KR20220020749A

KR20220020749A - Optical modulator and electronic apparatus including the same

Info

Publication number: KR20220020749A
Application number: KR1020210027490A
Authority: KR
Inventors: 박정현; 마크 엘. 브롱거스마; 이페이 왕
Original assignee: 삼성전자주식회사; 더 보드 어브 트러스티스 어브 더 리랜드 스탠포드 주니어 유니버시티
Priority date: 2020-08-12
Filing date: 2021-03-02
Publication date: 2022-02-21

Abstract

Disclosed is a light modulator which comprises: a substrate; and a plurality of meta-units which are arranged on the substrate side by side in one direction. At least one of the plurality of meta-units includes: an antenna and a metal layer which are separately arranged in the thickness direction of the substrate; and a dielectric layer which is disposed between the lower portion of the antenna and the upper portion of the metal layer.

Description

광 변조기 및 이를 포함한 전자 장치 {OPTICAL MODULATOR AND ELECTRONIC APPARATUS INCLUDING THE SAME}Optical modulator and electronic device including same

본 개시는 광 변조기 및 이를 포함한 전자 장치에 대한 것이다.The present disclosure relates to a light modulator and an electronic device including the same.

메타 물질은 파장보다 작은 임의의 크기 및 모양으로 패터닝된 인공적인 메타 구조를 포함한다. 메타물질에 포함된 각 메타 구조는 메타물질에 인가된 전자기파 또는 음파에 대한 응답으로 소정의 특성을 나타낸다. Metamaterials include artificial metastructures patterned into arbitrary sizes and shapes smaller than a wavelength. Each meta-structure included in the meta-material exhibits predetermined properties in response to electromagnetic waves or sound waves applied to the meta-material.

최근에는, 입사광에 대한 표면 플라즈몬 공진(surface plasmon resonance) 현상을 이용하는 나노구조체를 광학 소자에 활용하려는 시도가 있다. 이러한 메타물질은 광 변조기로 사용될 수 있다. 광 변조기로 사용시, 기존의 광 변조기로 사용되던 광학적 이방성을 가지는 액정(Liquid Crystal)이나, 광 차단/반사 요소의 미소 기계적 움직임을 이용하는 MEMS(Microelectromechanical System) 구조 등의 구동 방식 특성상 동작 응답시간이 수 ㎲ 이상으로 느리다는 단점을 보완 할 수 있다.Recently, an attempt has been made to utilize a nanostructure using a surface plasmon resonance phenomenon for incident light in an optical device. This metamaterial can be used as a light modulator. When used as a light modulator, the operation response time may be shorter due to the characteristics of the driving method such as liquid crystal having optical anisotropy used as an existing light modulator or MEMS (Microelectromechanical System) structure using micro-mechanical movement of light blocking/reflecting elements. It can compensate for the disadvantage of being slower than ㎲.

종래에는 메타물질을 이용한 광 변조기로서 투명전도성 산화물(Transparent Conducting Oxides, TCOs)을 광학 안테나 주변에 배치하여 공진 특성을 조절하였다. 즉, TCOs로 구성된 활성층은 광학 안테나 하부에 배치되어 외부 전압에 따라 굴절률이 변화되고, 이에 따라 공진 조건이 바뀌어 반사파의 위상을 변조할 수 있다. 하지만, TCOs 굴절률 변화는 활성층의 1~2 nm 두께의 매우 얇은 경계면에서만 일어나기 때문에 변조 효율이 낮다. Conventionally, as a light modulator using a metamaterial, transparent conducting oxides (TCOs) were disposed around an optical antenna to control resonance characteristics. That is, the active layer composed of TCOs is disposed under the optical antenna to change the refractive index according to the external voltage, and accordingly, the resonance condition is changed to modulate the phase of the reflected wave. However, the modulation efficiency is low because the TCOs refractive index change occurs only at the very thin interface of the active layer with a thickness of 1-2 nm.

비기계식으로 광을 변조하는 것으로, 우수한 성능을 갖는 광변조 소자로 작동하는 광 변조기를 제공한다. 굴절률이 변화하는 층의 두께를 수십 ~ 수백 nm로 하여 변조 효율이 높은 광 변조기를 제공한다. 동작 파장에 대해 패브리-페로 공진(Fabry-Perot Resonance)이 일어나는 안테나의 폭을 가지는 광 변조기를 제공한다. 적외선 영역에서도 위상변조능력이 높으면서 반사율이 낮지 않은 광 변조기를 제공한다. 광 변조기를 활용한 전자 장치를 제공한다.To provide a light modulator that modulates light non-mechanically and operates as an optical modulation device having excellent performance. A light modulator with high modulation efficiency is provided by setting the thickness of the layer in which the refractive index changes to several tens to several hundreds of nm. Provided is an optical modulator having an antenna width in which Fabry-Perot resonance occurs with respect to an operating wavelength. Provided is an optical modulator with high phase modulation capability and not low reflectivity even in the infrared region. An electronic device using an optical modulator is provided.

일 측면에 따르면 광 변조기는 기판 및 기판 상에서 이격 배치된 복수의 메타 유닛을 포함하고, 복수의 메타 유닛 중 적어도 하나는 기판 상에 배치되는 금속 층, 금속 층의 상부 및 측면을 감싸는 유전체 층 및 유전체 층 상부에 배치되며, 상변이물질을 포함하는 안테나를 포함하고, 금속 층에 인가되는 전압에 따라 안테나에 포함된 상변이물질의 굴절률이 변하여 입사된 광을 변조시킨다.According to one aspect, the light modulator includes a substrate and a plurality of meta-units spaced apart on the substrate, and at least one of the plurality of meta-units includes a metal layer disposed on the substrate, a dielectric layer surrounding the upper and side surfaces of the metal layer, and a dielectric material. It is disposed on the layer and includes an antenna including a phase change material, and the refractive index of the phase change material included in the antenna is changed according to a voltage applied to the metal layer to modulate incident light.

또한, 복수의 메타 유닛은 이웃하는 제1 메타 유닛과 제2 메타 유닛을 포함하고, 제1 메타 유닛의 금속 층 및 안테나 각각은 제2 메타 유닛의 금속 층 및 안테나와 이격 배치되고, 제1 메타 유닛의 유전체 층과 제2 메타 유닛의 유전체 층은 서로 연결될 수 있다.In addition, the plurality of meta units includes a first meta unit and a second meta unit adjacent to each other, and each of the metal layer and antenna of the first meta unit is spaced apart from the metal layer and antenna of the second meta unit, and the first meta unit The dielectric layer of the unit and the dielectric layer of the second meta unit may be connected to each other.

그리고, 상변이물질의 정질 상태의 굴절률의 실수부와 비정질 상태의 굴절률의 실수부 차이는 1 이상일 수 있다.In addition, a difference between the real part of the refractive index of the crystalline state of the phase change material and the real part of the refractive index of the amorphous state may be 1 or more.

또한, 상변이물질은 동작하는 적외선 파장 영역에서 굴절률의 허수부가 3 이하 물질일 수 있다.In addition, the phase change material may have an imaginary part of a refractive index of 3 or less in an operating infrared wavelength region.

그리고, 상변이물질은 게르마늄(Germanium, Ge), 안티몬(Antimony, Sb) 및 텔루르(Tellurium, Te)를 포함할 수 있다.And, the phase change material may include germanium (Germanium, Ge), antimony (Antimony, Sb), and tellurium (Tellurium, Te).

또한, 상변이물질은 Ge₂Sb₂Te₅ 및 Ge₃Sb₂Te₆ 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In addition, the phase change material may include at least one of Ge ₂ Sb ₂ Te ₅ and Ge ₃ Sb ₂ Te ₆ .

그리고, 메타 유닛에 입사된 광은 안테나와 금속 층 사이에서 표면 플라즈몬 공진(Surface Plasmon Resonance)할 수 있다.In addition, the light incident on the meta unit may undergo surface plasmon resonance between the antenna and the metal layer.

또한, 안테나는 입사된 광에 대해 패브리-페로 공진(Fabry-Perot resonance) 조건에 부합되는 폭을 가질 수 있다.In addition, the antenna may have a width that meets the Fabry-Perot resonance condition with respect to the incident light.

그리고, 안테나의 폭은 입사된 광의 파장보다 작을 수 있다.In addition, the width of the antenna may be smaller than the wavelength of the incident light.

또한, 금속 층에 인가되는 전압에 따라 금속 층의 온도가 변하고, 금속 층의 온도 변화에 대응하여 안테나의 온도가 변할 수 있다.Also, the temperature of the metal layer may change according to a voltage applied to the metal layer, and the temperature of the antenna may change in response to the temperature change of the metal layer.

그리고, 안테나는 안테나 전체 영역에서 최대 온도와 최소 온도의 차가 100℃ 미만이 되는 두께를 가질 수 있다.In addition, the antenna may have a thickness such that the difference between the maximum temperature and the minimum temperature in the entire area of the antenna is less than 100°C.

또한, 안테나의 두께는 10 nm 내지 200 nm 인 가질 수 있다.In addition, the thickness of the antenna may be 10 nm to 200 nm.

그리고, 안테나는 안테나 영역의 평균 온도와 금속 층 영역의 평균 온도의 차가 100℃ 미만이 되도록 두께를 가질 수 있다.In addition, the antenna may have a thickness such that a difference between the average temperature of the antenna region and the average temperature of the metal layer region is less than 100°C.

또한, 유전체 층은 안테나 전체 영역에서 최대 온도와 최소 온도의 차가 100℃ 미만이 되도록 두께를 가질 수 있다.In addition, the dielectric layer may have a thickness such that the difference between the maximum temperature and the minimum temperature in the entire area of the antenna is less than 100°C.

그리고, 유전체 층의 두께는 3 nm 내지 80nm 인 가질 수 있다.In addition, the thickness of the dielectric layer may be 3 nm to 80 nm.

또한, 광 변조기에서 반사된 광이 파면(wavefront)을 형성하여 특정 지점으로 조향되도록 복수의 메타 유닛 각각에 전압이 인가될 수 있다.In addition, a voltage may be applied to each of the plurality of meta-units so that light reflected from the light modulator forms a wavefront and is steered to a specific point.

그리고, 광 변조기에서 반사된 광의 조향 방향은, 복수의 메타 유닛의 변조 주기에 대응하여 변할 수 있다.In addition, the steering direction of the light reflected from the light modulator may be changed corresponding to the modulation period of the plurality of meta units.

또한, 복수 개의 메타 유닛은 1차원 또는 2차원으로 배열될 수 있다.Also, the plurality of meta units may be arranged in one dimension or two dimensions.

다른 측면에 따르면, 전술한 어느 하나의 광 변조기를 포함하는 전자장치가 제공된다. According to another aspect, an electronic device including any one of the above-described optical modulators is provided.

그리고, 전자 장치는 라이다(LiDAR) 장치, 3차원 이미지 획득 장치, 홀로그래픽(holographic) 디스플레이 장치 및 구조광(structured light) 발생 장치, 휴대용 단말, 증강 현실 또는 가상 현실 안경(Augmented Reality Glasses)(Virtual Reality Glasses) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. And, the electronic device is a lidar (LiDAR) device, a three-dimensional image acquisition device, a holographic (holographic) display device and a structured light (structured light) generating device, a portable terminal, augmented reality or virtual reality glasses (Augmented Reality Glasses) ( Virtual Reality Glasses).

비기계식으로 광을 변조하는 것으로, 우수한 성능을 갖는 광변조 소자로 작동하는 광 변조기를 제공한다. To provide a light modulator that modulates light non-mechanically and operates as an optical modulation device having excellent performance.

상기 광 변조기는 굴절률이 변화하는 층의 두께를 수십 ~ 수백 nm로 하여 변조 효율을 증가시킬 수 있다.The light modulator may increase the modulation efficiency by setting the thickness of the layer having a variable refractive index to several tens to several hundreds of nm.

상기 광 변조기는 적외선 영역에서도 위상변조능력 및 반사율이 높아 변조 효율을 증가시킬 수 있다.The optical modulator has high phase modulation capability and high reflectivity even in the infrared region, thereby increasing modulation efficiency.

상기 광 변조기의 안테나는 입사된 광에 대해 패브리-페로 공진(Fabry-Perot Resonance) 조건에 부합되는 폭을 가질 수 있다.The antenna of the light modulator may have a width that meets a Fabry-Perot resonance condition with respect to the incident light.

상기 광 변조기는 빔 스캔장치로 이용할 수 있고, 예를 들어 LiDAR 센서, Depth 센서, 가변 초점 렌즈, 홀로그램 등으로 활용될 수 있고, 이를 이용한 위상 변조 배열의 제작이나 디스플레이 소자 제작 및 다양한 전자 장치에 채용할 수 있다. The light modulator can be used as a beam scanning device, and can be used, for example, as a LiDAR sensor, a depth sensor, a variable focus lens, a hologram, and the like. can do.

도 1a는 복수의 메타 유닛이 일방향으로 나란히 배치된 광 변조기가 기판 위에 배치된 사시도이다.
도 1b는 광 변조기의 하나의 메타 유닛에 대한 단면도이다.
도 2는 GST의 상변이적 성질에 따른 굴절률을 나타낸 그래프이다.
도 3은 광 변조기에 광을 입사시켜 한 메타 유닛에서 광이 공진할 때의 자기장 필드 세기 분포를 보여주는 그래프이다.
도 4a는 한 메타 유닛에 전압이 인가될 때 메타 유닛과 그 근처의 온도 분포를 나타낸 그래프이다.
도 4b는 한 메타 유닛에 전압이 인가 되기 전과 후 흐르는 전류 변화 및 메타 유닛의 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 GST의 상변이에 따른 반사율 및 반사위상 스펙트럼 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6는 각각의 메타 유닛 마다 복수의 안테나가 포함된 광 변조기의 사시도이다.
도 7은 2D 광 변조기의 배치를 나타낸 단상면도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 광 변조기를 포함하는 빔 스티어링 소자를 설명하기 위한 개념도이다
도 9는 다른 실시예에 따른 광 변조기를 포함하는 빔 스티어링 소자를 설명하기 위한 개념도이다.
도 10는 일 실시예에 따른 광 변조기를 적용한 빔 스티어링 소자를 포함하는 전자 장치의 전체적인 시스템을 설명하기 위한 블럭도이다.
도 11은 일 실시예에 따른 광 변조기를 포함하는 라이다(LiDAR) 장치를 차량에 적용한 경우를 측방에서 보여주는 개념도이다.
도 12는 일 실시예에 따른 광 변조기를 포함하는 라이다(LiDAR) 장치를 차량에 적용한 경우를 상부에서 보여주는 개념도이다.
도 13는 일 실시예에 따른 전자 장치의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.
도 14은 도 13의 전자 장치에 구비되는 카메라 모듈의 개략적인 구성을 예시적으로 보이는 블록도이다.
도 15은 도 13의 전자 장치에 구비되는 3D 센서의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.
도 16는 다른 실시예에 따른 전자 장치의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.
도 17은 도 16의 전자 장치에 구비되는 시선 추적 센서의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다. 1A is a perspective view in which a light modulator in which a plurality of meta units are arranged side by side in one direction is disposed on a substrate;
1B is a cross-sectional view of one meta unit of the light modulator.
2 is a graph showing the refractive index according to the phase change properties of GST.
3 is a graph showing a magnetic field field intensity distribution when light is incident on a light modulator and the light resonates in one meta unit.
4A is a graph showing the temperature distribution of a meta-unit and its vicinity when a voltage is applied to one meta-unit.
4B is a graph showing the change in current flowing before and after voltage is applied to one meta unit and the change in temperature of the meta unit.
5 is a graph showing changes in reflectance and reflection phase spectrum according to the phase change of GST.
6 is a perspective view of an optical modulator including a plurality of antennas for each meta unit.
7 is a cross-sectional view showing the arrangement of a 2D light modulator.
8 is a conceptual diagram for explaining a beam steering device including a light modulator according to an exemplary embodiment;
9 is a conceptual diagram illustrating a beam steering device including a light modulator according to another exemplary embodiment.
10 is a block diagram illustrating an overall system of an electronic device including a beam steering element to which an optical modulator is applied according to an exemplary embodiment.
11 is a conceptual diagram illustrating a case in which a lidar (LiDAR) device including a light modulator according to an embodiment is applied to a vehicle from the side.
12 is a conceptual diagram illustrating a case in which a LiDAR device including a light modulator according to an embodiment is applied to a vehicle from the top.
13 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an electronic device according to an exemplary embodiment.
14 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a camera module included in the electronic device of FIG. 13 .
15 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a 3D sensor provided in the electronic device of FIG. 13 .
16 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an electronic device according to another exemplary embodiment.
17 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a gaze tracking sensor provided in the electronic device of FIG. 16 .

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. Hereinafter, an embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The described embodiments are merely exemplary, and various modifications are possible from these embodiments. In the following drawings, the same reference numerals refer to the same components, and the size of each component in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description.

이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.Hereinafter, what is described as "upper" or "upper" may include not only directly on in contact but also on non-contacting.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. Also, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.

또한, 명세서에 기재된 “...부”, “모듈” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In addition, terms such as “…unit” and “module” described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software, or a combination of hardware and software. .

“상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. The use of the term “above” and similar referential terms may be used in both the singular and the plural.

또한, 모든 예시적인 용어(예를 들어, 등등)의 사용은 단순히 기술적 사상을 상세히 설명하기 위한 것으로서 청구항에 의해 한정되지 않는 이상 이러한 용어로 인해 권리 범위가 한정되는 것은 아니다.In addition, the use of all exemplary terms (eg, etc.) is merely for describing the technical idea in detail, and unless limited by the claims, the scope of rights is not limited by these terms.

도 1a은 일 실시예에 따른 광 변조기(10)를 나타내는 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 AA'단면도로서, 광 변조기(10)의 메타 유닛(100)을 나타내는 도면이며, 도 2는 GeSbTe(GST)의 상에 따른 굴절률을 나타낸 그래프이다.1A is a perspective view showing a light modulator 10 according to an embodiment, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along AA′ of FIG. 1A , and is a view showing the meta unit 100 of the light modulator 10, and FIG. 2 is a GeSbTe ( It is a graph showing the refractive index according to the phase of GST).

도 1a 및 1b을 참조하면, 일 실시예에 따른 광 변조기(10)는 입사된 광을 반사 또는 투과시킬 때 광의 반사위상 또는 투과위상을 변조하는 것으로, 기판(20) 및 기판 상(20)에 일 방향으로 나란히 배치된 복수 개의 메타 유닛(100)을 포함한다. 복수 개의 메타 유닛(100) 중 적어도 하나는 기판 상에 배치되는 금속 층(110), 금속 층(110)의 상부 및 측면을 감싸는 유전체 층(120) 및 유전체 층(120) 상부에 배치되며, 상변이물질을 포함하는 안테나(130)를 포함하고, 금속 층(110)에 인가되는 전압에 따라 안테나(130)에 포함된 상변이물질의 굴절률이 변하여 입사된 광을 변조시킬 수 있다. 이 때, 각각의 금속 층(100)에 연결된 전극(미도시)이 금속 층에 전압(140)을 인가 할 수 있다. 상기 광 변조기(10)는 입사된 광의 위상을 변조하며, 메타 유닛(100) 별로 서로 상이한 위상 분포를 갖도록 함으로써 기계적으로 움직이지 않는 빔 스캔 장치에 응용될 수 있다.1A and 1B , the light modulator 10 according to an embodiment modulates the reflection phase or transmission phase of light when it reflects or transmits incident light. It includes a plurality of meta-units 100 arranged side by side in one direction. At least one of the plurality of meta-units 100 is disposed on the metal layer 110 disposed on the substrate, the dielectric layer 120 surrounding the upper and side surfaces of the metal layer 110, and the dielectric layer 120, the upper side The antenna 130 may include a foreign material, and the refractive index of the phase-change material included in the antenna 130 may be changed according to a voltage applied to the metal layer 110 to modulate incident light. At this time, an electrode (not shown) connected to each metal layer 100 may apply a voltage 140 to the metal layer. The light modulator 10 modulates the phase of the incident light, and by making each meta unit 100 have different phase distributions, it can be applied to a beam scanning device that does not move mechanically.

복수의 메타 유닛(100)은 이웃하는 제1 메타 유닛과 제2 메타 유닛을 포함하며, 상기 제1 메타 유닛의 금속 층 및 안테나 각각은 상기 제2 메타 유닛의 금속 층 및 안테나와 이격 배치되며, 제1 메타 유닛의 유전체 층과 제2 메타 유닛의 유전체 층은 서로 연결될 수 있다.The plurality of meta units 100 includes a first meta unit and a second meta unit adjacent to each other, and each of the metal layer and antenna of the first meta unit is spaced apart from the metal layer and antenna of the second meta unit, The dielectric layer of the first meta unit and the dielectric layer of the second meta unit may be connected to each other.

복수의 메타 유닛(100)은 일정 간격을 두고 배치될 수 있다. 도 1a에서는 편의상 몇 개의 메타 유닛(100)을 예시적으로 표시하고 있으며, 이러한 메타 유닛(100)은 규칙적으로 배치될 수 있다. 메타 유닛(100)에 포함된 금속 층(110)은 금속 층(110)의 상부와 측면을 덮은 유전체 층(120)에 의해 메타 유닛(100)에 포함된 안테나(130)와 접촉하지 않으며 전기적으로 분리되어 있다. 복수의 메타 유닛(100)의 간격은 달라질 수 있다.A plurality of meta-units 100 may be arranged at regular intervals. In FIG. 1A , several meta-units 100 are exemplarily shown for convenience, and these meta-units 100 may be regularly arranged. The metal layer 110 included in the meta unit 100 is not in contact with the antenna 130 included in the meta unit 100 by the dielectric layer 120 covering the top and side surfaces of the metal layer 110 and is electrically is separated. An interval between the plurality of meta units 100 may vary.

안테나(130)는 온도나 압력 등에 따라서 상(Phase)이 변화되는 상변이물질을 포함할 수 있다. 상변이물질의 온도가 상승되거나 하강됨에 따라 상변이물질의 상이 변화될 수 있다. 상변이물질은 비정질(Amorphous) 상태, 정질(Crystalline) 상태 및 그 중간단계의 상을 가질 수 있다. 상변이물질의 상(Phase)마다 다른 굴절률을 가질 수 있다. 상변이물질이 비정질 상태에서 정질 상태 또는 정질 상태에서 비정질 상태로 상이 변할 때, 중간 단계의 상은 비정질 상태에서의 굴절률과 정질 상태에서의 굴절률 사이의 값을 가질 수 있다. 상변이물질과 금속 층(110)이 포함된 메타 유닛(100)에 입사된 광이 상변이물질과 금속 층(110) 사이에 강하게 집속되어 플라즈모닉 공진이 일어날 수 있다. 상변이물질의 굴절률에 따라 공진 조건이 바뀔 수 있다.The antenna 130 may include a phase-change material whose phase is changed according to temperature or pressure. As the temperature of the phase change material increases or decreases, the phase of the phase change material may change. The phase change material may have an amorphous state, a crystalline state, and a phase intermediate therebetween. Each phase of the phase change material may have a different refractive index. When the phase change material changes from an amorphous state to a crystalline state or from a crystalline state to an amorphous state, the intermediate phase may have a value between the refractive index in the amorphous state and the refractive index in the crystalline state. Light incident on the meta unit 100 including the phase change material and the metal layer 110 is strongly focused between the phase change material and the metal layer 110 , so that plasmonic resonance may occur. The resonance condition may be changed according to the refractive index of the phase change material.

예를 들어, 금속 층(110)에 인가되는 전압에 따라 온도가 오르거나 내린다면 상변이물질은 이에 따라 상변이가 일어나고 상이 변함에 따라 굴절률(n)이 변할 수 있다. 또한, 상기 상변이물질은 적외선 영역, 가시광선 영역 또는/그리고 자외선 영역에서 광흡수가 적은 물질일 수 있다. 상기 상변이물질은, 바람직하게는 적외선 영역에서 광흡수가 적은 물질일 수 있다. 예를 들면, 상변이물질은 동작하는 적외선 파장 영역에서 굴절률의 허수부(Im(n))가 3 이하일 수 있다. 한편, 상변이물질은 게르마늄(Ge), 안티몬(Sb) 및 텔루르(Te)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상변이물질은 Ge₂Sb₂Te₅ 및 Ge₃Sb₂Te₆ 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. For example, if the temperature rises or falls according to a voltage applied to the metal layer 110 , a phase change occurs in the phase change material accordingly, and the refractive index n may change as the phase changes. In addition, the phase change material may be a material having low light absorption in the infrared region, the visible ray region, and/or the ultraviolet region. The phase change material may be a material having low light absorption in the infrared region. For example, the phase change material may have an imaginary part Im(n) of 3 or less of a refractive index in an infrared wavelength region in which it operates. Meanwhile, the phase change material may include germanium (Ge), antimony (Sb), and tellurium (Te). For example, the phase change material may include at least one of Ge ₂ Sb ₂ Te ₅ and Ge ₃ Sb ₂ Te ₆ .

좋은 광 변조기(10)를 구현하기 위해 광 변조기(10)는 두 가지의 요건을 만족하는 것이 바람직하다. 첫 째로, 변조된 광의 출력(Intensity)이 변조된 위상에 관계없이 일정한 값을 갖는 것이 바람직하다. 일정한 값을 갖지 않는다면, 광을 조향하더라도 광의 세기가 일정치 않아 얼룩덜룩한 무늬가 나타날 수 있다. 둘 째로, 변조를 통한 광의 위상변이 값이 360°에 가까운 것이 바람직하다. 위상변이 값이 제한된다면 광 조향 방향이 제한될 수 있다. In order to realize a good light modulator 10 , the light modulator 10 preferably satisfies two requirements. First, it is preferable that the intensity of the modulated light has a constant value regardless of the modulated phase. If it does not have a constant value, even if the light is steered, the intensity of the light is not constant, so a mottled pattern may appear. Second, it is preferable that the phase shift value of light through modulation is close to 360°. If the phase shift value is limited, the light steering direction may be limited.

변조를 통한 광의 위상변이 값이 360°에 달하기 위해, 광 변조기(10)의 두 가지 특성이 고려된다. 첫 째로, 광 변조기(10)의 물질이 가지는 굴절률의 실수부(Re(n)) 변화 값이 충분히 큰 것이 바람직하다. 그리하면 광 변조기(10)는 광의 파장에 따라 변조시키는 광의 위상차가 달라질 수 있다. 이 때, 광 변조기(10)의 물질이 가지는 굴절률이 달라지게 되면 광 변조기(10)의 광의 파장에 따른 위상차 프로파일(Profile)은 파장 축에 대하여 평행이동 하게 된다. 동작 파장에서 상기 물질의 굴절률 변화 전과 굴절률 변화 후의 위상차에 의해 광 변조의 위상변이 가능 값이 결정 된다. 만약, 물질이 가지는 굴절률의 실수부 변화 값이 작다면, 앞서 말한 프로파일의 평행이동이 적어 광의 위상변이 가능 값이 작아지게 된다. 반대로, 물질이 가지는 굴절률의 실수부 변화 값이 충분히 크다면, 앞서 말한 프로파일의 평행이동이 커서 광의 위상변이 가능 값이 커지게 되며, 최대 360°에 달할 수 있게 된다. In order for the phase shift value of light through modulation to reach 360°, two characteristics of the light modulator 10 are considered. First, it is preferable that the change value of the real part Re(n) of the refractive index of the material of the light modulator 10 is sufficiently large. Then, the phase difference of the light modulated by the light modulator 10 may vary according to the wavelength of the light. At this time, when the refractive index of the material of the optical modulator 10 is changed, the phase difference profile according to the wavelength of the light of the optical modulator 10 is shifted in parallel with respect to the wavelength axis. The phase shift possible value of light modulation is determined by the phase difference before and after the refractive index change of the material at the operating wavelength. If the change value of the real part of the refractive index of the material is small, the parallel shift of the aforementioned profile is small, so that the possible value of the phase shift of light becomes small. Conversely, if the real part change value of the refractive index of the material is large enough, the parallel shift of the aforementioned profile is large, so that the possible value of the phase shift of light becomes large, and it can reach a maximum of 360°.

둘째로, 광 변조기(10)의 물질은 광흡수율이 적고 광 변조기(10)의 구조가 광흡수가 덜 일어나는 것이 바람직하다. 공진기의 반사 특성은 직접 반사와 공진기를 통한 반사의 두 채널로 나뉜다. 이 때, 직접반사보다 공진기를 통한 반사의 비중이 큰 경우를 over-coupling 이라고 하고, 이 경우 위상차 프로파일은 360°까지 gradually increasing 하게 된다. 반면, 공진기를 통한 반사보다 직접 반사의 비중이 큰 경우를 under-coupling 이라고 하고, 이 경우 위상차 프로파일은 360°에 도달하지 못하고, 파동과 비슷하게 fluctuation하는 모양을 띄게 된다. Under-coupling의 경우 최대 위상차는 약 180°밖에 되지 않는 단점이 있다. Over-coupling이 되기 위해서는 광 변조기(10)의 물질이 광흡수율이 적은 것이 바람직하다. 즉, 물질이 가지는 굴절률의 허수부가 작은 값이 바람직하다. 굴절률의 허수부가 커지게 되면 under-coupling이 되기 쉬워지는데, 이는 광이 공진되기 전에 광흡수가 일어나 공진기를 통한 반사가 약해지기 때문이다.Second, it is preferable that the material of the light modulator 10 has a low light absorption rate and that the structure of the light modulator 10 has less light absorption. The reflection characteristics of the resonator are divided into two channels: direct reflection and reflection through the resonator. At this time, the case where the proportion of reflection through the resonator is greater than that of direct reflection is called over-coupling, and in this case, the phase difference profile gradually increases up to 360°. On the other hand, a case in which the proportion of direct reflection is greater than that of reflection through the resonator is called under-coupling, and in this case, the phase difference profile does not reach 360° and fluctuates similarly to a wave. In the case of under-coupling, there is a disadvantage that the maximum phase difference is only about 180°. In order to become over-coupling, it is preferable that the material of the light modulator 10 has a low light absorptivity. That is, a value in which the imaginary part of the refractive index of the material is small is preferable. When the imaginary part of the refractive index increases, under-coupling tends to occur, because light absorption occurs before the light resonates and the reflection through the resonator is weakened.

따라서, 광 변조기(10)의 물질이 가지는 광흡수율 또는 굴절률의 허수부가 작은 값이라면, 광이 흡수되는 비율이 줄어들어 변조 효율이 증가하며, Over-coupling이 되기 때문에 광의 위상변이 가능 값의 최대 한계 값이 증가하게 되고, 광 변조기(10)의 물질이 가지는 굴절률의 실수부의 차이가 큰 값이라면, 광의 위상변이 가능 값의 최대 값이 증가하게 되어 좋은 광 변조기(10)를 구현해낼 수 있다.Therefore, if the imaginary part of the light absorptivity or refractive index of the material of the light modulator 10 is a small value, the light absorption rate is reduced and the modulation efficiency is increased. is increased, and if the difference in the real part of the refractive index of the material of the light modulator 10 is a large value, the maximum value of the possible value of the phase change of light increases, so that a good light modulator 10 can be realized.

안테나(130)는 게르마늄(Ge), 안티몬(Sb), 텔루르(Te) 및 이들의 합금을 포함할 수 있다. 예를 들어, 안테나(130)는 상변이물질(Phase Changing Material, PCM)인 Ge₂Sb₂Te₅ 또는 Ge₃Sb₂Te₆ 인 GST를 적어도 하나 포함할 수 있다. GST는 100 ℃ 내지 150 ℃가 정질화 온도(Crystallization Temperature)이고, 녹는점은 약 600 ℃ 이다. GST를 정질화 온도로 상대적으로 오래 가열하면 GST는 정질 상태가 될 수 있고, 이를 SET이라고 한다. GST를 녹는점까지 가열한 후 빠르게 식히면 GST는 비정질 상태가 되고 그 상태로 유지될 수 있다. 이를 RESET이라고 한다. 도 2에 따르면, 비정질 상태에서는 적외선 구간에서 굴절률의 실수부가 약 3.9~4.0이며, 정질상태에서는 굴절률의 실수부가 약 5가 된다. 또한, 비정질 상태에서는 굴절률의 허수부가 약 0.1 수준이며, 정질 상태에서는 굴절률의 허수부가 0.5~2.0 수준이다. GST의 굴절률의 허수부가 작기 때문에 광흡수가 적게 일어나 over-coupling regime에서 위상변이 조절이 가능하다는 장점이 있다. 즉, 이에 따라 최대 위상변이 값은 180°를 넘는다. 또한, GST의 굴절률의 실수부는 상에 따라 1이 넘는 값으로 매우 크게 변화하여, 광의 최대 위상변이 값이 약 270°에 달할 수 있게 되며, 이에 따라 변조 효율이 높기 때문에 상대적으로 높은 반사율을 얻을 수 있다. 이 때, 0° 내지 270°의 위상변이 값은 중간상태의 상을 통해 나타낼 수 있다.The antenna 130 may include germanium (Ge), antimony (Sb), tellurium (Te), and an alloy thereof. For example, the antenna 130 may include at least one GST of Ge ₂ Sb ₂ Te ₅ or Ge ₃ Sb ₂ Te ₆ that is a phase changing material (PCM). GST is 100 ℃ to 150 ℃ crystallization temperature (Crystallization Temperature), the melting point is about 600 ℃. If the GST is heated to the refining temperature for a relatively long time, the GST may become a crystalline state, which is referred to as SET. If GST is heated to the melting point and then cooled rapidly, GST becomes an amorphous state and can be maintained in that state. This is called RESET. According to FIG. 2, in the amorphous state, the real part of the refractive index in the infrared section is about 3.9 to 4.0, and in the crystalline state, the real part of the refractive index is about 5. In addition, in the amorphous state, the imaginary part of the refractive index is about 0.1 level, and in the crystalline state, the imaginary part of the refractive index is 0.5 to 2.0 level. Since the imaginary part of the refractive index of GST is small, light absorption is small, which has the advantage that it is possible to control the phase shift in the over-coupling regime. That is, according to this, the maximum phase shift value exceeds 180°. In addition, the real part of the refractive index of GST changes very significantly to a value greater than 1 depending on the phase, so that the maximum phase shift value of light can reach about 270°. there is. In this case, a phase shift value of 0° to 270° can be expressed through the phase of the intermediate state.

한 메타 유닛(100)에 안테나(130)는 단수 혹은 복수 일 수 있다. 도 1a 및 도 1b에는 한 메타 유닛(100)에 단수인 안테나(130)가 배치되어 있지만, 이에 한정되지 않는다. 한 메타 유닛(100)의 복수의 안테나(130)는 폭 및 두께가 동일할 수 있다. 하지만, 이에 한정되지 않는다.An antenna 130 in one meta unit 100 may be singular or plural. Although the singular antenna 130 is disposed in one meta unit 100 in FIGS. 1A and 1B , the present invention is not limited thereto. The plurality of antennas 130 of one meta unit 100 may have the same width and thickness. However, the present invention is not limited thereto.

안테나(130)의 형상은 직육면체 형상의 구조물일 수 있다. 예를 들어, 도 1a, 1b에 도시한 바와 같이 직육면체 형상으로 배치될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고 여러 형상의 구조물일 수 있다. 예를 들어, 단면은 사각형, 삼각형, 삼각형 등의 다각형, 십자, 원형, 타원형 등 다양할 수 있다. 안테나(130)의 형상은 입사되는 파장에 따라 크기 또는 형상이 달라질 수 있다. The shape of the antenna 130 may be a rectangular parallelepiped structure. For example, it may be disposed in a rectangular parallelepiped shape as shown in FIGS. 1A and 1B . However, the present invention is not limited thereto and may be a structure having various shapes. For example, the cross-section may be various, such as a polygon such as a quadrangle, a triangle, and a triangle, a cross, a circle, an oval, and the like. The shape of the antenna 130 may vary in size or shape according to an incident wavelength.

안테나(130)의 폭(w₁)은 입사되는 광의 파장보다 작을 수 있다. 안테나(130)의 두께(t₁)도 입사되는 광의 파장보다 작을 수 있다. 안테나(130)의 두께(t₁)는 수 나노미터 내지 수 백 나노미터 일 수 있다. 이 때, 안테나(130)의 두께는 굴절률이 변하는 부피를 증가시키기 위해 수 십 나노미터 이상으로 형성될 수 있다. 굴절률이 변하는 부피가 증가함에 따라 광 변조기(10)의 변조 효율이 높아질 수 있다.The width w ₁ of the antenna 130 may be smaller than the wavelength of the incident light. The thickness t ₁ of the antenna 130 may also be smaller than the wavelength of the incident light. The thickness t ₁ of the antenna 130 may be several nanometers to several hundred nanometers. In this case, the thickness of the antenna 130 may be formed to be several tens of nanometers or more in order to increase the volume in which the refractive index changes. As the volume in which the refractive index changes increases, the modulation efficiency of the light modulator 10 may increase.

금속 층(110)은 안테나(130) 하부로 유전체 층(120)을 사이에 두고 배치되어 플라즈모닉 기판(Plasmonic Substrate)의 역할을 할 수 있다. 또한, 금속 층(110)에는 전극이 연결되어 있어 금속 층(110)으로 전압이 인가되면 히터 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 금속 층(110)에 전압이 인가되면, 금속 층(110)과 그에 인접한 안테나(130)의 온도가 소정의 온도까지 상승될 수 있고, 전압 인가를 종료하면 금속 층(110)과 그에 인접한 안테나(130)의 온도가 원래 온도로 하강될 수 있다. 이 때, 안테나(130)의 온도는 온도가 높은 곳과 낮은 곳의 차이가 거의 없이 균일하게 온도 상승과 하강을 할 수 있다. 이를 위해 안테나(130)의 두께(t₁)와 유전체 층(120)의 두께(t₃)가 알맞게 형성될 수 있다. 자세한 설명은 도 4b와 함께 후술한다. 또한, 각각의 메타 유닛(100)에 복수의 전압이 독립적으로 연결될 수 있고, 이에 따라 각각의 메타 유닛(100) 마다 서로 다른 전압을 인가할 수 있다. 따라서 각각의 메타 유닛(100)은 서로 독립적으로 온도가 상승 또는 하강될 수 있다. 금속 층(110)은, 예를 들어, Au, Al, Ag, Cu, W 등으로 형성될 수 있다. 이 때, 금속 층(110)은 광흡수가 적은 금속으로 형성될 수 있고, 예를 들어, 금속 층(110)은 광흡수가 적은 Au로 형성될 수 있다.The metal layer 110 may be disposed under the antenna 130 with the dielectric layer 120 interposed therebetween to serve as a plasmonic substrate. In addition, since an electrode is connected to the metal layer 110 , when a voltage is applied to the metal layer 110 , it may serve as a heater. For example, when a voltage is applied to the metal layer 110 , the temperature of the metal layer 110 and the antenna 130 adjacent thereto may be increased to a predetermined temperature, and when the voltage application is finished, the metal layer 110 and The temperature of the antenna 130 adjacent thereto may be lowered to the original temperature. At this time, the temperature of the antenna 130 can be uniformly raised and lowered with little difference between a high temperature and a low temperature. To this end, the thickness t ₁ of the antenna 130 and the thickness t ₃ of the dielectric layer 120 may be appropriately formed. A detailed description will be given later in conjunction with FIG. 4B. In addition, a plurality of voltages may be independently connected to each meta unit 100 , and thus different voltages may be applied to each meta unit 100 . Therefore, each meta unit 100 may increase or decrease the temperature independently of each other. The metal layer 110 may be formed of, for example, Au, Al, Ag, Cu, W, or the like. In this case, the metal layer 110 may be formed of a metal having low light absorption, for example, the metal layer 110 may be formed of Au having low light absorption.

금속 층(110)은 안테나(130)의 폭(w₁)보다 큰 폭을 가질 수 있다. 금속 층(110)의 폭(w₂)은 입사되는 광의 파장보다 작을 수 있다. 금속 층(110)의 두께(t₂)는 입사되는 광의 파장보다 작을 수 있다.The metal layer 110 may have a width greater than the width w ₁ of the antenna 130 . The width w ₂ of the metal layer 110 may be smaller than the wavelength of the incident light. The thickness t ₂ of the metal layer 110 may be smaller than the wavelength of the incident light.

유전체 층(120)은 안테나(130)와 금속 층(110) 사이의 광학 스페이서(Optical Spcaer) 역할을 할 수 있다. 또한, 유전체 층(120)은 안테나(130)와 금속 층(110) 사이를 전기적으로 분리시킬 수 있다. 유전체 층(120)은 금속 산화물로 형성될 수 있고, 예를 들어 Al₂O_3, SiO₂, HfO₂, Si₃N₄ 외에 각종 산화물 및 질화물 등으로 형성될 수 있다. 이 때, 유전체 층(120)은 안테나(130)와 금속 층(110) 사이에 접착이 잘되는 산화물 및 질화물 등으로 형성될 수 있고, 예를 들어 접착이 유리한 Al₂O₃으로 형성할 수 있다. 유전체 층(120)의 두께(t₃)는 입사되는 광의 파장보다 작을 수 있다.The dielectric layer 120 may serve as an optical spacer between the antenna 130 and the metal layer 110 . In addition, the dielectric layer 120 may electrically isolate the antenna 130 and the metal layer 110 . The dielectric layer 120 may be formed of metal oxide, for example, Al ₂ O _{3 ,} SiO ₂ , HfO ₂ , Si ₃ N ₄ In addition to various oxides and nitrides, the dielectric layer 120 may be formed. In this case, the dielectric layer 120 may be formed of an oxide or a nitride having good adhesion between the antenna 130 and the metal layer 110 , for example, of Al ₂ O ₃ having an advantageous adhesion. The thickness t ₃ of the dielectric layer 120 may be smaller than the wavelength of the incident light.

유전체 층(120)은 금속 층(110)의 상부뿐만 아니라 측면을 감싸며, 기판 상의 일 방향으로 연장되어 서로 다른 메타 유닛(100)의 유전체 층(120) 각각은 연결될 수 있으며, 메타 유닛(100) 사이의 기판 상부의 연결된 유전체 층(120)은 메타 유닛(100)의 유전체 층(120)과 같은 두께(t₃)를 가질 수 있으며, 유전체 층(120)의 상면과 기판 사이의 거리가 일정하도록 두께(t₂+t₃)를 가질 수도 있다. 다만, 이 실시예에 한정되지 않고, 메타 유닛(100) 부분을 제외한 기판 상에 유전체 층(120)이 연장되지 않을 수 있을 수도 있다.The dielectric layer 120 surrounds the side as well as the upper portion of the metal layer 110 , and extends in one direction on the substrate so that each of the dielectric layers 120 of the different meta unit 100 can be connected to each other, and the meta unit 100 . The connected dielectric layer 120 on the upper surface of the substrate may have the same thickness (t ₃ ) as the dielectric layer 120 of the meta unit 100, so that the distance between the upper surface of the dielectric layer 120 and the substrate is constant. It may have a thickness (t ₂ +t ₃ ). However, it is not limited to this embodiment, and the dielectric layer 120 may not extend on the substrate except for the meta unit 100 part.

복수의 전압은 각각의 금속 층(110)에 독립적으로 연결될 수 있다. 즉, 각각의 금속 층(110)은 독립적인 전압을 인가 받을 수 있고, 각각의 메타 유닛(100)은 독립적인 온도를 가질 수 있다. 이에 따라 각각의 메타 유닛(100) 마다 독립적으로 입사광의 위상을 변조할 수 있다. 또한, 복수의 메타 유닛(100)에 변조 주기가 다르게 입력됨으로써 다양한 방향으로 광이 조향될 수 있다. 예를 들어, 복수의 메타 유닛(100) 중 4개의 메타 유닛(100)을 한 주기로 전압을 인가할 수 있다. 즉, 4개의 메타 유닛(100)을 각각 위상 변화가 0°, 90°, 180°, 270°가 되게 하는 전압을 인가할 수 있다. 또한, 8개의 메타 유닛(100)을 한 주기로 전압을 인가할 수 있다. 즉, 8개의 메타 유닛(100)을 각각 위상 변화가 0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270°, 315°가 되게 하는 전압을 인가할 수 있다. 이와 같이 메타 유닛(100)의 변조 주기가 변하면, 광이 조향되는 각도가 변하게 되므로, 다양한 방향으로 광 조향이 가능할 수 있다.A plurality of voltages may be independently connected to each metal layer 110 . That is, each metal layer 110 may receive an independent voltage, and each meta unit 100 may have an independent temperature. Accordingly, the phase of the incident light may be independently modulated for each meta unit 100 . In addition, different modulation periods are input to the plurality of meta-units 100 , so that light may be steered in various directions. For example, a voltage may be applied to four meta-units 100 among the plurality of meta-units 100 in one cycle. That is, a voltage may be applied to each of the four meta-units 100 so that the phase change is 0°, 90°, 180°, 270°. In addition, a voltage may be applied to eight meta units 100 in one cycle. That is, a voltage may be applied to each of the eight meta-units 100 to have a phase change of 0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270°, and 315°. As such, when the modulation period of the meta unit 100 is changed, the angle at which the light is steered is changed, so that the light can be steered in various directions.

따라서, 기판 및 일 방향으로 나란히 배치된 복수의 메타 유닛(100)을 포함하는 광 변조기(10)는 광 변조기(10)에 반사된 광이 소정의 광파면(wavefront)을 형성하여 특정 지점으로 조향되도록 메타 유닛(100) 각각에 서로 다른 전압이 인가될 수 있다. 또한, 광 변조기(10)에서 반사된 광의 조향 방향은 복수의 메타 유닛(100)의 변조 주기에 대응하여 다양한 방향으로 변할 수 있다. Accordingly, in the light modulator 10 including a substrate and a plurality of meta units 100 arranged side by side in one direction, the light reflected by the light modulator 10 forms a predetermined light wavefront and steers it to a specific point. Different voltages may be applied to each of the meta units 100 so as to be possible. In addition, the steering direction of the light reflected by the light modulator 10 may change in various directions corresponding to the modulation period of the plurality of meta-units 100 .

도 3은 일 실시예에 따르는 광 변조기(10)에 광을 입사시켜 한 메타 유닛(100)에서 광이 공진할 때 자기장 필드 세기 분포를 보여주는 그래프이고, 도 4a는 한 메타 유닛(100)에 전압이 인가될 때 메타 유닛(100) 단면의 온도 분포를 보여주는 그래프이며, 도 4b는 한 메타 유닛(100)에 전압이 인가 되기 전 후 금속 층에 흐르는 전류 변화 및 안테나(130)와 금속 층(110)에서의 최소 온도와 최대 온도 변화 값을 나타낸 그래프이다. 금속 층(110)이 z방향으로 대칭적(Symmetric)이고, edge 부분의 효과를 무시할 수 있다면, 메타 유닛(100)의 z방향과 독립적으로 메타 유닛(100)은 해당 온도 분포를 보일 수 있다. 3 is a graph showing a magnetic field field intensity distribution when light is incident on a light modulator 10 according to an embodiment and the light resonates in one meta unit 100 , and FIG. 4A is a voltage in one meta unit 100 . It is a graph showing the temperature distribution of the cross section of the meta unit 100 when this is applied, and FIG. 4b is a change in current flowing in the metal layer before and after voltage is applied to one meta unit 100 and the antenna 130 and the metal layer 110 ) is a graph showing the minimum temperature and maximum temperature change values. If the metal layer 110 is symmetrical in the z-direction and the effect of the edge portion can be ignored, the meta-unit 100 may show a corresponding temperature distribution independently of the z-direction of the meta-unit 100 .

도 3의 실시예에서는, 안테나(130)를 GST로 형성하였고, 금속 층(110)을 Au로 형성하였으며, 유전체 층(120)은 Al₂O₃으로 형성하였다. 또한, 안테나(130)의 폭(w₁)= 500 nm, 금속 층(110)의 폭(w₂)= 750 nm, 안테나(130)의 두께(t₁)= 50 nm, 금속 층(110)의 두께(t₂)= 60 nm, 유전체 층(120)의 두께(t₃) = 6 nm 인 경우이고, 자기장 진폭의 절대값을 입사광의 자기장의 진폭 H_o 로 정규화하여 보여준다. 입사광은 z 방향의 자기장을 가지고 있는 Transverse magnetic(TM) 편광 모드이며 -y 방향으로 수직으로 입사한다. 메타 유닛(100)은 실리콘 기판 위에 300 nm 두께의 SiO₂ 층 위에 있으며, 900 nm의 간격으로 형성 되어 있다. In the embodiment of FIG. 3 , the antenna 130 was formed of GST, the metal layer 110 was formed of Au, and the dielectric layer 120 was formed of Al ₂ O ₃ . In addition, the width w ₁ of the antenna 130 = 500 nm, the width w ₂ of the metal layer 110 = 750 nm, the thickness t ₁ of the antenna 130 = 50 nm, the metal layer 110 . In the case where the thickness (t ₂ ) = 60 nm and the thickness (t ₃ ) = 6 nm of the dielectric layer 120 , the absolute value of the magnetic field amplitude is normalized to the amplitude H _o of the magnetic field of the incident light. Incident light is a transverse magnetic (TM) polarization mode with a magnetic field in the z direction and is incident vertically in the -y direction. The meta unit 100 is on a 300 nm thick SiO ₂ layer on a silicon substrate, and is formed at an interval of 900 nm.

도 3에 따르면, 메타 유닛(100)에 입사된 광이 GST와 Au 사이에서 광이 집속하여 표면 플라즈모닉 공진(Surface Plasmon Resonance)할 수 있다. 위의 표면 플라즈모닉 공진을 통해 광은 위상이 변조될 수 있고, 복수의 메타 유닛(100)이 배치된 광 변조기(10)에서는 복수의 메타 유닛(100)에 서로 다른 전압이 인가되어 광이 원하는 광파면으로 형성되어 특정지점으로 조향될 수 있다.Referring to FIG. 3 , the light incident on the meta unit 100 may be focused between the GST and Au to perform surface plasmonic resonance. The phase of light can be modulated through the above surface plasmonic resonance, and in the light modulator 10 in which the plurality of meta units 100 are disposed, different voltages are applied to the plurality of meta units 100 so that the light is desired. It is formed as a light wave front and can be steered to a specific point.

한편, 안테나(130)의 폭(w₁)에 따라 광의 공진 동작파장이 달라질 수 있다. 이는, 안테나(130)와 금속 층(110)의 표면(surface)사이에서 표면 플라즈모닉 공진 및 패브리 페로 공진(Fabry-Perot Resonance)이 일어나기 때문이다. 표면 플라즈모닉 공진에 의해 광은 표면 플라즈몬 폴라리톤(Surface plasmon polaritons) 형태의 전자표면파(electromagnetic surface wave)로 표면방향으로 진행할 수 있으며, 안테나 양 측면에서 반사될 수 있다. 이러한 전자표면파의 반사는 패브리-페로 공진을 일으킬 수 있으며, 즉, 입사한 광의 파장과 안테나(130)의 폭에 따라 패브리-페로 공진 여부가 결정될 수 있다. 또한, 광의 반사위상을 270° 가까이 변화시키고자 하는 동작 파장도 안테나(130)의 폭에 따라 결정될 수 있다. 따라서, 안테나(130)는 입사된 광의 파장에 대해 패브리-페로 공진 조건이 부합되도록 폭을 가질 수 있다.Meanwhile, the resonant operating wavelength of light may vary according to the width w ₁ of the antenna 130 . This is because surface plasmonic resonance and Fabry-Perot resonance occur between the antenna 130 and the surface of the metal layer 110 . Due to surface plasmonic resonance, light may travel toward the surface as an electromagnetic surface wave in the form of surface plasmon polaritons, and may be reflected from both sides of the antenna. The reflection of the electron surface wave may cause Fabry-Perot resonance, that is, whether or not Fabry-Perot resonance occurs according to the wavelength of the incident light and the width of the antenna 130 may be determined. Also, the operating wavelength at which the reflection phase of light is to be changed close to 270° may be determined according to the width of the antenna 130 . Accordingly, the antenna 130 may have a width such that the Fabry-Perot resonance condition is satisfied with respect to the wavelength of the incident light.

이러한 패브리-페로 공진 조건은 하기 수학식 1을 따를 수 있다.Such a Fabry-Perot resonance condition may follow Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

위의 수학식 1에 만족하면, 패브리-페로 공진이 일어나게 된다. 이 때, λ 는 동작 파장,

는 GST의 유효 굴절률,

는 GST의 폭,

는 GST의 측면에서 광이 반사될 시 광의 위상변이 차이를 나타낸다. 원하는 동작파장 λ 에 대하여, 만족하는

를 갖는 안테나(130)를 결정할 수 있다.When Equation 1 above is satisfied, Fabry-Perot resonance occurs. In this case, λ is the operating wavelength,

is the effective refractive index of GST,

is the width of GST,

represents the difference in the phase shift of light when light is reflected from the side of the GST. For the desired operating wavelength λ,

It is possible to determine the antenna 130 having .

도 4a 및 4b 에서도 마찬가지로 안테나(130)를 GST로 형성하였고, 금속 층(110)을 Au로 형성하였으며, 유전체 층(120)은 Al₂O₃으로 형성하였다. 이 때, 안테나(130)의 폭(w₁)= 500 nm, 금속 층(110)의 폭(w₂)= 750 nm, 안테나(130)의 두께(t₁)= 50 nm, 금속 층(110)의 두께(t₂)= 60 nm, 유전체 층(120)의 두께(t₃) = 6 nm 이며 SiO₂ 층 위로 광 변조기(10)가 배치된 경우이다. 도 4a 및 도 4b 에 따르면, 금속 층(110)에 전압이 인가 될 시 Au의 최대 온도와 최소 온도는 거의 동일하게 상승하고 하강될 수 있다. 또한, GST의 최대 온도와 최소 온도는 거의 동일하게 상승하고 하강될 수 있다. 그리고, GST의 온도와 Au의 온도는 거의 동일하게 상승하고 하강될 수 있다. 이러한 균일한 온도 변화는 GST의 상이 정질 상태와 비정질 상태로 서로 변화할 때 장점으로 작용하고, 한 메타 유닛(100)의 전체 영역에서 균일한 위상 변조를 수행가능하게 할 수 있다. Similarly in FIGS. 4A and 4B , the antenna 130 was formed of GST, the metal layer 110 was formed of Au, and the dielectric layer 120 was formed of Al ₂ O ₃ . At this time, the width w ₁ of the antenna 130 = 500 nm, the width w ₂ of the metal layer 110 = 750 nm, the thickness t ₁ of the antenna 130 = 50 nm, the metal layer 110 ) = 60 nm, the thickness t ₃ of the dielectric layer 120 = ₆ nm, and the light modulator 10 is disposed over the SiO ₂ layer. According to FIGS. 4A and 4B , when a voltage is applied to the metal layer 110 , the maximum and minimum temperatures of Au may rise and fall in the same manner. In addition, the maximum temperature and minimum temperature of GST can rise and fall almost equally. In addition, the temperature of GST and the temperature of Au may rise and fall in the same manner. Such a uniform temperature change acts as an advantage when the phases of the GST change into a crystalline state and an amorphous state, and may enable uniform phase modulation in the entire area of one meta unit 100 .

다른 실시예에 따르면, 한 메타 유닛(100)에서 금속 층(110)에 전압이 인가될 시, GST의 최대 온도와 최소 온도는 100℃ 미만의 차이를 가지고 상승하고 하강될 수 있다. 이 때, 시간에 따른 GST의 최대 온도와 최소 온도의 온도차가 100℃ 미만이라면, 균일한 위상 변조와 거의 흡사한 효율을 보일 수 있다.According to another embodiment, when a voltage is applied to the metal layer 110 in one meta-unit 100, the maximum temperature and the minimum temperature of the GST may rise and fall with a difference of less than 100°C. In this case, if the temperature difference between the maximum temperature and the minimum temperature of the GST over time is less than 100° C., an efficiency almost similar to that of uniform phase modulation may be exhibited.

도 4b에 따르면, t= 200 ns 일 때, 전압이 인가되고, 1000 ns 동안 일정하게 전압이 인가되다가, t = 1200 ns 일 때, 전압을 차단하였다. 전압은 금속 층(110)에 15 mA의 전류가 흐르도록 인가되었다. 일정하게 전압이 인가될 때, GST는 용융점 650℃ 로 상승될 수 있으며, 전압 인가 및 열 생성이 종료된 후에는 100 ns 시간 안에 다시 160℃ 이하로 온도가 하강될 수 있다. 이에 따라, 정질 상태의 GST는 비정질 상태의 GST로 상변이(RESET)가 진행될 수 있다. 반대로, GST를 100℃ 내지 150℃의 온도로 상대적으로 오래 가열한다면 비정질 상태의 GST를 정질 상태의 GST로 상변이(SET)도 진행될 수 있다. 도 4b에 따르면, 상기 온도변화는 GST의 전체 영역에서 균일하게 일어나므로 상기 상변이(SET 및 RESET) 또한 GST의 전체 부피에서 균일하게 일어날 수 있다. 이에 따라, 한 메타 유닛(100)의 전체 영역에서 균일한 위상변조가 가능할 수 있다. 또한, 히터 역할을 하는 Au의 온도가 과다하게 높이 올라가지 않으면서 GST의 상변이를 진행시키므로 에너지 효율적인 변조를 이끌어낼 수 있다. 즉, 온도 상승에 따라 비정질 상태에서 정질상태로 안정적으로 crystallization 하고, 온도 하강에 따라 정질상태에서 비정질상태로 안정적으로 amorphorization하며, 이 과정은 반복해서 일어날 수 있다.According to FIG. 4B, when t=200 ns, the voltage is applied, the voltage is applied constantly for 1000 ns, and when t=1200 ns, the voltage is cut off. A voltage was applied such that a current of 15 mA flows through the metal layer 110 . When a constant voltage is applied, GST may be raised to a melting point of 650°C, and after voltage application and heat generation are finished, the temperature may be lowered to 160°C or less again within 100 ns time. Accordingly, a phase change (RESET) may proceed from the GST in the amorphous state to the GST in the amorphous state. Conversely, if GST is heated to a temperature of 100° C. to 150° C. for a relatively long time, a phase change (SET) may also proceed from GST in an amorphous state to GST in a crystalline state. According to FIG. 4B , since the temperature change occurs uniformly in the entire region of the GST, the phase changes (SET and RESET) may also occur uniformly in the entire volume of the GST. Accordingly, uniform phase modulation in the entire area of one meta unit 100 may be possible. In addition, since the temperature of Au, which serves as a heater, does not rise excessively high, the GST phase transition proceeds, thereby leading to energy-efficient modulation. That is, it stably crystallizes from an amorphous state to an amorphous state according to an increase in temperature, and stably amorphorizes from an amorphous state to an amorphous state according to a decrease in temperature, and this process can occur repeatedly.

일 실시예에 따르면, 한 메타 유닛(100)에서 금속 층(110)에 전압이 인가될 시, 안테나(130)의 전체 영역에서 온도 변화가 균일하게 상승되거나 하강되도록 하는 안테나(130)의 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 안테나(130)의 두께가 너무 크다면, 온도 변화 시 안테나(130) 영역의 최소 온도와 안테나(130) 영역의 최대 온도의 차이가 생길 수 있다. 따라서 한 안테나(130)의 전체 영역에서 온도 변화가 균일하게 변화되도록 안테나(130)의 두께를 가질 수 있다. 안테나(130)의 두께 결정 시, 금속 층(110), 유전체 층(120) 및 안테나(130)의 열전도율이 고려될 수 있다. 또한, 안테나(130)의 두께가 너무 작아진다면 굴절률이 변화하는 영역이 줄어들어 변조 효율에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 상기 온도 조건과 변조 효율 모두를 고려하여 thermally and optically co-optimal한 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 안테나(130)의 두께는 10nm 내지 100nm 를 가질 수 있다. According to one embodiment, when a voltage is applied to the metal layer 110 in one meta unit 100, the thickness of the antenna 130 so that the temperature change in the entire area of the antenna 130 is uniformly increased or decreased. can have For example, if the thickness of the antenna 130 is too large, a difference between the minimum temperature of the antenna 130 area and the maximum temperature of the antenna 130 area may occur when the temperature changes. Accordingly, the thickness of the antenna 130 may be uniformly changed in the entire area of one antenna 130 . When determining the thickness of the antenna 130 , thermal conductivity of the metal layer 110 , the dielectric layer 120 , and the antenna 130 may be considered. In addition, if the thickness of the antenna 130 is too small, the area in which the refractive index changes may decrease, which may affect modulation efficiency. Accordingly, the thickness may be thermally and optically co-optimal in consideration of both the temperature condition and the modulation efficiency. For example, the thickness of the antenna 130 may be 10 nm to 100 nm.

다른 실시예에 따르면, 한 메타 유닛(100)에서 금속 층(110)에 전압이 인가 될 시, 안테나(130) 영역의 최소 온도와 안테나(130) 영역의 최대 온도의 차이가 100℃ 미만으로 유지될 수 있다. 이러한 경우, 한 안테나(130)의 전체 영역에서 온도 변화가 최대 100℃ 미만의 온도 차이를 가지고 변화되도록 하는 안테나(130)의 두께를 가질 수 있다. 이 경우, 안테나(130)의 온도 변화가 안테나(130) 전체 영역에서 균일하게 변화되도록한 것에 흡사한 효율을 보일 수 있다. 따라서, 상기 온도 조건과 변조 효율 모두를 고려하여 thermally and optically co-optimal한 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 안테나(130)의 두께는 10nm 내지 200nm 를 가질 수 있다.According to another embodiment, when a voltage is applied to the metal layer 110 in one meta unit 100, the difference between the minimum temperature of the antenna 130 area and the maximum temperature of the antenna 130 area is maintained below 100 ° C. can be In this case, the thickness of the antenna 130 may be such that the temperature change in the entire area of one antenna 130 changes with a temperature difference of less than 100° C. at most. In this case, an efficiency similar to that obtained by allowing the temperature change of the antenna 130 to be uniformly changed over the entire area of the antenna 130 may be exhibited. Accordingly, the thickness may be thermally and optically co-optimal in consideration of both the temperature condition and the modulation efficiency. For example, the thickness of the antenna 130 may be 10 nm to 200 nm.

다른 실시예에 따르면, 한 메타 유닛(100)에서 금속 층(110)에 전압이 인가 될 시, 안테나(130) 영역의 평균 온도와 금속 층(110) 영역의 평균 온도의 차이가 100℃ 미만으로 유지될 수 있다. 이러한 경우, 안테나(130) 영역의 평균 온도와 금속 층(110) 영역의 평균 온도가 최대 100℃ 미만의 온도 차이를 가지고 변화되도록 하는 안테나(130)의 두께를 가질 수 있다. According to another embodiment, when a voltage is applied to the metal layer 110 in one meta unit 100, the difference between the average temperature of the antenna 130 area and the average temperature of the metal layer 110 area is less than 100 ° C. can be maintained In this case, the thickness of the antenna 130 may be changed such that the average temperature of the area of the antenna 130 and the average temperature of the area of the metal layer 110 are changed with a maximum temperature difference of less than 100°C.

일 실시예에 따르면, 한 메타 유닛(100)에서 금속 층(110)에 전압이 인가될 시, 안테나(130)의 전체 영역에서 온도 변화가 균일하게 상승되거나 하강되도록 하는 유전체 층(120)의 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 유전체 층(120)의 두께가 너무 두꺼우면 열전도 방정식에 따른 열전도율이 줄어, 온도 변화 시 안테나(130) 영역의 최소 온도와 안테나(130) 영역의 최대 온도의 차이가 생길 수 있다. 따라서, 안테나(130)의 전체 영역에서 온도 변화가 균일하게 변화되도록 하는 유전체 층(120)의 두께를 가질 수 있다. 유전체 층(120)의 두께 결정 시, 금속 층(110), 유전체 층(120) 및 안테나(130)의 열전도율이 고려될 수 있다. 예를 들어, 유전체 층(120)의 두께는 3nm 내지 60nm 을 가질 수 있다. According to one embodiment, when a voltage is applied to the metal layer 110 in one meta unit 100, the thickness of the dielectric layer 120 so that the temperature change in the entire area of the antenna 130 is uniformly raised or lowered can have For example, if the thickness of the dielectric layer 120 is too thick, the thermal conductivity according to the thermal conductivity equation is reduced, and when the temperature changes, a difference between the minimum temperature of the antenna 130 area and the maximum temperature of the antenna 130 area may occur. Accordingly, the thickness of the dielectric layer 120 may be uniformly changed over the entire area of the antenna 130 . When determining the thickness of the dielectric layer 120 , thermal conductivity of the metal layer 110 , the dielectric layer 120 , and the antenna 130 may be considered. For example, the thickness of the dielectric layer 120 is 3 nm to 60 nm can have

다른 실시예에 따르면, 한 메타 유닛(100)에서 금속 층(110)에 전압이 인가 될 시, 안테나(130) 영역의 최소 온도와 안테나(130) 영역의 최대 온도의 차이가 100℃ 미만으로 유지될 수 있다. 이러한 경우, 한 안테나(130)의 모든 영역에서 온도 변화가 최대 100℃ 미만의 온도 차이를 가지고 변화되도록 하는 유전체 층(120)의 두께를 가질 수 있다. 이 경우, 안테나(130)의 온도 변화가 균일하게 변화되도록한 것에 흡사한 효율을 보일 수 있다. 예를 들어, 유전체 층(120)의 두께는 3nm 내지 80nm 을 가질 수 있다.According to another embodiment, when a voltage is applied to the metal layer 110 in one meta unit 100, the difference between the minimum temperature of the antenna 130 area and the maximum temperature of the antenna 130 area is maintained below 100 ° C. can be In this case, the thickness of the dielectric layer 120 may be such that a temperature change in all regions of one antenna 130 is changed with a temperature difference of less than 100° C. at most. In this case, the efficiency similar to that obtained by allowing the temperature change of the antenna 130 to be uniformly changed may be exhibited. For example, the thickness of the dielectric layer 120 may be between 3 nm and 80 nm.

다른 실시예에 따르면, 한 메타 유닛(100)에서 금속 층(110)에 전압이 인가 될 시, 안테나(130) 영역의 평균 온도와 금속 층(110) 영역의 평균 온도의 차이가 100℃ 미만으로 유지될 수 있다. 이러한 경우, 안테나(130) 영역의 평균 온도와 금속 층(110) 영역의 평균 온도가 최대 100℃ 미만의 온도 차이를 가지고 변화되도록 하는 유전체 층(120)의 두께를 가질 수 있다.According to another embodiment, when a voltage is applied to the metal layer 110 in one meta unit 100, the difference between the average temperature of the antenna 130 area and the average temperature of the metal layer 110 area is less than 100 ° C. can be maintained In this case, the thickness of the dielectric layer 120 may be changed such that the average temperature of the area of the antenna 130 and the average temperature of the metal layer 110 are changed with a maximum temperature difference of less than 100°C.

일 실시예에 따르면, 메타 유닛(100)의 배치 간격은 인접 메타 유닛(100)에 열적 영향을 미치지 않도록 할 수 있다. 예를 들어, 메타 유닛(100) 간의 간격이 너무 좁다면 각 메타 유닛(100)에서 발생하는 열에 의한 열적 크로스톡(Thermal Crosstalk) 때문에 각 메타 유닛(100)의 온도가 독립적으로 유지될 수 없다. 따라서, 각각의 메타 유닛(100)이 열적 크로스톡이 발생하지 않게 형성되도록 메타 유닛(100)의 간격을 결정할 수 있다.According to an embodiment, the arrangement interval of the meta unit 100 may prevent a thermal effect on the adjacent meta unit 100 . For example, if the interval between meta-units 100 is too narrow, the temperature of each meta-unit 100 cannot be independently maintained because of thermal crosstalk due to heat generated in each meta-unit 100. Accordingly, the distance between the meta-units 100 may be determined so that each meta-unit 100 is formed so that thermal crosstalk does not occur.

도 5는 안테나(130)가 전체적으로 GST를 포함한 경우 GST의 상변이에 따른 반사율 및 반사위상 스펙트럼 변화를 나타낸 그래프이다. 도 5의 실선은 GST가 비정질 상태에서의 반사율을 나타내며, 점선은 GST가 정질 상태에서의 반사율을 나타낸다. 적외선 영역인, λ=1.4μm 파장에서 비정질 상태의 반사율은 약 70 % 이며, 정질 상태의 반사율은 약 40 % 가량으로 매우 높다. 이는 일 실시예에 따른 광 변조기(10)를 통해 빔 조향 시 고효율의 운용이 가능함을 보여준다.5 is a graph showing changes in reflectance and reflection phase spectrum according to a phase change of GST when the antenna 130 includes GST as a whole. The solid line in FIG. 5 indicates the reflectance in the amorphous state of GST, and the dotted line indicates the reflectance in the crystalline state of GST. In the infrared region, λ=1.4 μm, the reflectance of the amorphous state is about 70%, and the reflectance of the crystalline state is very high, about 40%. This shows that high-efficiency operation is possible when steering a beam through the light modulator 10 according to an embodiment.

도 5의 파선은 광의 반사위상 스펙트럼의 변화값을 나타낸다. 즉, 비정질 상태의 반사위상 스펙트럼에서 정질 상태의 반사위상 스펙트럼을 뺀 값을 보여주며, 파장이 1.4 μm 내지 1.55 μm 영역에서 3π/2 (rad), 즉 최대 약 270°까지의 위상변이가 가능할 수 있다. 이러한 큰 위상변이는 안테나(130)의 전체 두께인 수 십 내지 수 백 나노미터 범위에서 일어난다. 즉, 안테나(130) 전체 영역에서 상변이물질의 굴절률이 변화하기 때문에, 종래에 굴절률이 변화하는 층의 두께가 수 나노미터인 경우와 비교하여 높은 변조효율을 갖는다. 예를 들어, 도 4a 에서와 같이 t_GST 가 50nm인 경우 GST 전체 영역에서 굴절률이 변화하므로, 종래의 1~2 nm 두께의 전도성 산화물을 사용한 것에 비해 변조효율이 높아질 수 있다.The broken line in FIG. 5 represents the change value of the reflection phase spectrum of light. That is, it shows the value obtained by subtracting the reflection phase spectrum of the crystalline state from the reflection phase spectrum of the amorphous state, and 3π/2 (rad), that is, a phase shift of up to about 270° is possible in the wavelength region of 1.4 μm to 1.55 μm. there is. Such a large phase shift occurs in the range of several tens to several hundred nanometers, which is the entire thickness of the antenna 130 . That is, since the refractive index of the phase change material changes in the entire area of the antenna 130 , it has higher modulation efficiency compared to the case in which the thickness of the layer having the changing refractive index is several nanometers in the prior art. For example, when t _GST is 50 nm as shown in FIG. 4A , since the refractive index changes in the entire GST region, modulation efficiency may be higher than that of a conventional conductive oxide having a thickness of 1 to 2 nm.

도 6는 각각의 메타 유닛(100) 마다 복수의 안테나(130)가 포함된 광 변조기(10)의 사시도이다. 도 1과 비교하여 한 메타 유닛(100)에 복수의 안테나(130)가 배치될 수 있다. 복수의 안테나(130)의 폭은 동작 파장에 의해 결정될 수 있다. 한 메타 유닛(100)에 있는 복수의 안테나(130)는 같은 금속 층(110)으로부터 온도가 조절될 수 있다. 한 메타 유닛(100)의 복수의 안테나(130)의 폭 및 두께는 동일할 수 있다. 위와 같이 복수의 안테나(130)를 배치함으로써 다양한 방향으로 빔을 조향할 수 있다. 또한 이 경우에도, 복수의 메타 유닛(100)의 변조 주기를 변화시켜 이에 대응되는 방향으로 빔을 조향할 수 있다. 6 is a perspective view of an optical modulator 10 including a plurality of antennas 130 for each meta unit 100 . Compared with FIG. 1 , a plurality of antennas 130 may be disposed in one meta unit 100 . Widths of the plurality of antennas 130 may be determined by operating wavelengths. The temperature of the plurality of antennas 130 in one meta unit 100 may be controlled from the same metal layer 110 . The width and thickness of the plurality of antennas 130 of one meta unit 100 may be the same. By disposing the plurality of antennas 130 as described above, the beam can be steered in various directions. Also in this case, the beam may be steered in a direction corresponding thereto by changing the modulation period of the plurality of meta units 100 .

일 실시예에 따르는 메타 유닛(100)는 1차원적으로 배치될 수 있고, 다른 실시예에 따르는 메타 유닛(100)는 2차원적으로 배치될 수 있다. 도 7은 2D로 배열된 메타 유닛(100)를 나타낸 단면도이다. 메타 유닛(100)이 1차원적으로 배열되는 경우, 안테나(130)의 수직한 방향으로 반사된 빔을 조향할 수 있다. 메타 유닛(100)이 2차원 적으로 배열되는 경우, 안테나(130)의 수직한 방향뿐만 아니라 수평한 방향으로도 빔을 조향할 수 있다. 이를 통해 광 변조기(10)는 2차원적으로 빔을 조향할 수 있다.The meta unit 100 according to one embodiment may be arranged one-dimensionally, and the meta unit 100 according to another embodiment may be arranged two-dimensionally. 7 is a cross-sectional view showing the meta unit 100 arranged in 2D. When the meta unit 100 is one-dimensionally arranged, the beam reflected in the vertical direction of the antenna 130 may be steered. When the meta unit 100 is two-dimensionally arranged, the beam can be steered in a horizontal direction as well as a vertical direction of the antenna 130 . Through this, the light modulator 10 can steer the beam in two dimensions.

도 8은 일 실시예에 따른 광 변조기(10)를 포함하는 빔 스티어링 소자(beam steering device)(1000A)를 설명하기 위한 개념도이다. 8 is a conceptual diagram illustrating a beam steering device 1000A including the light modulator 10 according to an embodiment.

도 8을 참조하면, 빔 스티어링 소자(1000A)를 이용해서 빔(beam)을 1차원적 방향으로 조향할 수 있다. 즉, 소정의 피사체(OBJ)를 향하여 빔을 제1 방향(DD1)에 따라 조향할 수 있다. 빔 스티어링 소자(1000A)는 일 실시예들에 따른 복수의 광 변조기(10)의 1차원적 어레이를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 8 , a beam may be steered in a one-dimensional direction using the beam steering element 1000A. That is, the beam may be steered toward the predetermined subject OBJ in the first direction DD1 . The beam steering element 1000A may include a one-dimensional array of a plurality of light modulators 10 according to example embodiments.

도 9은 다른 실시예에 따른 광 변조기(10)를 포함하는 빔 스티어링 소자(beam steering device)(1000B)를 설명하기 위한 개념도이다. 9 is a conceptual diagram for explaining a beam steering device 1000B including a light modulator 10 according to another embodiment.

도 9을 참조하면, 빔 스티어링 소자(1000B)를 이용해서 빔(beam)을 2차원적 방향으로 조향할 수 있다. 즉, 소정의 피사체(OBJ)를 향하여 빔을 제1 방향(DD1) 및 이와 수직한 제2 방향(DD2)에 따라 조향할 수 있다. 빔 스티어링 소자(1000B)는 일 실시예들에 따른 복수의 광 변조기(10)의 2차원적 어레이를 포함할 수 있다. 도 8 및 도 9을 참조하여 설명한 빔 스티어링 소자(1000A, 1000B)는 비기계식 빔 스캔 장치(non-mechanical beam scanning apparatus)일 수 있다. Referring to FIG. 9 , a beam may be steered in a two-dimensional direction using the beam steering element 1000B. That is, the beam may be steered toward the predetermined subject OBJ in the first direction DD1 and the second direction DD2 perpendicular thereto. The beam steering element 1000B may include a two-dimensional array of a plurality of light modulators 10 according to example embodiments. The beam steering elements 1000A and 1000B described with reference to FIGS. 8 and 9 may be non-mechanical beam scanning apparatuses.

도 10는 일 실시예에 따른 광 변조기(10)를 적용한 빔 스티어링 소자를 포함하는 전자 장치(A1)의 전체적인 시스템을 설명하기 위한 블럭도이다. 10 is a block diagram illustrating an overall system of an electronic device A1 including a beam steering element to which the light modulator 10 is applied according to an exemplary embodiment.

도 10를 참조하면, 전자 장치(A1)는 빔 스티어링 소자(1000)를 포함할 수 있다. 빔 스티어링 소자(1000)는 도 1a, 도 1b, 도 3, 도 6 및 도 7 등을 참조하여 설명한 광 변조기(10)를 포함할 수 있다. 전자 장치(A1)는 빔 스티어링 소자(1000) 내에 광원부를 포함하거나, 빔 스티어링 소자(1000)와 별도로 구비된 광원부를 포함할 수 있다. 전자 장치(A1)는 빔 스티어링 소자(1000)에 의해 조향된 광이 피사체(미도시)에 의해 반사된 광을 검출하기 위한 검출부(1100)를 포함할 수 있다. 검출부(1100)는 복수의 광검출요소를 포함할 수 있고, 그 밖에 다른 광학 부재를 더 포함할 수 있다. 또한, 전자 장치(A1)는 빔 스티어링 소자(1000) 및 검출부(1100) 중 적어도 하나에 연결된 회로부(1200)를 더 포함할 수 있다. 회로부(1200)는 데이터를 획득하여 연산하는 연산부를 포함할 수 있고, 구동부 및 제어부 등을 더 포함할 수 있다. 또한, 회로부(1200)는 전원부 및 메모리 등을 더 포함할 수 있다. Referring to FIG. 10 , the electronic device A1 may include a beam steering element 1000 . The beam steering element 1000 may include the light modulator 10 described with reference to FIGS. 1A, 1B, 3, 6, and 7 . The electronic device A1 may include a light source unit in the beam steering element 1000 or a light source unit provided separately from the beam steering element 1000 . The electronic device A1 may include a detector 1100 for detecting light steered by the beam steering element 1000 reflected by a subject (not shown). The detection unit 1100 may include a plurality of light detection elements, and may further include other optical members. Also, the electronic device A1 may further include a circuit unit 1200 connected to at least one of the beam steering element 1000 and the detection unit 1100 . The circuit unit 1200 may include an arithmetic unit that obtains and calculates data, and may further include a driving unit and a control unit. Also, the circuit unit 1200 may further include a power supply unit, a memory, and the like.

도 10에서는 전자 장치(A1)가 하나의 장치 내에 빔 스티어링 소자(1000) 및 검출부(1100)를 포함하는 경우를 도시하였지만, 빔 스티어링 소자(1000) 및 검출부(1100)는 하나의 장치로 구비되지 않고, 별도의 장치에 분리되어 구비될 수도 있다. 또한, 회로부(1200)는 빔 스티어링 소자(1000)나 검출부(1100)에 유선으로 연결되지 않고, 무선 통신으로 연결될 수 있다. 그 밖에도 도 10의 구성은 다양하게 변화될 수 있다. Although FIG. 10 illustrates a case in which the electronic device A1 includes the beam steering element 1000 and the detector 1100 in one device, the beam steering element 1000 and the detector 1100 are not provided as one device. Instead, it may be provided separately in a separate device. In addition, the circuit unit 1200 may be connected to the beam steering element 1000 or the detection unit 1100 by wireless communication rather than by wire. In addition, the configuration of FIG. 10 may be variously changed.

이상에서 설명한 실시예에 따른 광 변조기 또는 이를 포함하는 빔 스티어링 소자는 다양한 전자 장치에 적용될 수 있다. 일례로, 상기 빔 스티어링 소자는 라이다(Light Detection And Ranging, LiDAR) 장치에 적용될 수 있다. 상기 라이다(LiDAR) 장치는 phase-shift 방식 또는 TOF(time-of-flight) 방식의 장치일 수 있다. 또한, 실시예에 따른 광 변조기 또는 이를 포함하는 빔 스티어링 소자는 스마트폰, 웨어러블 기기(증강 현실 및 가상 현실 구현 안경형 기기 등), 사물 인터넷(Internet of Things(IoT)) 기기, 가전 기기, 태블릿 PC(Personal Computer), PDA(Personal Digital Assistant), PMP(portable Multimedia Player), 네비게이션(navigation), 드론(drone), 로봇, 무인자동차, 자율주행차, 첨단 운전자 보조 시스템(Advanced Drivers Assistance System; ADAS) 등과 같은 전자 기기에 탑재될 수 있다.The light modulator according to the above-described embodiment or the beam steering element including the same may be applied to various electronic devices. For example, the beam steering element may be applied to a LiDAR (Light Detection And Ranging, LiDAR) device. The LiDAR device may be a phase-shift device or a time-of-flight (TOF) device. In addition, the light modulator or the beam steering element including the same according to the embodiment includes a smart phone, a wearable device (eg, augmented reality and virtual reality implemented glasses-type device), an Internet of Things (IoT) device, a home appliance, and a tablet PC. (Personal Computer), PDA (Personal Digital Assistant), PMP (portable multimedia player), navigation, drone, robot, driverless vehicle, autonomous vehicle, advanced driver assistance system (ADAS) It may be mounted on an electronic device, such as.

도 11 및 도 12는 일 실시예에 따른 광변조기를 포함하는 라이다(LiDAR) 장치를 차량에 적용한 경우를 보여주는 개념도이다. 도 11은 측방에서 바라본 도면이고, 도 12는 위에서 바라본 도면이다. 11 and 12 are conceptual views illustrating a case in which a LiDAR device including an optical modulator according to an exemplary embodiment is applied to a vehicle. 11 is a view viewed from the side, and FIG. 12 is a view viewed from above.

도 11을 참조하면, 차량(50)에 라이다(LiDAR) 장치(51)를 적용할 수 있고, 이를 이용해서 피사체(60)에 대한 정보를 획득할 수 있다. 차량(50)은 자율 주행 기능을 갖는 자동차일 수 있다. 라이다(LiDAR) 장치(51)를 이용해서, 차량(50)이 진행하는 방향에 있는 물체나 사람, 즉, 피사체(60)를 탐지할 수 있다. 또한, 송신 신호와 검출 신호 사이의 시간 차이 등의 정보를 이용해서, 피사체(60)까지의 거리를 측정할 수 있다. 또한, 도 12에 도시된 바와 같이, 스캔 범위 내에 있는 가까운 피사체(61)와 멀리 있는 피사체(62)에 대한 정보를 획득할 수 있다. Referring to FIG. 11 , a LiDAR device 51 may be applied to the vehicle 50 , and information on the subject 60 may be obtained using the same. The vehicle 50 may be a vehicle having an autonomous driving function. The LiDAR device 51 may be used to detect an object or a person in a direction in which the vehicle 50 is traveling, that is, the subject 60 . In addition, the distance to the subject 60 may be measured using information such as a time difference between the transmission signal and the detection signal. Also, as shown in FIG. 12 , information on a nearby subject 61 and a distant subject 62 within a scan range may be acquired.

다양한 실시예에 따른 광변조기는 라이다(LiDAR) 이외에 다양한 전자 장치에 적용될 수 있다. 예컨대, 다양한 실시예에 따른 광변조기를 이용하면 스캐닝을 통해 공간 및 피사체의 3차원적인 정보를 획득할 수 있기 때문에, 3차원 이미지 획득 장치나 3차원 카메라 등에 적용될 수 있다. 또한, 상기 광변조기는 홀로그래픽(holographic) 디스플레이 장치 및 구조광(structured light) 발생 장치에 적용될 수 있다. 또한, 상기 광변조기는 다양한 빔 스캔 장치, 홀로그램(hologram) 생성 장치, 광 결합 장치, 가변 초점 렌즈, 깊이 센서(depth sensor) 등 다양한 광학 성분/장치에 적용될 수 있다. 또한, 상기 광변조기는 "메타 표면" 또는 "메타 구조"가 이용되는 다양한 분야에 적용될 수 있다. 그 밖에도 일 실시예에 따른 광변조기는 및 이를 포함하는 전자 장치는 다양한 광학 및 전자기기 분야에 여러 가지 용도로 적용될 수 있다. The optical modulator according to various embodiments may be applied to various electronic devices other than LiDAR. For example, since the optical modulator according to various embodiments can acquire three-dimensional information of a space and a subject through scanning, it can be applied to a three-dimensional image acquisition device or a three-dimensional camera. In addition, the light modulator may be applied to a holographic display device and a structured light generating device. In addition, the optical modulator may be applied to various optical components/devices such as various beam scanning devices, hologram generating devices, optical coupling devices, variable focus lenses, and depth sensors. In addition, the optical modulator may be applied to various fields in which a “meta surface” or a “meta structure” is used. In addition, the optical modulator and the electronic device including the same according to an embodiment may be applied to various optical and electronic device fields for various purposes.

도 13는 일 실시예에 따른 전자 장치의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.13 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an electronic device according to an exemplary embodiment.

도 13을 참조하면, 네트워크 환경(2200)에서 전자 장치(2201)는 제1 네트워크(2298)(근거리 무선 통신 네트워크 등)를 통하여 다른 전자 장치(2202)와 통신하거나, 또는 제2 네트워크(2299)(원거리 무선 통신 네트워크 등)를 통하여 또 다른 전자 장치(2204) 및/또는 서버(2208)와 통신할 수 있다. 전자 장치(2201)는 서버(2208)를 통하여 전자 장치(2204)와 통신할 수 있다. 전자 장치(2201)는 프로세서(2220), 메모리(2230), 입력 장치(2250), 음향 출력 장치(2255), 표시 장치(2260), 오디오 모듈(2270), 센서 모듈(2210), 인터페이스(2277), 햅틱 모듈(2279), 카메라 모듈(2280), 전력 관리 모듈(2288), 배터리(2289), 통신 모듈(2290), 가입자 식별 모듈(2296), 및/또는 안테나 모듈(2297)을 포함할 수 있다. 전자 장치(2201)에는, 이 구성요소들 중 일부(표시 장치(2260) 등)가 생략되거나, 다른 구성요소가 추가될 수 있다. 이 구성요소들 중 일부는 하나의 통합된 회로로 구현될 수 있다. 예를 들면, 센서 모듈(2210)의 지문 센서(2211)나 또는, 홍채 센서, 조도 센서 등은 표시 장치(2260)(디스플레이 등)에 임베디드되어 구현될 수 있다.Referring to FIG. 13 , in a network environment 2200 , an electronic device 2201 communicates with another electronic device 2202 through a first network 2298 (such as a short-range wireless communication network) or a second network 2299 . It may communicate with another electronic device 2204 and/or the server 2208 via (a long-distance wireless communication network, etc.). The electronic device 2201 may communicate with the electronic device 2204 through the server 2208 . The electronic device 2201 includes a processor 2220 , a memory 2230 , an input device 2250 , an audio output device 2255 , a display device 2260 , an audio module 2270 , a sensor module 2210 , and an interface 2277 . ), a haptic module 2279 , a camera module 2280 , a power management module 2288 , a battery 2289 , a communication module 2290 , a subscriber identification module 2296 , and/or an antenna module 2297 . can In the electronic device 2201 , some of these components (eg, the display device 2260 ) may be omitted or other components may be added. Some of these components may be implemented as one integrated circuit. For example, the fingerprint sensor 2211 of the sensor module 2210, an iris sensor, or an illuminance sensor may be implemented by being embedded in the display device 2260 (display, etc.).

프로세서(2220)는, 소프트웨어(프로그램(2240) 등)를 실행하여 프로세서(2220)에 연결된 전자 장치(2201) 중 하나 또는 복수개의 다른 구성요소들(하드웨어, 소프트웨어 구성요소 등)을 제어할 수 있고, 다양한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 데이터 처리 또는 연산의 일부로, 프로세서(2220)는 다른 구성요소(센서 모듈(2210), 통신 모듈(2290) 등)로부터 수신된 명령 및/또는 데이터를 휘발성 메모리(2232)에 로드하고, 휘발성 메모리(2232)에 저장된 명령 및/또는 데이터를 처리하고, 결과 데이터를 비휘발성 메모리(2234)에 저장할 수 있다. 프로세서(2220)는 메인 프로세서(2221)(중앙 처리 장치, 어플리케이션 프로세서 등) 및 이와 독립적으로 또는 함께 운영 가능한 보조 프로세서(2223)(그래픽 처리 장치, 이미지 시그널 프로세서, 센서 허브 프로세서, 커뮤니케이션 프로세서 등)를 포함할 수 있다. 보조 프로세서(2223)는 메인 프로세서(2221)보다 전력을 작게 사용하고, 특화된 기능을 수행할 수 있다. The processor 2220 may execute software (such as a program 2240) to control one or a plurality of other components (hardware, software components, etc.) of the electronic device 2201 connected to the processor 2220, and , various data processing or operations can be performed. As part of data processing or computation, the processor 2220 loads commands and/or data received from other components (sensor module 2210, communication module 2290, etc.) into the volatile memory 2232, and It may process commands and/or data stored in 2232 , and store the resulting data in non-volatile memory 2234 . The processor 2220 includes a main processor 2221 (central processing unit, application processor, etc.) and a secondary processor 2223 (graphic processing unit, image signal processor, sensor hub processor, communication processor, etc.) that can be operated independently or together therewith. may include The auxiliary processor 2223 may use less power than the main processor 2221 and may perform a specialized function.

보조 프로세서(2223)는, 메인 프로세서(2221)가 인액티브 상태(슬립 상태)에 있는 동안 메인 프로세서(2221)를 대신하여, 또는 메인 프로세서(2221)가 액티브 상태(어플리케이션 실행 상태)에 있는 동안 메인 프로세서(2221)와 함께, 전자 장치(2201)의 구성요소들 중 일부 구성요소(표시 장치(2260), 센서 모듈(2210), 통신 모듈(2290) 등)와 관련된 기능 및/또는 상태를 제어할 수 있다. 보조 프로세서(2223)(이미지 시그널 프로세서, 커뮤니케이션 프로세서 등)는 기능적으로 관련 있는 다른 구성 요소(카메라 모듈(2280), 통신 모듈(2290) 등)의 일부로서 구현될 수도 있다. The secondary processor 2223 is configured to replace the main processor 2221 while the main processor 2221 is in the inactive state (sleep state), or to the main processor 2221 while the main processor 2221 is in the active state (the application execution state). Together with the processor 2221 , functions and/or states related to some of the components of the electronic device 2201 (display device 2260 , sensor module 2210 , communication module 2290 , etc.) may be controlled. can The auxiliary processor 2223 (image signal processor, communication processor, etc.) may be implemented as a part of other functionally related components (camera module 2280, communication module 2290, etc.).

메모리(2230)는, 전자 장치(2201)의 구성요소(프로세서(2220), 센서모듈(2276) 등)가 필요로 하는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 데이터는, 예를 들어, 소프트웨어(프로그램(2240) 등) 및, 이와 관련된 명령에 대한 입력 데이터 및/또는 출력 데이터를 포함할 수 있다. 메모리(2230)는, 휘발성 메모리(2232) 및/또는 비휘발성 메모리(2234)를 포함할 수 있다.The memory 2230 may store various data required by components of the electronic device 2201 (the processor 2220 , the sensor module 2276 , etc.). Data may include, for example, input data and/or output data for software (such as program 2240) and instructions related thereto. The memory 2230 may include a volatile memory 2232 and/or a non-volatile memory 2234 .

프로그램(2240)은 메모리(2230)에 소프트웨어로 저장될 수 있으며, 운영 체제(2242), 미들 웨어(2244) 및/또는 어플리케이션(2246)을 포함할 수 있다. The program 2240 may be stored as software in the memory 2230 , and may include an operating system 2242 , middleware 2244 , and/or applications 2246 .

입력 장치(2250)는, 전자 장치(2201)의 구성요소(프로세서(2220) 등)에 사용될 명령 및/또는 데이터를 전자 장치(2201)의 외부(사용자 등)로부터 수신할 수 있다. 입력 장치(2250)는, 마이크, 마우스, 키보드, 및/또는 디지털 펜(스타일러스 펜 등)을 포함할 수 있다. The input device 2250 may receive commands and/or data to be used in a component (eg, the processor 2220 ) of the electronic device 2201 from an external (eg, a user) of the electronic device 2201 . The input device 2250 may include a microphone, a mouse, a keyboard, and/or a digital pen (such as a stylus pen).

음향 출력 장치(2255)는 음향 신호를 전자 장치(2201)의 외부로 출력할 수 있다. 음향 출력 장치(2255)는, 스피커 및/또는 리시버를 포함할 수 있다. 스피커는 멀티미디어 재생 또는 녹음 재생과 같이 일반적인 용도로 사용될 수 있고, 리시버는 착신 전화를 수신하기 위해 사용될 수 있다. 리시버는 스피커의 일부로 결합되어 있거나 또는 독립된 별도의 장치로 구현될 수 있다.The sound output device 2255 may output a sound signal to the outside of the electronic device 2201 . The sound output device 2255 may include a speaker and/or a receiver. The speaker can be used for general purposes such as multimedia playback or recording playback, and the receiver can be used to receive an incoming call. The receiver may be integrated as a part of the speaker or may be implemented as an independent separate device.

표시 장치(2260)는 전자 장치(2201)의 외부로 정보를 시각적으로 제공할 수 있다. 표시 장치(2260)는, 디스플레이, 홀로그램 장치, 또는 프로젝터 및 해당 장치를 제어하기 위한 제어 회로를 포함할 수 있다. 표시 장치(2260)는 터치를 감지하도록 설정된 터치 회로(Touch Circuitry), 및/또는 터치에 의해 발생되는 힘의 세기를 측정하도록 설정된 센서 회로(압력 센서 등)를 포함할 수 있다. The display device 2260 may visually provide information to the outside of the electronic device 2201 . The display device 2260 may include a control circuit for controlling a display, a hologram device, or a projector and a corresponding device. The display device 2260 may include a touch circuitry configured to sense a touch, and/or a sensor circuitry configured to measure the intensity of force generated by the touch (such as a pressure sensor).

오디오 모듈(2270)은 소리를 전기 신호로 변환시키거나, 반대로 전기 신호를 소리로 변환시킬 수 있다. 오디오 모듈(2270)은, 입력 장치(2250)를 통해 소리를 획득하거나, 음향 출력 장치(2255), 및/또는 전자 장치(2201)와 직접 또는 무선으로 연결된 다른 전자 장치(전자 장치(2102) 등)의 스피커 및/또는 헤드폰을 통해 소리를 출력할 수 있다.The audio module 2270 may convert a sound into an electric signal or, conversely, convert an electric signal into a sound. The audio module 2270 obtains a sound through the input device 2250 or other electronic device (such as the electronic device 2102 ) directly or wirelessly connected to the sound output device 2255 and/or the electronic device 2201 . ) through the speaker and/or headphones.

센서 모듈(2210)은 전자 장치(2201)의 작동 상태(전력, 온도 등), 또는 외부의 환경 상태(사용자 상태 등)를 감지하고, 감지된 상태에 대응하는 전기 신호 및/또는 데이터 값을 생성할 수 있다. 센서 모듈(2210)은, 지문 센서(2211), 가속도 센서(2212), 위치 센서(2213), 3D 센서(2214)등을 포함할 수 있고, 이 외에도 홍채 센서, 자이로 센서, 기압 센서, 마그네틱 센서, 그립 센서, 근접 센서, 컬러 센서, IR(Infrared) 센서, 생체 센서, 온도 센서, 습도 센서, 및/또는 조도 센서를 포함할 수 있다. The sensor module 2210 detects an operating state (power, temperature, etc.) of the electronic device 2201 or an external environmental state (user state, etc.), and generates an electrical signal and/or data value corresponding to the sensed state. can do. The sensor module 2210 may include a fingerprint sensor 2211 , an acceleration sensor 2212 , a position sensor 2213 , a 3D sensor 2214 , and the like, in addition to an iris sensor, a gyro sensor, a barometric pressure sensor, and a magnetic sensor. , a grip sensor, a proximity sensor, a color sensor, an infrared (IR) sensor, a biometric sensor, a temperature sensor, a humidity sensor, and/or an illuminance sensor.

3D 센서(2214)는 대상체에 소정의 광을 조사하고 대상체에서 반사된 광을 분석하여 대상체의 형상, 움직임등을 센싱하는 것으로, 전술한 실시예들에 따른 광 변조기들 중 어느 하나를 구비할 수 있다. The 3D sensor 2214 irradiates a predetermined light to the object and analyzes the light reflected from the object to sense the shape and movement of the object, and may include any one of the light modulators according to the above-described embodiments. there is.

인터페이스(2277)는 전자 장치(2201)가 다른 전자 장치(전자 장치(2102) 등)와 직접 또는 무선으로 연결되기 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 지정된 프로토콜들을 지원할 수 있다. 인터페이스(2277)는, HDMI(High Definition Multimedia Interface), USB(Universal Serial Bus) 인터페이스, SD카드 인터페이스, 및/또는 오디오 인터페이스를 포함할 수 있다.The interface 2277 may support one or more designated protocols that may be used by the electronic device 2201 to directly or wirelessly connect with another electronic device (such as the electronic device 2102 ). The interface 2277 may include a High Definition Multimedia Interface (HDMI), a Universal Serial Bus (USB) interface, an SD card interface, and/or an audio interface.

연결 단자(2278)는, 전자 장치(2201)가 다른 전자 장치(전자 장치(2102) 등)와 물리적으로 연결될 수 있는 커넥터를 포함할 수 있다. 연결 단자(2278)는, HDMI 커넥터, USB 커넥터, SD 카드 커넥터, 및/또는 오디오 커넥터(헤드폰 커넥터 등)를 포함할 수 있다.The connection terminal 2278 may include a connector through which the electronic device 2201 may be physically connected to another electronic device (eg, the electronic device 2102 ). The connection terminal 2278 may include an HDMI connector, a USB connector, an SD card connector, and/or an audio connector (such as a headphone connector).

햅틱 모듈(2279)은 전기적 신호를 사용자가 촉각 또는 운동 감각을 통해서 인지할 수 있는 기계적인 자극(진동, 움직임 등) 또는 전기적인 자극으로 변환할 수 있다. 햅틱 모듈(2279)은, 모터, 압전 소자, 및/또는 전기 자극 장치를 포함할 수 있다.The haptic module 2279 may convert an electrical signal into a mechanical stimulus (vibration, movement, etc.) or an electrical stimulus that the user can perceive through tactile or kinesthetic sense. The haptic module 2279 may include a motor, a piezoelectric element, and/or an electrical stimulation device.

카메라 모듈(2280)은 정지 영상 및 동영상을 촬영할 수 있다. 카메라 모듈(2280)은 하나 이상의 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리, 이미지 센서들, 이미지 시그널 프로세서들, 및/또는 플래시들을 포함할 수 있다. 카메라 모듈(2280)에 포함된 렌즈 어셈블리는 이미지 촬영의 대상인 피사체로부터 방출되는 빛을 수집할 수 있으며, 이러한 렌즈 어셈블리에는 전술한 실시예들에 따른 광 변조기들 중 어느 하나가 포함될 수 있다. The camera module 2280 may capture still images and moving images. The camera module 2280 may include a lens assembly including one or more lenses, image sensors, image signal processors, and/or flashes. The lens assembly included in the camera module 2280 may collect light emitted from a subject, which is an image capturing object, and the lens assembly may include any one of the light modulators according to the above-described embodiments.

전력 관리 모듈(2288)은 전자 장치(2201)에 공급되는 전력을 관리할 수 있다. 전력 관리 모듈(2288)은, PMIC(Power Management Integrated Circuit)의 일부로서 구현될 수 있다.The power management module 2288 may manage power supplied to the electronic device 2201 . The power management module 2288 may be implemented as part of a Power Management Integrated Circuit (PMIC).

배터리(2289)는 전자 장치(2201)의 구성 요소에 전력을 공급할 수 있다. 배터리(2289)는, 재충전 불가능한 1차 전지, 재충전 가능한 2차 전지 및/또는 연료 전지를 포함할 수 있다.The battery 2289 may supply power to components of the electronic device 2201 . Battery 2289 may include a non-rechargeable primary cell, a rechargeable secondary cell, and/or a fuel cell.

통신 모듈(2290)은 전자 장치(2201)와 다른 전자 장치(전자 장치(2102), 전자 장치(2104), 서버(2108) 등)간의 직접(유선) 통신 채널 및/또는 무선 통신 채널의 수립, 및 수립된 통신 채널을 통한 통신 수행을 지원할 수 있다. 통신 모듈(2290)은 프로세서(2220)(어플리케이션 프로세서 등)와 독립적으로 운영되고, 직접 통신 및/또는 무선 통신을 지원하는 하나 이상의 커뮤니케이션 프로세서를 포함할 수 있다. 통신 모듈(2290)은 무선 통신 모듈(2292)(셀룰러 통신 모듈, 근거리 무선 통신 모듈, GNSS(Global Navigation Satellite System 등) 통신 모듈) 및/또는 유선 통신 모듈(2294)(LAN(Local Area Network) 통신 모듈, 전력선 통신 모듈 등)을 포함할 수 있다. 이들 통신 모듈 중 해당하는 통신 모듈은 제1 네트워크(2298)(블루투스, WiFi Direct 또는 IrDA(Infrared Data Association) 같은 근거리 통신 네트워크) 또는 제2 네트워크(2299)(셀룰러 네트워크, 인터넷, 또는 컴퓨터 네트워크(LAN, WAN 등)와 같은 원거리 통신 네트워크)를 통하여 다른 전자 장치와 통신할 수 있다. 이런 여러 종류의 통신 모듈들은 하나의 구성 요소(단일 칩 등)로 통합되거나, 또는 서로 별도의 복수의 구성 요소들(복수 칩들)로 구현될 수 있다. 무선 통신 모듈(2292)은 가입자 식별 모듈(2296)에 저장된 가입자 정보(국제 모바일 가입자 식별자(IMSI) 등)를 이용하여 제1 네트워크(2298) 및/또는 제2 네트워크(2299)와 같은 통신 네트워크 내에서 전자 장치(2201)를 확인 및 인증할 수 있다. Communication module 2290 establishes a direct (wired) communication channel and/or wireless communication channel between the electronic device 2201 and other electronic devices (electronic device 2102, electronic device 2104, server 2108, etc.); and performing communication through an established communication channel. The communication module 2290 may include one or more communication processors that operate independently of the processor 2220 (such as an application processor) and support direct communication and/or wireless communication. The communication module 2290 may include a wireless communication module 2292 (a cellular communication module, a short-range wireless communication module, a Global Navigation Satellite System (GNSS, etc.) communication module) and/or a wired communication module 2294 (Local Area Network (LAN) communication). module, power line communication module, etc.). Among these communication modules, the corresponding communication module may be a first network 2298 (a short-range communication network such as Bluetooth, WiFi Direct, or Infrared Data Association (IrDA)) or a second network 2299 (a cellular network, the Internet, or a computer network (LAN). , WAN, etc.) through a telecommunication network) and may communicate with other electronic devices. These various types of communication modules may be integrated into one component (single chip, etc.) or implemented as a plurality of components (plural chips) separate from each other. The wireless communication module 2292 may use subscriber information stored in the subscriber identification module 2296 (such as an International Mobile Subscriber Identifier (IMSI)) within a communication network, such as the first network 2298 and/or the second network 2299 . may identify and authenticate the electronic device 2201 .

안테나 모듈(2297)은 신호 및/또는 전력을 외부(다른 전자 장치 등)로 송신하거나 외부로부터 수신할 수 있다. 안테나는 기판(PCB 등) 위에 형성된 도전성 패턴으로 이루어진 방사체를 포함할 수 있다. 안테나 모듈(2297)은 하나 또는 복수의 안테나들을 포함할 수 있다. 복수의 안테나가 포함된 경우, 통신 모듈(2290)에 의해 복수의 안테나들 중에서 제1 네트워크(2298) 및/또는 제2 네트워크(2299)와 같은 통신 네트워크에서 사용되는 통신 방식에 적합한 안테나가 선택될 수 있다. 선택된 안테나를 통하여 통신 모듈(2290)과 다른 전자 장치 간에 신호 및/또는 전력이 송신되거나 수신될 수 있다. 안테나 외에 다른 부품(RFIC 등)이 안테나 모듈(2297)의 일부로 포함될 수 있다.The antenna module 2297 may transmit or receive signals and/or power to the outside (eg, other electronic devices). The antenna may include a radiator having a conductive pattern formed on a substrate (PCB, etc.). The antenna module 2297 may include one or a plurality of antennas. When a plurality of antennas are included, an antenna suitable for a communication method used in a communication network such as the first network 2298 and/or the second network 2299 is selected from among the plurality of antennas by the communication module 2290 . can Signals and/or power may be transmitted or received between the communication module 2290 and another electronic device through the selected antenna. In addition to the antenna, other components (such as RFIC) may be included as part of the antenna module 2297 .

구성요소들 중 일부는 주변 기기들간 통신 방식(버스, GPIO(General Purpose Input and Output), SPI(Serial Peripheral Interface), MIPI(Mobile Industry Processor Interface) 등)을 통해 서로 연결되고 신호(명령, 데이터 등)를 상호 교환할 수 있다.Some of the components are connected to each other through communication methods between peripheral devices (bus, GPIO (General Purpose Input and Output), SPI (Serial Peripheral Interface), MIPI (Mobile Industry Processor Interface), etc.) and signals (commands, data, etc.) ) are interchangeable.

명령 또는 데이터는 제2 네트워크(2299)에 연결된 서버(2108)를 통해서 전자 장치(2201)와 외부의 전자 장치(2204)간에 송신 또는 수신될 수 있다. 다른 전자 장치들(2202, 2204)은 전자 장치(2201)와 동일한 또는 다른 종류의 장치일 수 있다. 전자 장치(2201)에서 실행되는 동작들의 전부 또는 일부는 다른 전자 장치들(2202, 2204, 2208) 중 하나 이상의 장치들에서 실행될 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(2201)가 어떤 기능이나 서비스를 수행해야 할 때, 기능 또는 서비스를 자체적으로 실행시키는 대신에 하나 이상의 다른 전자 장치들에게 그 기능 또는 그 서비스의 일부 또는 전체를 수행하라고 요청할 수 있다. 요청을 수신한 하나 이상의 다른 전자 장치들은 요청과 관련된 추가 기능 또는 서비스를 실행하고, 그 실행의 결과를 전자 장치(2201)로 전달할 수 있다. 이를 위하여, 클라우드 컴퓨팅, 분산 컴퓨팅, 및/또는 클라이언트-서버 컴퓨팅 기술이 이용될 수 있다.The command or data may be transmitted or received between the electronic device 2201 and the external electronic device 2204 through the server 2108 connected to the second network 2299 . The other electronic devices 2202 and 2204 may be the same or different types of devices as the electronic device 2201 . All or some of the operations executed in the electronic device 2201 may be executed in one or more of the other electronic devices 2202 , 2204 , and 2208 . For example, when the electronic device 2201 needs to perform a function or service, it requests one or more other electronic devices to perform part or all of the function or service instead of executing the function or service itself. can One or more other electronic devices receiving the request may execute an additional function or service related to the request, and transmit a result of the execution to the electronic device 2201 . To this end, cloud computing, distributed computing, and/or client-server computing technologies may be used.

도 14은 도 13의 전자 장치에 구비되는 카메라 모듈의 개략적인 구성을 예시적으로 보이는 블록도이다.14 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a camera module included in the electronic device of FIG. 13 .

도 14을 참조하면, 카메라 모듈(2280)은 렌즈 어셈블리(2310), 플래쉬(2320), 이미지 센서(2330), 이미지 스태빌라이저(2340), 메모리(2350)(버퍼 메모리 등), 및/또는 이미지 시그널 프로세서(2360)를 포함할 수 있다. 렌즈 어셈블리(2310)는 이미지 촬영의 대상인 피사체로부터 방출되는 빛을 수집할 수 있으며, 전술한 광 변조기중 어느 하나가 포함될 수 있다. 렌즈 어셈블리(2310)는 하나 이상의 굴절 렌즈와 광 변조기를 포함할 수 있다. 이에 구비되는 광 변조기는 소정의 위상 프로파일을 가지며 보상구조물을 구비하여 위상 불연속성이 감소하는 렌즈로 설계될 수 있다. 이러한 광 변조기를 구비하는 렌즈 어셈블리(2310)는 원하는 광학 성능을 구현하며 짧은 광학 전장을 가질 수 있다. Referring to FIG. 14 , the camera module 2280 includes a lens assembly 2310 , a flash 2320 , an image sensor 2330 , an image stabilizer 2340 , a memory 2350 (buffer memory, etc.), and/or an image signal A processor 2360 may be included. The lens assembly 2310 may collect light emitted from a subject, which is an image capturing object, and may include any one of the above-described light modulators. The lens assembly 2310 may include one or more refractive lenses and a light modulator. The optical modulator provided therein may be designed as a lens having a predetermined phase profile and a compensation structure to reduce phase discontinuity. The lens assembly 2310 having such a light modulator realizes desired optical performance and may have a short optical length.

카메라 모듈(2280)은 이외에도, 액츄에이터를 더 구비할 수 있다. 액츄에이터는 예를 들어, 주밍(zooming) 및/또는 오토포커스(AF)를 위해 렌즈 어셈블리(2310)를 구성하는 렌즈 요소들의 위치를 구동하고 렌즈 요소들간 이격 거리를 조절할 수 있다. The camera module 2280 may further include an actuator. The actuator may drive a position of lens elements constituting the lens assembly 2310 for zooming and/or autofocus (AF) and may adjust a separation distance between the lens elements, for example.

카메라 모듈(2280)은 복수의 렌즈 어셈블리(2310)들을 포함할 수도 있으며, 이런 경우, 카메라 모듈(2280)은, 듀얼 카메라, 360도 카메라, 또는 구형 카메라(Spherical Camera)가 될 수 있다. 복수의 렌즈 어셈블리(2310)들 중 일부는 동일한 렌즈 속성(화각, 초점 거리, 자동 초점, F 넘버(F Number), 광학 줌 등)을 갖거나, 또는 다른 렌즈 속성들을 가질 수 있다. 렌즈 어셈블리(2310)는, 광각 렌즈 또는 망원 렌즈를 포함할 수 있다. The camera module 2280 may include a plurality of lens assemblies 2310 . In this case, the camera module 2280 may be a dual camera, a 360 degree camera, or a spherical camera. Some of the plurality of lens assemblies 2310 may have the same lens property (angle of view, focal length, auto focus, F number, optical zoom, etc.) or may have different lens properties. The lens assembly 2310 may include a wide-angle lens or a telephoto lens.

플래쉬(2320)는 피사체로부터 방출 또는 반사되는 빛을 강화하기 위하여 사용되는 빛을 방출할 수 있다. 플래쉬(2320)는 하나 이상의 발광 다이오드들(RGB(Red-Green-Blue) LED, White LED, Infrared LED, Ultraviolet LED 등), 및/또는 Xenon Lamp를 포함할 수 있다. 이미지 센서(2330)는 피사체로부터 방출 또는 반사되어 렌즈 어셈블리(2310)를 통해 전달된 빛을 전기적인 신호로 변환함으로써, 피사체에 대응하는 이미지를 획득할 수 있다. 이미지 센서(2330)는, RGB 센서, BW(Black and White) 센서, IR 센서, 또는 UV 센서와 같이 속성이 다른 이미지 센서들 중 선택된 하나 또는 복수의 센서들을 포함할 수 있다. 이미지 센서(2330)에 포함된 각각의 센서들은, CCD(Charged Coupled Device) 센서 및/또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서로 구현될 수 있다.The flash 2320 may emit light used to enhance light emitted or reflected from the subject. The flash 2320 may include one or more light emitting diodes (RGB (Red-Green-Blue) LED, White LED, Infrared LED, Ultraviolet LED, etc.), and/or a Xenon Lamp. The image sensor 2330 may acquire an image corresponding to the subject by converting light emitted or reflected from the subject and transmitted through the lens assembly 2310 into an electrical signal. The image sensor 2330 may include one or a plurality of sensors selected from image sensors having different properties, such as an RGB sensor, a black and white (BW) sensor, an IR sensor, or a UV sensor. Each of the sensors included in the image sensor 2330 may be implemented as a CCD (Charged Coupled Device) sensor and/or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) sensor.

이미지 스태빌라이저(2340)는 카메라 모듈(2280) 또는 이를 포함하는 전자 장치(2301)의 움직임에 반응하여, 렌즈 어셈블리(2310)에 포함된 하나 또는 복수개의 렌즈 또는 이미지 센서(2330)를 특정한 방향으로 움직이거나 이미지 센서(2330)의 동작 특성을 제어(리드 아웃(Read-Out) 타이밍의 조정 등)하여 움직임에 의한 부정적인 영향이 보상되도록 할 수 있다. 이미지 스태빌라이저(2340)는 카메라 모듈(2280)의 내부 또는 외부에 배치된 자이로 센서(미도시) 또는 가속도 센서(미도시)를 이용하여 카메라 모듈(2280) 또는 전자 장치(2301)의 움직임을 감지할 수 있다. 이미지 스태빌라이저(2340)는, 광학식으로 구현될 수도 있다. In response to the movement of the camera module 2280 or the electronic device 2301 including the same, the image stabilizer 2340 moves one or a plurality of lenses or image sensors 2330 included in the lens assembly 2310 in a specific direction. Alternatively, the negative influence due to movement may be compensated for by controlling the operating characteristics of the image sensor 2330 (eg, adjusting the read-out timing). The image stabilizer 2340 detects the movement of the camera module 2280 or the electronic device 2301 using a gyro sensor (not shown) or an acceleration sensor (not shown) disposed inside or outside the camera module 2280. can The image stabilizer 2340 may be implemented optically.

메모리(2350)는 이미지 센서(2330)을 통하여 획득된 이미지의 일부 또는 전체 데이터가 다음 이미지 처리 작업을 위하여 저장할 수 있다. 예를 들어, 복수의 이미지들이 고속으로 획득되는 경우, 획득된 원본 데이터(Bayer-Patterned 데이터, 고해상도 데이터 등)는 메모리(2350)에 저장하고, 저해상도 이미지만을 디스플레이 해준 후, 선택된(사용자 선택 등) 이미지의 원본 데이터가 이미지 시그널 프로세서(2360)로 전달되도록 하는데 사용될 수 있다. 메모리(2350)는 전자 장치(2201)의 메모리(2230)로 통합되어 있거나, 또는 독립적으로 운영되는 별도의 메모리로 구성될 수 있다.The memory 2350 may store some or all data of an image acquired through the image sensor 2330 for a next image processing operation. For example, when a plurality of images are acquired at high speed, the acquired original data (Bayer-Patterned data, high-resolution data, etc.) is stored in the memory 2350, only the low-resolution image is displayed, and then selected (user selection, etc.) It may be used to cause the original data of the image to be transmitted to the image signal processor 2360 . The memory 2350 may be integrated into the memory 2230 of the electronic device 2201 or may be configured as a separate memory operated independently.

이미지 시그널 프로세서(2360)는 이미지 센서(2330)을 통하여 획득된 이미지 또는 메모리(2350)에 저장된 이미지 데이터에 대하여 하나 이상의 이미지 처리들을 수행할 수 있다. 하나 이상의 이미지 처리들은, 깊이 지도(Depth Map) 생성, 3차원 모델링, 파노라마 생성, 특징점 추출, 이미지 합성, 및/또는 이미지 보상(노이즈 감소, 해상도 조정, 밝기 조정, 블러링(Blurring), 샤프닝(Sharpening), 소프트닝(Softening) 등)을 포함할 수 있다. 이미지 시그널 프로세서(2360)는 카메라 모듈(2280)에 포함된 구성 요소들(이미지 센서(2330) 등)에 대한 제어(노출 시간 제어, 또는 리드 아웃 타이밍 제어 등)를 수행할 수 있다. 이미지 시그널 프로세서(2360)에 의해 처리된 이미지는 추가 처리를 위하여 메모리(2350)에 다시 저장 되거나 카메라 모듈(2280)의 외부 구성 요소(메모리(2230), 표시 장치(2260), 전자 장치(2202), 전자 장치(2204), 서버(2208) 등)로 제공될 수 있다. 이미지 시그널 프로세서(2360)는 프로세서(2220)에 통합되거나, 프로세서(2220)와 독립적으로 운영되는 별도의 프로세서로 구성될 수 있다. 이미지 시그널 프로세서(2360)가 프로세서(2220)와 별도의 프로세서로 구성된 경우, 이미지 시그널 프로세서(2360)에 의해 처리된 이미지는 프로세서(2220)에 의하여 추가의 이미지 처리를 거친 후 표시 장치(2260)를 통해 표시될 수 있다.The image signal processor 2360 may perform one or more image processing on an image acquired through the image sensor 2330 or image data stored in the memory 2350 . One or more image processing may be performed by generating a depth map, 3D modeling, creating a panorama, extracting feature points, synthesizing an image, and/or compensating an image (noise reduction, resolution adjustment, brightness adjustment, blurring), sharpening ( sharpening), softening (Softening, etc.) may be included. The image signal processor 2360 may perform control (exposure time control, readout timing control, etc.) on components (such as the image sensor 2330 ) included in the camera module 2280 . The image processed by the image signal processor 2360 is stored back in the memory 2350 for further processing or external components of the camera module 2280 (memory 2230, display device 2260, electronic device 2202) , the electronic device 2204 , the server 2208 , etc.). The image signal processor 2360 may be integrated into the processor 2220 or configured as a separate processor operated independently of the processor 2220 . When the image signal processor 2360 is configured as a processor 2220 and a separate processor, the image processed by the image signal processor 2360 is subjected to additional image processing by the processor 2220 and then displayed on the display device 2260 . can be displayed through

전자 장치(2201)는 각각 다른 속성 또는 기능을 가진 복수의 카메라 모듈(2280)들을 포함할 수 있다. 이런 경우, 복수의 카메라 모듈(2280)들 중 하나는 광각 카메라이고, 다른 하나는 망원 카메라일 수 있다. 유사하게, 복수의 카메라 모듈(2280)들 중 하나는 전면 카메라이고, 다른 하나는 후면 카메라일 수 있다.The electronic device 2201 may include a plurality of camera modules 2280 each having different properties or functions. In this case, one of the plurality of camera modules 2280 may be a wide-angle camera, and the other may be a telephoto camera. Similarly, one of the plurality of camera modules 2280 may be a front camera and the other may be a rear camera.

도 15은 도 13의 전자 장치에 구비되는 3D 센서의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.15 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a 3D sensor provided in the electronic device of FIG. 13 .

3D 센서(2214)는 대상체에 소정의 광을 조사하고 대상체에서 반사된 광을 수신, 분석하여 대상체의 형상, 움직임 등을 센싱하는 것이다. 3D 센서(2214)는 광원(2420), 광 변조기(2410), 광 검출부(2430), 신호처리부(2440) 메모리(2450)를 포함한다. 광 변조기(2410)로는 전술한 실시예들에 따른 광 변조기들 중 어느 하나가 채용될 수 있고, 빔 디플렉터 또는 빔 쉐이퍼로 기능하도록 타겟 위상 지연 프로파일이 설정될 수 있다. The 3D sensor 2214 senses the shape, movement, etc. of the object by irradiating a predetermined light to the object and receiving and analyzing the light reflected from the object. The 3D sensor 2214 includes a light source 2420 , a light modulator 2410 , a light detector 2430 , a signal processor 2440 , and a memory 2450 . Any one of the light modulators according to the above-described embodiments may be employed as the light modulator 2410 , and a target phase delay profile may be set to function as a beam deflector or a beam shaper.

광원(2420)는 대상체의 형상이나 위치 분석에 사용할 광을 조사한다. 광원(2420)는 소장 파장의 광을 생성, 조사하는 광원을 포함할 수 있다. 광원(2420)는 대상체의 위치, 형상 분석에 적합한 파장 대역의 광, 예를 들어, 적외선 대역 파장의 광을 생성 조사하는 LD(laser diode), LED(light emitting diode), SLD(super luminescent diode)등의 광원을 포함할 수 있다. 광원(2420)은 파장 가변의 레이저 다이오드일 수 있다. 광원(2420)는 복수의 서로 다른 파장 대역의 광을 생성 조사할 수도 있다. 광원(2420)는 펄스광 또는 연속광을 생성 조사할 수 있다.The light source 2420 irradiates light to be used to analyze the shape or position of the object. The light source 2420 may include a light source that generates and irradiates light of a small wavelength. The light source 2420 is a laser diode (LD), light emitting diode (LED), or super luminescent diode (SLD) that generates and irradiates light of a wavelength band suitable for analyzing the position and shape of an object, for example, light of an infrared band wavelength. It may include a light source, such as. The light source 2420 may be a tunable laser diode. The light source 2420 may generate and irradiate light of a plurality of different wavelength bands. The light source 2420 may generate and irradiate pulsed light or continuous light.

광 변조기(2410)는 광원(2420)에서 조사한 광을 변조하여 대상체로 전달한다. 광 변조기(2410)가 빔 디플렉터인 경우, 광 변조기(2410)는 입사광을 소정 방향으로 편향시켜 대상체를 향하게 할 수 있다. 광 변조기(2410)가 빔 쉐이퍼인 경우, 광 변조기(2410)는 입사광이 소정 패턴을 가지는 분포를 갖도록 입사광을 변조한다. 광 변조기(2410)는 3차원 형상 분석에 적합한 구조광(structured light)을 형성할 수도 있다.The light modulator 2410 modulates the light irradiated from the light source 2420 and transmits the modulated light to the object. When the light modulator 2410 is a beam deflector, the light modulator 2410 may deflect incident light in a predetermined direction to direct it toward the object. When the light modulator 2410 is a beam shaper, the light modulator 2410 modulates the incident light so that the incident light has a distribution having a predetermined pattern. The light modulator 2410 may form structured light suitable for 3D shape analysis.

광 변조기(2410)는 전술한 바와 같이, 위상 지연 분산(∂φ/∂λ)을 0 또는 양수, 음수로 설정하고, 연속적인 위상 지연 프로파일을 구현할 수 있다. 따라서, 파장에 따른 편차가 없는(achromatic) 광 변조를 수행할 수 있다. 또는 반대로, 파장에 따른 편차가 강화되게 하여, 파장별로 편향 방향을 달리하거나, 파장별로 다른 빔 패턴을 형성하여 대상체에 조사할 수도 있다. As described above, the optical modulator 2410 may set the phase delay dispersion (∂φ/∂λ) to 0 or a positive or negative number, and implement a continuous phase delay profile. Accordingly, it is possible to perform achromatic light modulation according to wavelength. Or, conversely, the deviation according to the wavelength may be strengthened, so that the deflection direction may be changed for each wavelength, or a different beam pattern may be formed for each wavelength and irradiated to the object.

광검출부(2430)는 광 변조기(2410)를 경유하여 대상체에 조사된 광의 반사광을 수신한다. 광검출부(24430)는 광을 센싱하는 복수의 센서들의 어레이를 포함할 수 있고 또는 하나의 센서만으로 이루어질 수도 있다. The photodetector 2430 receives the reflected light of the light irradiated to the object via the light modulator 2410 . The photodetector 24430 may include an array of a plurality of sensors for sensing light, or may consist of only one sensor.

신호처리부(2440)는 광검출부(2430)에서 센싱된 신호를 처리하여 대상체의 형상 등을 분석할 수 있다. 신호처리부(2440)는 대상체의 깊이 위치를 포함하는 3차원 형상을 분석할 수 있다. The signal processing unit 2440 may process the signal sensed by the photodetector 2430 to analyze the shape of the object. The signal processing unit 2440 may analyze a 3D shape including the depth position of the object.

3차원 형상 분석을 위해, 광 비행 시간(Time of Flight) 측정을 위한 연산이 수행될 수 있다. 광비행시간 측정을 위해 다양한 연산법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 직접 시간 측정 방법은 대상체에 펄스광을 투사하고 피사체에 반사되어 광이 돌아오는 시간을 타이머로 측정하여 거리를 구한다. 상관법(correlation)은 펄스광을 대상체에 투사하고 대상체로부터 반사되어 돌아오는 반사광의 밝기로부터 거리를 측정한다. 위상지연 측정 방법은 사인파와 같은 연속파(continuous wave) 광을 대상체에 투사하고 반사되어 돌아오는 반사광의 위상차를 감지하여 거리로 환산하는 방법이다. For the 3D shape analysis, an operation for measuring the optical time of flight may be performed. Various arithmetic methods can be used to measure the optical flight time. For example, in the direct time measurement method, a distance is obtained by projecting pulsed light onto an object and measuring the time it takes for the light to return after being reflected by the object with a timer. In the correlation method, a pulsed light is projected onto an object, and a distance is measured from the brightness of the reflected light reflected from the object. The phase delay measurement method is a method of projecting continuous wave light, such as a sine wave, onto an object, detecting the phase difference of the reflected light and converting it into a distance.

대상체에 구조광이 조사된 경우, 대상체에서 반사된 구조광의 패턴 변화, 즉, 입사된 구조광 패턴과 비교한 결과로부터 대상체의 깊이 위치를 연산할 수 있다. 대상체에서 반사된 구조광의 좌표별 패턴 변화를 추적하여 대상체의 깊이 정보를 추출할 수 있고, 이로부터 대상체의 형상, 움직임과 관련된 3차원 정보를 추출할 수 있다. When the structured light is irradiated to the object, the depth position of the object may be calculated from a change in the pattern of the structured light reflected from the object, that is, a result of comparison with the incident structured light pattern. Depth information of the object may be extracted by tracking the pattern change for each coordinate of structured light reflected from the object, and 3D information related to the shape and movement of the object may be extracted therefrom.

메모리(2450)에는 신호처리부(2440)의 연산에 필요한 프로그램 및 기타 데이터들이 저장될 수 있다. The memory 2450 may store programs and other data necessary for the operation of the signal processing unit 2440 .

신호처리부(2440)에서의 연산 결과, 즉, 대상체의 형상, 위치에 대한 정보는 전자 장치(2200)내의 다른 유닛으로 또는 다른 전자 장치로 전송될 수 있다. 예를 들어, 메모리(2230)에 저장된 어플리케이션(2246)에서 이러한 정보가 사용될 수 있다. 결과가 전송되는 다른 전자 장치는 결과를 출력하는 디스플레이 장치나 프린터일 수도 있다. 이외에도, 무인자동차, 자율주행차, 로봇, 드론 등과 같은 자율 구동 기기, 스마트 폰(smart phone), 스마트 워치(smart watch), 휴대폰, PDA(personal digital assistant), 랩톱(laptop), PC, 다양한 웨어러블(wearable) 기기, 기타 모바일 또는 비모바일 컴퓨팅 장치 및 사물 인터넷 기기일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.The operation result of the signal processing unit 2440 , that is, information on the shape and position of the object may be transmitted to another unit in the electronic device 2200 or to another electronic device. For example, this information may be used by the application 2246 stored in the memory 2230 . Another electronic device to which the result is transmitted may be a display device or a printer that outputs the result. In addition, autonomous driving devices such as unmanned vehicles, autonomous vehicles, robots, drones, etc., smart phones, smart watches, mobile phones, personal digital assistants, laptops, PCs, and various wearable devices (wearable) devices, other mobile or non-mobile computing devices, and Internet of Things devices.

도 16는 다른 실시예에 따른 전자 장치의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.16 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an electronic device according to another exemplary embodiment.

도 16의 전자 장치(3000)는 안경형 증강 현실(Augmented Reality, AR) 장치일 수 있다. 전자 장치(3000)는 디스플레이 엔진(3400), 프로세서(3300), 시선 추적 센서(3100), 인터페이스(3500), 및 메모리(3220)를 포함한다. The electronic device 3000 of FIG. 16 may be an augmented reality (AR) device. The electronic device 3000 includes a display engine 3400 , a processor 3300 , an eye tracking sensor 3100 , an interface 3500 , and a memory 3220 .

프로세서(3300)는 운영체제 또는 응용 프로그램을 구동하여 디스플레이 엔진(3400)을 포함한 증강 현실 장치의 전반적인 동작을 제어할 수 있고, 영상 데이터를 포함한 각종 데이터 처리 및 연산을 수행할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(3300)는 양안 시차를 갖도록 랜더링된 좌안 가상 이미지와 우안 가상 이미지를 포함하는 영상 데이터를 처리할 수 있다. The processor 3300 may control the overall operation of the augmented reality device including the display engine 3400 by driving an operating system or an application program, and may perform various data processing and operations including image data. For example, the processor 3300 may process image data including a left-eye virtual image and a right-eye virtual image rendered to have binocular disparity.

인터페이스(3500)는 외부로부터 데이터나 조작명령이 입출력되는 것으로서, 예를 들어 사용자가 조작 가능한 터치 패드, 컨트롤러, 조작 버튼 등과 같은 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다. 인터페이스(3500)는 USB 모듈과 같은 유선통신 모듈이나, 블루투스와 같은 무선통신 모듈을 포함하고 이들을 통해 외부 기기에 포함된 인터페이스로부터 전달되는 사용자의 조작 정보나 가상 이미지의 데이터를 수신할 수도 있다.The interface 3500 is an input/output of data or operation commands from the outside, and may include, for example, a user interface such as a touch pad, a controller, and an operation button that can be operated by a user. The interface 3500 may include a wired communication module such as a USB module or a wireless communication module such as Bluetooth, and may receive user manipulation information or virtual image data transmitted from an interface included in an external device through these.

메모리(3200)는 휘발성 메모리나 비휘발성 메모리와 같은 내장 메모리를 포함할 수 있다. 메모리(3200)는 프로세서(3300)의 제어에 의해 증강 현실 장치를 구동하고 제어하는 다양한 데이터, 프로그램 또는 어플리케이션과, 입력/출력되는 신호 또는 가상 이미지의 데이터를 저장할 수 있다.The memory 3200 may include an internal memory such as a volatile memory or a non-volatile memory. The memory 3200 may store various data, programs, or applications for driving and controlling the augmented reality device under the control of the processor 3300 , and data of input/output signals or virtual images.

디스플레이 엔진(3400)은 프로세서(3300)에서 생성되는 영상 데이터를 전달받아 가상 이미지의 광을 생성하도록 구성된 것으로서, 좌안 광학 엔진(3410), 우안 광학 엔진(3420)을 포함한다. 좌안 광학 엔진(3410), 우안 광학 엔진(3420) 각각은 광을 출력하는 광원과 광원으로부터 출력되는 광을 이용하여 가상 이미지를 형성하는 디스플레이 패널로 구성되며 소형 프로젝터와 같은 기능을 가진다. 광원은 예를 들어 LED로 구현 가능하며, 디스플레이 패널은 예를 들어 LCoS (Liquid Crystal on Silicon)로 구현 가능하다.The display engine 3400 is configured to receive image data generated by the processor 3300 to generate light of a virtual image, and includes a left eye optical engine 3410 and a right eye optical engine 3420 . Each of the left eye optical engine 3410 and the right eye optical engine 3420 includes a light source that outputs light and a display panel that forms a virtual image using the light output from the light source, and has a function like a small projector. The light source may be implemented as, for example, an LED, and the display panel may be implemented as, for example, LCoS (Liquid Crystal on Silicon).

시선 추적 센서(3100)는 증강 현실 장치를 착용한 사용자의 동공이 추적 가능한 위치에 장착되어, 사용자의 시선 정보에 대응되는 신호를 프로세서(3100)에 전송할 수 있다. 이와 같은 시선 추적 센서(3100)는 사용자 눈이 향하는 시선 방향, 사용자 눈의 동공 위치 또는 동공의 중심점 좌표 등 시선 정보를 검출할 수 있다. 프로세서(3300)는 시선 추적 센서(3100)에서 검출된 사용자의 시선 정보에 기초하여, 안구 움직임(eye movement) 형태를 판단할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(3300)는 시선 추적 센서로부터 획득된 시선 정보에 기초하여, 어느 한 곳을 주시하는 고정(fixation), 움직이는 객체를 쫓는 추적(pursuit), 한 응시 지점에서 다른 응시 지점으로 신속하게 시선이 이동하는 도약(saccade) 등을 포함한 다양한 형태의 시선 움직임을 판단할 수 있다.The eye tracking sensor 3100 may be mounted at a position where the pupil of the user wearing the augmented reality device can be tracked, and may transmit a signal corresponding to the user's gaze information to the processor 3100 . Such a gaze tracking sensor 3100 may detect gaze information such as a gaze direction toward which the user's eyes are directed, a pupil position of the user's eyes, or coordinates of a central point of the pupil. The processor 3300 may determine an eye movement type based on the user's gaze information detected by the gaze tracking sensor 3100 . For example, the processor 3300 may perform a fixation of gazing at a certain place, a pursuit of chasing a moving object, and a rapid movement from one gaze point to another based on gaze information obtained from the gaze tracking sensor. It is possible to determine various types of gaze movements, including a saccade in which the gaze moves.

도 17은 도 16의 전자 장치에 구비되는 시선 추적 센서의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다. 17 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a gaze tracking sensor provided in the electronic device of FIG. 16 .

시선 추적 센서(3100)는 조명 광학부(3110), 검출 광학부(3120), 신호처리부(3150), 메모리(3160)를 포함한다. 조명 광학부(3110)는 대상체(사용자의 눈) 위치에 광, 예를 들어, 적외선 광을 조사하는 광원을 포함할 수 있다. 검출 광학부(3150)는 반사된 광을 검출하는 것으로, 메타 렌즈(3130), 센서부(3140)를 포함할 수 있다. 신호처리부(3150)는 검출 광학부(3120)에서 센싱한 결과로부터 사용자 눈의 동공 위치 등을 연산한다.The eye tracking sensor 3100 includes an illumination optical unit 3110 , a detection optical unit 3120 , a signal processing unit 3150 , and a memory 3160 . The illumination optical unit 3110 may include a light source that irradiates light, for example, infrared light, to the position of the object (user's eye). The detection optical unit 3150 detects the reflected light, and may include a meta lens 3130 and a sensor unit 3140 . The signal processing unit 3150 calculates the pupil position of the user's eye from the result sensed by the detection optical unit 3120 .

메타 렌즈(3130)로는 전술한 실시예들에 따른 광 변조기들 중의 어느 하나 또는 조합, 변형된 예가 사용될 수 있다. 메타 렌즈(3130)는 대상체로부터의 광을 센서부(3140)에 집광할 수 있다. 사용자의 눈에 매우 가깝게 위치하게 되는 시선 추적 센서(3100)에서 센서부(3140)에 입사하는 광의 입사각은 예를 들어, 30도 이상, 또는 그 이상으로 클 수 있다. 메타 렌즈(3130)는 보상 영역을 구비한 구조를 가지며 입사각이 큰 광에 대해서도 효율 저하가 감소한다. 따라서, 시선 추적의 정확성이 높아질 수 있다. As the meta lens 3130, any one, combination, or modified example of the light modulators according to the above-described embodiments may be used. The meta lens 3130 may focus the light from the object on the sensor unit 3140 . An incident angle of light incident on the sensor unit 3140 from the eye tracking sensor 3100 positioned very close to the user's eye may be, for example, 30 degrees or more, or more. The meta lens 3130 has a structure having a compensation area, and the efficiency degradation is reduced even for light having a large incident angle. Accordingly, the accuracy of eye tracking may be increased.

안경형 장치는, 증강 현실(AR)뿐만 아니라 안경형 가상 현실(Virtual Reality, VR) 장치로도 사용되어, 장치로부터 제공되는 가상 현실 이미지(VR image)에 대한 사용자의 시선을 추적도 가능할 수 있다.The glasses-type device may be used not only as an augmented reality (AR) but also as a glasses-type virtual reality (VR) device, so that it may be possible to track a user's gaze on a VR image provided from the device.

상술한 광 변조기 및 이를 포함하는 전자 장치는 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 명세서의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다. Although the above-described light modulator and electronic device including the same have been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and various modifications and equivalent other embodiments are possible by those skilled in the art. will understand that Therefore, the disclosed embodiments are to be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present specification is indicated in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope equivalent thereto should be construed as included.

10: 광 변조기 100: 메타 유닛
110: 금속 층 120: 유전체 층
130: 안테나 140: 전극
50: 차량 51: 라이다 장치
60: 피사체 61: 가까운 피사체
62: 멀리 있는 피사체10: light modulator 100: meta unit
110: metal layer 120: dielectric layer
130: antenna 140: electrode
50: vehicle 51: lidar device
60: Subject 61: Close subject
62: distant subject

Claims

기판; 및
상기 기판 상에서 이격 배치된 복수의 메타 유닛;을 포함하고,
상기 복수의 메타 유닛 중 적어도 하나는,
상기 기판 상에 배치되는 금속 층;
상기 금속 층의 상부 및 측면을 감싸는 유전체 층; 및
상기 유전체 층 상부에 배치되며, 상변이물질을 포함하는 안테나;를 포함하고,
상기 금속 층에 인가되는 전압에 따라 상기 안테나에 포함된 상기 상변이물질의 굴절률이 변하여 입사된 광을 변조시키는 광변조기. Board; and
Including; a plurality of meta-units spaced apart on the substrate;
At least one of the plurality of meta units,
a metal layer disposed on the substrate;
a dielectric layer surrounding the top and sides of the metal layer; and
an antenna disposed on the dielectric layer and including a phase change material; and
An optical modulator for modulating incident light by changing a refractive index of the phase change material included in the antenna according to a voltage applied to the metal layer.

제1항에 있어서,
상기 복수의 메타 유닛은 이웃하는 제1 메타 유닛과 제2 메타 유닛을 포함하고,
상기 제1 메타 유닛의 금속 층 및 안테나 각각은 상기 제2 메타 유닛의 금속 층 및 안테나와 이격 배치되고,
상기 제1 메타 유닛의 유전체 층과 상기 제2 메타 유닛의 유전체 층은 서로 연결되어 있는 광 변조기.According to claim 1,
The plurality of meta-units include a first meta-unit and a second meta-unit that are adjacent to each other,
Each of the metal layer and the antenna of the first meta unit is spaced apart from the metal layer and the antenna of the second meta unit,
The dielectric layer of the first meta unit and the dielectric layer of the second meta unit are connected to each other.

제1항에 있어서,
상기 상변이물질의 정질 상태의 굴절률의 실수부와 비정질 상태의 굴절률의 실수부 차이는 1 이상인 광 변조기.According to claim 1,
The difference between the real part of the refractive index of the crystalline state of the phase change material and the real part of the refractive index of the amorphous state is 1 or more.

제1항에 있어서,
상기 상변이물질은 적외선 파장 영역에서 굴절률의 허수부가 3 이하인 광 변조기.According to claim 1,
The phase change material is an optical modulator having an imaginary part of a refractive index of 3 or less in an infrared wavelength region.

제1항에 있어서,
상기 상변이물질은
게르마늄(Germanium, Ge), 안티몬(Antimony, Sb) 및 텔루르(Tellurium, Te)를 포함하는 광 변조기.According to claim 1,
The phase change material is
A light modulator comprising germanium (Ge), antimony (Sb) and tellurium (Te).

제5항에 있어서,
상기 상변이물질은,
Ge₂Sb₂Te₅ 및 Ge₃Sb₂Te₆ 중 적어도 하나를 포함하는 광 변조기.6. The method of claim 5,
The phase change material is
A light modulator comprising at least one of Ge ₂ Sb ₂ Te ₅ and Ge ₃ Sb ₂ Te ₆ .

제1항에 있어서,
상기 메타 유닛에 입사된 광은 상기 안테나와 상기 금속 층 사이에서 표면 플라즈몬 공진(Surface Plasmon Resonance)하는 광 변조기.According to claim 1,
The light incident on the meta unit is a light modulator for surface plasmon resonance (Surface Plasmon Resonance) between the antenna and the metal layer.

제7항에 있어서,
상기 안테나는
입사된 광에 대해 패브리-페로 공진(Fabry-Perot resonance) 조건에 부합되는 폭을 가지는 광 변조기.8. The method of claim 7,
the antenna is
A light modulator having a width that meets the Fabry-Perot resonance condition for incident light.

제1항에 있어서,
상기 안테나의 폭은 입사된 광의 파장보다 작은 광 변조기.According to claim 1,
The width of the antenna is smaller than the wavelength of the incident light.

제1항에 있어서,
상기 금속 층에 인가되는 전압에 따라 상기 금속 층의 온도가 변하고, 상기 금속 층의 온도 변화에 대응하여 상기 안테나의 온도가 변하는 광 변조기.According to claim 1,
The temperature of the metal layer is changed according to a voltage applied to the metal layer, and the temperature of the antenna is changed in response to the temperature change of the metal layer.

제10항에 있어서,
상기 안테나는,
상기 안테나 전체 영역에서 최대 온도와 최소 온도의 차가 100℃미만이 되는 두께를 갖는 광 변조기.11. The method of claim 10,
The antenna is
An optical modulator having a thickness such that a difference between a maximum temperature and a minimum temperature in the entire area of the antenna is less than 100°C.

제10항에 있어서, 상기 안테나의 두께는 10 내지 200 nm 인 광 변조기.The light modulator according to claim 10, wherein the antenna has a thickness of 10 to 200 nm.

제12항에 있어서,
상기 안테나는,
상기 안테나 영역의 평균 온도와 상기 금속 층 영역의 평균 온도의 차가 100℃ 미만이 되도록 두께를 갖는 광 변조기.13. The method of claim 12,
The antenna is
A light modulator having a thickness such that a difference between an average temperature of the antenna region and an average temperature of the metal layer region is less than 100°C.

제10항에 있어서,
상기 유전체 층은,
상기 안테나 전체 영역에서 최대 온도와 최소 온도의 차가 100℃ 미만이 되도록 두께를 갖는 광 변조기.11. The method of claim 10,
The dielectric layer is
An optical modulator having a thickness such that a difference between a maximum temperature and a minimum temperature in the entire area of the antenna is less than 100°C.

제14항에 있어서, 상기 유전체 층의 두께는 3 내지 80 nm 인 광 변조기.15. The light modulator of claim 14, wherein the thickness of the dielectric layer is between 3 and 80 nm.

제10항에 있어서,
상기 광 변조기에서 반사된 광이 파면(wavefront)을 형성하여 특정 지점으로 조향되도록 상기 복수의 메타 유닛 각각에 전압이 인가되는 광 변조기.11. The method of claim 10,
A light modulator in which a voltage is applied to each of the plurality of meta units so that the light reflected from the light modulator forms a wavefront and steers to a specific point.

제10항에 있어서,
상기 광 변조기에서 반사된 광의 조향 방향은,
상기 복수의 메타 유닛의 변조 주기에 대응하여 변하는 광 변조기.11. The method of claim 10,
The steering direction of the light reflected from the light modulator is,
An optical modulator that changes in response to a modulation period of the plurality of meta-units.

제1항에 있어서,
상기 복수 개의 메타 유닛은,
1차원 또는 2차원으로 배열된 광 변조기.According to claim 1,
The plurality of meta units,
Light modulators arranged in one or two dimensions.

제1항 내지 제18항 중 어느 한 항의 광 변조기;를 포함하는 전자 장치.An electronic device comprising a; the light modulator of any one of claims 1 to 18.

제19항에 있어서,
상기 전자 장치는 라이다(LiDAR) 장치, 3차원 이미지 획득 장치, 홀로그래픽(holographic) 디스플레이 장치 및 구조광(structured light) 발생 장치, 휴대용 단말, 증강 현실 또는 가상 현실 안경(Augmented Reality Glasses)(Virtual Reality Glasses) 중 적어도 하나를 포함하는 전자 장치.
20. The method of claim 19,
The electronic device includes a LiDAR device, a three-dimensional image acquisition device, a holographic display device and a structured light generating device, a portable terminal, augmented reality or virtual reality glasses (Augmented Reality Glasses) (Virtual) Reality Glasses) an electronic device comprising at least one of.