의 재료, 결정 또는 세라믹을 포함하며; 여기서 x+y+z = 1이고 q+r+s = 1이며; A, B 및 C는 하기의 원소 또는 이온 Ga, In 또는 Al로부터 선택되며; D, E 및 F는 각각 P, As 또는 Sb로부터 선택된다. 사용될 수 있는 전기-광학 재료는 A = Ga, D = As, x = 1, q = 1, x = y = r = s = 0인 일반 화학식으로부터 얻어진 반도체 화합물 GaAs이다.
전기-광학 재료에 사용될 수 있는 다른 재료는 반도체에 대한 일반 화학식 (AxByCz)(GqHrLs)으로부터 선택된 임의의 재료, 결정 또는 세라믹을 포함하며; 여기서 x+y+z = 1이고, q+r+s = 1이며; A, B 및 C는 각각 하기의 원소 또는 이온 Zn, Cd, Hg로부터 선택되며; G, H 및 L은 각각 S, Se, Te로부터 선택된다. 사용될 수 있는 예시적인 전기-광학 재료는 A = Cd, G = S, x = 1, q = 1, x = y = r = s = 0인 일반 화학식으로부터 얻어진 반도체 화합물 및 전기-광학 재료 CdS이다.
전기-광학 재료에 사용될 수 있는 다른 재료는 일반 화학식 AIO3으로부터 선택된 임의의 재료, 결정 또는 세라믹을 포함하며; 여기서 A는 원소 또는 이온 H, Li, K, Rb, Cs로부터 선택된다. 예를 들어, 화학식에서 A = K인, 요오드산 칼륨으로도 알려진 강유전체 재료 KIO3이 사용될 수 있다.
전기-광학 재료에 사용될 수 있는 다른 재료는 강유전체 중합체에 대한 일반 화학식으로부터 선택된 임의의 재료, 결정 또는 세라믹을 포함한다. 이와 같은 중합체는 (CH2CF2)n으로도 기재되는 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 (PVDF), 또는 (CH2CF2)x(CHFCF2)(1-x), 또는 (VDF)x(TRFE)(1-x)로도 기재되는 비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌 공중합체를 포함하지만 이에 제한되지는 않으며; 여기서 0 ≤ x ≤ 1이다.
전기-광학 재료에 사용될 수 있는 다른 재료는 액정, 아직 발명되지 않은 다른 재료 등을 포함할 수 있다. 재료 배열 및 인가 전압은 재료 및 시스템 요구사항에 따라 결정된다.
제1 전기-광학 재료 및 제2 전기-광학 재료는 동일한 재료일 수 있다. 대안적으로, 전기-광학 재료는 각각 상이한 재료일 수 있다. 전술한 상기 재료의 임의의 적합한 조합이 재료에 사용될 수 있다.
EO 재료의 특정 실시예는 복굴절성일 수 있지만, EO 재료는 일부 경우에―GaAs와 같은 입방 대칭 재료의 경우, 또는 복굴절이 작아지는 일축 또는 이축 재료에서와 같이― 작은 또는 0(zero)의 복굴절을 가질 수 있다. 예를 들어, EO 재료 중 하나 또는 둘 모두는 복굴절을 갖지 않을 수 있다. 대안적으로, EOM은 EO 재료의 2개의 슬래브(slab) 대신에 복굴절이 거의 또는 전혀 없는 단일 EO 재료를 가질 수 있다.
추가적으로/대안적으로, EO 재료는 일반적인 폴링된 중합체를 포함할 수 있다. 이와 같은 중합체는 SEO100을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다.
실시예에 따라, 본원에 설명된 임의의 방법의 특정 동작 또는 이벤트는 상이한 순서로 수행될 수 있고, 추가, 병합 또는 완전히 생략될 수 있다(예를 들어, 설명된 모든 동작 또는 이벤트가 방법의 실시에 필요한 것은 아님)는 것이 이해되어야 한다. 더욱이, 특정 실시예에서, 동작 또는 이벤트는 순차적이 아니라, 예를 들어 다중-스레드 처리(multi-threaded processing) 또는 다중 프로세서를 통해, 동시에 수행될 수 있다. 또한, 본 개시의 특정 양태는 명확화의 목적으로 단일 모듈 또는 구성요소에 의해 수행되는 것으로 설명되지만, 본 개시의 기술은 특정의 설명된 구체예와 연관된 구성요소 또는 모듈의 임의의 적합한 조합에 의해 수행될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
상기 설명은 예시적인 것이고 제한적인 것은 아니다. 특정의 예시적인 구현예가 설명되었지만, 본 발명을 포함하는 다른 구현예, 조합 및 변형예는 상기 교시의 관점에서 당업자에게 쉽게 일어날 것이다. 따라서, 본 발명은, 상기 명세서 및 첨부 도면과 함께 볼 때 모든 다른 이와 같은 구현예 및 변형예뿐만 아니라, 개시된 구현예의 적어도 일부를 커버하는 하기의 청구범위에 의해서만 제한되어야 한다.

Claims (20)

  1. 3D 이미징 시스템으로서,
    입사광을 수용하기 위한 제1 부분-반사 표면 및 광이 출사되는 제2 부분-반사 표면을 갖는 파브리-페로 공동;
    상기 제1 부분-반사 표면과 상기 제2 부분-반사 표면 사이의 파브리-페로 공동 내에 배치된 전기-광학 재료로서, 상기 입사광의 적어도 일부가 상기 전기-광학 재료를 통과하도록 구성되는, 전기-광학 재료;
    상기 전기-광학 재료 내에 전기장을 생성하도록 구성된 복수의 전극;
    상기 전극 중 적어도 하나와 접촉하고, 상기 전기-광학 재료를 통과하는 입사광이 사전결정된 변조 파형에 따라 시간적으로 변조되도록 상기 전기-광학 재료 내의 전기장을 시간의 함수로서 변조하도록 구성된 전압 드라이버; 및
    상기 파브리-페로 공동의 제2 부분-반사 표면에서 출사되는 광을 수용하고 상기 광을 하나 이상의 전자 신호로 변환하도록 구성된 광 센서를 포함하는, 3D 이미징 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광 센서에 작동적으로 결합되고, 상기 전자 신호에 기초하여 3D 이미지 데이터를 생성하도록 구성된 프로세서 서브시스템을 추가로 포함하는, 3D 이미징 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 프로세서 서브시스템은 상기 전기장을 변조하기 위해 상기 전압 드라이버를 제어하도록 추가로 구성되는, 3D 이미징 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전극은 전기-광학 재료를 종방향으로 여기시키도록 구성된 투명한 종방향 전극인, 3D 이미징 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 투명한 종방향 전극은 상기 전기-광학 재료의 대향 측면에 위치되고, 각각의 투명한 종방향 전극은 다수의 전극으로 분할되는, 3D 이미징 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전극은 전기-광학 재료를 횡방향으로 여기시키도록 구성된 횡방향 전극인, 3D 이미징 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 횡방향 전극은 상기 전기-광학 재료의 대향 단부에 위치되고, 각각의 횡방향 전극은 다수의 전극으로 분할되는, 3D 이미징 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 전기-광학 재료는 요오드산 칼륨(KIO3), GaAs, 니오브산 리튬(LiNbO3), 탄탈산 리튬(LiTaO3) 및 인산 이수소 칼륨(KD*P)으로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 3D 이미징 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 전기-광학 재료는 폴리-비닐리덴 플루오라이드(PVDF 또는 [C2H2F2]n) 및 비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌 공중합체((CH2CF2)x(CHFCF2)(1-x), 또는 (VDF)x(TRFE)(1-x), 여기서 0 ≤ x ≤ 1임)로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 3D 이미징 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 전기-광학 재료는 중합체, 폴리카보네이트, 개질 폴리카보네이트, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리에틸렌 및 폴리메틸 메타크릴레이트로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 3D 이미징 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 전기-광학 재료는 폴링 필드의 인가를 통해 정렬된 발색단 또는 발색단의 조합으로 도핑된 중합체 재료인, 3D 이미징 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 전기-광학 재료는 인산 이수소 칼륨, 수소가 중수소로 치환된 고용체, KH2xD2(1-x)PO4의 고용체(여기서, x는 0 ≤ x ≤ 1임), KD2PO4, 및 KDP 또는 KD*P의 동형체인 재료의 고용체로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 3D 이미징 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 상기 전기-광학 재료는 일반 화학식 AxByCzH2rD2(1-r)FsG(1-s)O4를 갖는 화학물질의 그룹으로 구성된 DKDP 재료이며; 여기서 x+y+z = 1; 0 ≤ r ≤ 1; 0 ≤ s ≤ 1; A, B, C는 NH4, K, Rb 또는 Cs로부터 선택되고; H는 수소이고, D는 중수소이며; F 및 G는 인 또는 비소로부터 선택되는, 3D 이미징 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 상기 전기-광학 재료는 반도체에 대한 일반 화학식 (AxByCz)(DqErFs)로부터 선택된 결정 또는 세라믹이며; 여기서 x+y+z = 1이고 q+r+s = 1이며; A, B 및 C는 각각 Ga, In 및 Al로 구성된 그룹으로부터 선택되며; D, E 및 F는 각각 P, As 및 Sb로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 3D 이미징 시스템.
  15. 제1항에 있어서, 상기 전기-광학 재료는 일반 화학식 AIO3으로부터 선택된 결정 또는 세라믹이며; 여기서 A는 H, Li, K, Rb, Cs로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 3D 이미징 시스템.
  16. 3D 데이터를 캡처하는 방법으로서,
    입사광을 수용하는 제1 부분-반사 표면 및 광이 출사되는 제2 부분-반사 표면을 갖는 파브리-페로 공동에서 입사광을 수용하는 단계;
    전기-광학 재료를 통과하는 입사광이 사전결정된 변조 파형에 따라 시간적으로 변조되도록 상기 전기-광학 재료 내에 전기장을 생성하도록 구성된 전극에 사전결정된 파형을 갖는 전압을 인가하는 단계;
    상기 파브리-페로 공동의 제2 부분-반사 표면에서 출사되는 광을 센서에서 수용하는 단계;
    상기 센서가 수용된 광을 하나 이상의 전자 신호로 변환하는 단계; 및
    상기 전자 신호에 기초하여 상기 3D 데이터를 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 전기-광학 재료는 폴리-비닐리덴 플루오라이드(PVDF 또는 [C2H2F2]n) 및 비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌 공중합체((CH2CF2)x(CHFCF2)(1-x), 또는 (VDF)x(TRFE)(1-x), 여기서 0 ≤ x ≤ 1임)로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 전기-광학 재료는 중합체, 폴리카보네이트, 개질 폴리카보네이트, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리에틸렌 및 폴리메틸 메타크릴레이트로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 방법.
  19. 제16항에 있어서, 상기 전기-광학 재료는 폴링 필드의 인가를 통해 정렬된 발색단 또는 발색단의 조합으로 도핑된 중합체 재료인, 방법.
  20. 제16항에 있어서, 상기 전기-광학 재료는 반도체에 대한 일반 화학식 (AxByCz)(DqErFs)로부터 선택된 결정 또는 세라믹이며; 여기서 x+y+z = 1이고 q+r+s = 1이며; A, B 및 C는 각각 Ga, In 및 Al로 구성된 그룹으로부터 선택되며; D, E 및 F는 각각 P, As 및 Sb로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 방법.
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