波束扫描装置以及包括波束扫描装置的光学装置的制作方法

相关申请的相交引用

本申请要求于2018年11月8日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请no.10-2018-0136802的优先权，该申请的公开内容通过全文引用的方式并入本文中。

本公开的示例实施例涉及波束扫描装置以及包括波束扫描装置的光学装置，更具体地，涉及降低了操作所需的电压信息量的非机械波束扫描装置以及包括该非机械波束扫描装置的光学装置。

背景技术：

最近，具有各种功能的高级驾驶辅助系统(adas)已经商业化。例如，配备有诸如自适应巡航控制(acc)或者自动紧急制动系统(afb)系统之类的功能的车辆的数量增加，该自适应巡航控制(acc)识别另一车辆的位置和速度并且如果碰撞风险高则降低相应车辆的速度并且在没有碰撞风险时在设定的速度范围内驾驶相应车辆，该自动紧急制动系统(aeb)系统识别前方车辆并且如果存在碰撞风险但是驾驶员未对其进行响应或者如果响应方法不恰当则通过自动制动来防止碰撞。此外，预计在不久的将来会商业化允许自动驾驶的汽车。

因此，对能够提供与车辆周围环境有关的信息的光学测量装置的关注增加。例如，用于车辆的光检测和测距(lidar)将激光照射到车辆周围的选定区域，并检测反射的激光以提供与相对于车辆附近的对象的距离或对象的相对速度和方位有关的信息。为此，用于车辆的lidar包括能够在期望区域中用光进行扫描的波束扫描装置。波束扫描装置除了在用于汽车的lidar中使用之外，还可以在用于机器人的lidar、用于无人机的lidar、安全用途的入侵者监视系统、地铁屏障门障碍物检测系统、深度传感器、移动电话中的用户面部识别传感器、增强现实(ar)、tv或娱乐设备上的动作识别和对象轮廓分析(profiling)中使用。

波束扫描装置可以分为机械波束扫描装置和非机械波束扫描装置。例如，机械扫描装置使用旋转光源本身的方法、旋转对光进行反射的反射镜的方法、或者在垂直于光轴的方向上移动球面透镜的方法。非机械扫描装置使用例如使用半导体器件的方法和通过使用反射式相控阵电控制反射光的角度的方法。

技术实现要素：

根据示例实施例的一个方面，提供了一种波束扫描装置，包括：多个天线谐振器，在行方向和列方向上二维地设置；多个行电压线，被配置为在行方向上提供多个行驱动电压；多个列电压线，被配置为在列方向上提供多个列驱动电压；以及驱动电压转换电路，被配置为基于从所述多个行电压线中的每一个行电压线提供的行驱动电压以及从所述多个列电压线中的每一个列电压线提供的列驱动电压，控制被施加到所述多个天线谐振器中的每一个天线谐振器的驱动电压。

所述多个行电压线可以被配置为同时提供所述多个行驱动电压，并且所述多个列电压线被配置为同时提供所述多个列驱动电压。

所述行方向上的所述多个驱动电压中的每一个驱动电压和所述列方向上的所述多个驱动电压中的每一个驱动电压可以在0v和阈值电压之间的范围内，并且其中，所述阈值电压是所述多个天线谐振器中的每一个天线谐振器引起的反射光的相移最大时的电压。

所述行方向上由所述多个行电压线中的每一个行电压线提供的所述多个驱动电压中的每一个驱动电压可以具有锯齿状电压分布，所述锯齿状电压分布在所述行方向上以周期线性地变化。

所述多个行电压线可以包括：第一行电压线，提供在0v与所述阈值电压之间的第一电压；第二行电压线，提供在0v与所述阈值电压之间的第二电压；以及至少一个行电压线，设置在所述第一行电压线与所述第二行电压线之间，并且提供在所述第一电压与所述第二电压之间线性增大或减小的电压。

所述列方向上由所述多个列电压线中的每一个列电压线提供的所述多个驱动电压中的每一个驱动电压可以具有锯齿状电压分布，所述锯齿状电压分布在所述列方向上以周期线性地变化。

所述多个列电压线可以包括：第一列电压线，提供在0v与所述阈值电压之间的第三电压；第二列电压线，提供在0v与所述阈值电压之间的第四电压；以及至少一个列电压线，设置在所述第一列电压线与所述第二列电压线之间，并且提供在所述第三电压与所述第四电压之间线性增大或减小的电压。

所述驱动电压转换电路可以包括：第一变换电路，被配置为将从与所述驱动电压转换电路相对应的行电压线提供的行驱动电压和从与所述驱动电压转换电路相对应的列电压线提供的列驱动电压相加；第二变换电路，被配置为基于所述第一变换电路的输出电压小于所述多个天线谐振器中的每一个天线谐振器引起的反射光的相移最大时的阈值电压，输出所述第一变换电路的输出电压，并且基于所述第一变换电路的输出电压大于所述阈值电压，输出通过从所述第一变换电路的输出电压中减去所述阈值电压而得到的电压；以及第三变换电路，被配置为根据被施加到所述多个天线谐振器中的每一个天线谐振器的电压和所述多个天线谐振器中的每一个天线谐振器引起的反射光的相移之间的非线性来改变所述第二变换电路的输出电压。

所述多个天线谐振器中的每一个天线谐振器可以包括：电极层；设置在所述电极层上的有源层；设置在所述有源层上的绝缘层；以及设置在所述绝缘层上的天线层，并且其中，所述第三变换电路的输出端电连接到所述天线层或所述电极层。

所述第一变换电路可以包括运算放大器，所述op-amp包括第一输入端口、第二输入端口和输出端口，并且所述运算放大器的所述第一输入端口连接到所述行电压线，所述运算放大器的所述第二输入端口连接到所述列电压线，并且所述运算放大器的所述输出端口连接到所述第二变换电路的输入端。

所述第一变换电路还可以包括：连接到所述运算放大器的所述第一输入端口的第一电阻器；连接所述运算放大器的所述第二输入端口的第二电阻器；连接在所述运算放大器的所述第一输入端口与所述输出端口之间的第三电阻器；以及连接在所述运算放大器的所述第二输入端口与地之间的第四电阻器。

所述第二变换电路可以包括：比较电路，被配置为将所述第一变换电路的输出电压与所述阈值电压进行比较；第一输出端口，被配置为不加改变地输出所述第一变换电路的输出电压；电压差电路，被配置为输出通过从所述第一变换电路的输出电压中减去所述阈值电压而获得的电压；第二输出端口，连接到所述第三变换电路的输入端口；以及开关，基于所述比较电路的比较结果，将所述第二输出端口连接到所述第一输出端口或连接到所述电压差电路。

所述第二变换电路的所述第一输出端口可以包括增益为1的运算放大器运算放大器。

所述第二变换电路的所述电压差电路可以包括增益为1且偏移为负阈值电压的运算放大器。

所述第三变换电路可以包括：模数转换器，被配置为将所述第二变换电路的输出电压转换为数字信号；非线性补偿电路，被配置为将由所述模数转换器提供的数字信号转换为与所述多个天线谐振器中的每一个天线谐振器的电压-相移函数具有反函数关系的数字信号；以及数模转换器，被配置为将所述非线性补偿电路的输出转换为模拟电压。

所述非线性补偿电路可以包括预定义查找表，所述预定义查找表包括输入数字信号和输出数字信号。

所述波束扫描装置还可以包括：两个列电压输入线；第一电压分配器，连接在所述两个列电压输入线之间，并且所述第一电压分配器被配置为以一定的电压间隔分配电压；以及多个第一电压模数计算电路，各自连接在所述多个列电压线与所述第一电压分配器之间，所述多个第一电压模数计算电路中的每一个第一电压模数计算电路被配置为向所述多个列电压线中的对应列电压线提供电压模数，所述电压模数是通过将从所述第一电压分配器提供的电压除以所述阈值电压而获得的。

所述第一电压分配器可以包括：多个电阻器，串联连接在所述两个列电压输入线之间；以及多个电压分配线，设置在所述多个电阻器中的每一个电阻器的两端，并且分别连接到所述多个第一电压模数计算电路的输入单元。

所述波束扫描装置，其中，所述多个电阻器中的所有电阻器可以具有相等的电阻值。

所述波束扫描装置还可以包括：两个行电压输入线；第二电压分配器，连接在所述两个行电压输入线之间，并且所述第二电压分配器被配置为以一定的电压间隔分配电压；以及多个第二电压模数计算电路，各自连接在所述多个行电压线与所述第二电压分配器之间，所述多个第二电压模数计算电路中的每一个第二电压模数计算电路被配置为向所述多个行电压线中的对应行电压线提供电压模数，所述电压模数是通过将从所述第二电压分配器提供的电压除以所述阈值电压而获得的。

所述第二电压分配器可以包括：多个电阻器，串联连接在所述两个行电压输入线之间；以及多个电压分配线，没置在所述多个电阻器中的每一个电阻器的两端处，并且分别连接到所述多个第二电压模数计算电路的输入单元。

根据示例实施例的另一方面，提供了一种光学装置，包括：光源，被配置为发射光；波束扫描装置，被配置为反射由所述光源发射的光并电控制反射光的反射角；以及光电检测器，被配置为检测外部对象反射的光，所述外部对象被来自所述波束扫描装置的所述反射光照射，其中，所述波束扫描装置包括：多个天线谐振器，在行方向和列方向上二维地设置；多个行电压线，被配置为在行方向上提供多个行驱动电压；多个列电压线，被配置为在列方向上提供多个列驱动电压；以及驱动电压转换电路，被配置为基于从所述多个行电压线中的每一个行电压线提供的行驱动电压以及从所述多个列电压线中的每一个列电压线提供的列驱动电压，控制被施加到所述多个天线谐振器中的每一个天线谐振器的驱动电压。

所述光学装置还可以包括：控制器，被配置为基于由所述光电检测器进行的测量计算所述外部对象的位置信息。

所述光学装置可以包括距离传感器、三维传感器或车辆雷达。

根据示例实施例的另一方面，提供了一种波束扫描装置，包括：多个天线谐振器，在行方向和列方向上二维地设置；多个像素，在行方向和列方向上二维地设置，所述多个像素分别对应于所述多个天线谐振器；多个行电压线，被配置为在行方向上分别提供多个驱动电压；多个列电压线，被配置为在列方向上分别提供多个驱动电压；以及驱动电压转换电路，被配置为基于从所述多个行电压线中的每一个行电压线提供的所述行方向上的驱动电压以及从所述多个列电压线中的每一个列电压线提供的所述列方向上的驱动电压，控制被施加到所述多个像素中的每一个像素的驱动电压，其中，所述多个像素被配置为控制被施加到所述多个天线谐振器中的每一个天线谐振器的驱动电压。

附图说明

上述和/或其他方面将从结合附图对示例实施例的以下描述中变得清楚明白并且易于理解，其中：

图1是根据示例实施例的波束扫描装置的示意结构的透视图；

图2是图1中所示的波束扫描装置的天线谐振器的示意结构的截面图；

图3是图1中所示的波束扫描装置的驱动电路的结构的电路图；

图4示意性地示出了图3的电路图中所示的像素的电连接结构；

图5示意性地示出了图4中所示的像素的电路结构；

图6是图5中所示的第一变换电路的结构的电路图；

图7是图5中所示的第二变换电路的结构的电路图；

图8是示出了图5中所示的第二变换电路中的输入电压与输出电压之间的关系的图；

图9是示出了被施加到天线谐振器的电压与由天线谐振器引起的反射光的相移之间的关系的图；

图10是图5中所示的第三变换电路的结构的示意框图；

图11是示出了图5中所示的第三变换电路中的输入电压与输出电压之间的关系的图；

图12是示出了第三变换电路的输入电压与由天线谐振器引起的相移之间的关系的图；

图13示出了像素的电路结构；

图14示出了根据示例实施例的分别在波束扫描装置的行方向和列方向上输入的电压信息；

图15a示出了在行方向上提供的电压的分布图，图15b示出了根据示例实施例的在列方向上提供的电压的分布图；

图16a是经由多个像素的第一变换电路输出的电压的分布图，图16b是根据示例实施例的在图16a中所示的分布图中考虑了天线谐振器的饱和的情况下的电压分布图；

图17是根据示例实施例的经由多个像素的第二变换电路输出的电压的分布图；

图18是根据示例实施例的经由多个像素的第三变换电路输出的电压的分布图；

图19是根据示例实施例的由波束扫描装置的多个二维设置的天线谐振器生成的相移的分布图；

图20是示出了根据示例实施例的波束扫描装置的驱动电路的结构的电路图；

图21是示出了图20中所示的电压模数计算电路的结构的示意框图；

图22是示出了根据示例实施例的当0v和8v分别被施加到两个行电压输入线时，在行方向上施加到多个行电压线的电压的电压分布的图；

图23是示出了根据示例实施例的当0v和16v分别被施加到两个行电压输入线时，在行方向上施加到多个行电压线的电压的电压分布的图；

图24是示出了根据示例实施例的光学装置的结构的示意框图；

图25是根据示例实施例的光学装置用作用于车辆的lidar的示意性示例。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述波束扫描装置以及包括波束扫描装置的光学装置。在整个附图中，相同的附图标记表示相同的元件，并且为了清楚起见和便于描述，可以放大每一个元件的尺寸。示例实施例仅仅是说明性的，并且各种修改是可能的。在下面描述的层结构中，诸如“上方”或“上”之类的表述不仅可以包括“一个元件以接触方式直接在另一元件上、下方或在另一元件的左侧或右侧的布置”的含义，而且还可以包括“一个元件以非接触方式在另一元件上、下方或在另一元件的左侧或右侧的布置”的含义。

应理解的是，术语“包括”或“包含”不应被解释为包括说明书中描述的所有元件或步骤，并且可以省略一些元件或一些步骤，或者还可以包括附加元件或步骤。尽管可以使用诸如“第一”、“第二”等术语来描述各种组件，但是这些组件不必限于上述术语。上述术语仅用于将一个组件与另一组件区分开来。

如本文所用，术语“和/或”包括关联列出的项目中的一个或多个项目的任意和所有组合。诸如“……中的至少一个”之类的表述在元件列表之前时修饰整个元件列表，而不是修饰列表中的单独元件。例如，表述“a、b和c中的至少一个”应该理解为仅包括a、仅包括b、仅包括c、包括a和b两者、包括a和c两者、包括b和c二者、或包括a、b和c的全部。

图1是根据示例实施例的波束扫描装置100的示意结构的透视图。参照图1，根据示例实施例的波束扫描装置100可以包括基板101和反射式相控阵器件，该反射式相控阵器件设置在基板101上并反射入射光l1并电控制反射光l2的反射角。反射式相控阵器件可以包括彼此独立驱动的多个天线谐振器10。

多个天线谐振器10可以在行方向和列方向上二维地设置在基板101上。虽然多个天线谐振器10在图1中被示出为二维地并且以规则间隔设置，但是示例实施例不限于此，并且多个天线谐振器10可以不规则地设置。通过控制被施加到在行方向上设置的多个天线谐振器10的行方向驱动电压以及被施加到在列方向上设置的多个天线谐振器10的列方向驱动电压，可以二维地控制反射光l2的反射角。控制被施加到多个天线谐振器10的驱动电压的驱动电路可以设置在基板101内部。

图2是图1中所示的波束扫描装置100的天线谐振器10的示意结构的截面图。参照图2，每一个天线谐振器10包括电极层11、设置在电极层11上的有源层12、设置在有源层12上的绝缘层13、以及设置在绝缘层13上的纳米尺度的天线层14。尽管在图2中仅示出了一个天线层14，但是示例实施例不限于此，并且包括多个天线谐振器10的反射式相控阵器件可以包括以规则间隔设置在绝缘层13上的多个天线层14。

电极层11被配置为操作为公共电极并且可以由导电材料形成。电极层11也可以由反射待扫描的入射光的材料形成。例如，电极层11可以由金属形成，例如，铜(cu)、铝(al)、镍(ni)、铁(fe)、钴(co)、锌(zn)、钛(ti)、钌(ru)、铑(rh)、钯(pd)、铂(pt)、银(ag)、锇(0s)、铱(ir)、金(au)或其合金，或者包括金(au)或银(ag)的金属纳米颗粒分布薄膜。另外，除金属之外，电极层11还可以包括碳纳米结构或导电聚合物材料。

天线层14被配置为操作为光相关的天线，针对预定波长的光生成局域表面等离子体谐振，并且捕捉和释放其能量。表面等离子共振是由于光入射在金属上时金属中的自由电子的集体振荡而在金属表面上局部产生非常高的电场的现象。表面等离子体共振可以发生在金属与非金属之间的界面处。为此，天线层14可以由具有相对高的电导率的金属材料形成，例如金(au)、银(ag)、铜(cu)、铝(al)或铂(pt)。天线层14的尺寸和形状可以根据入射光的波长而变化。例如，天线层14的尺寸可以小于待扫描的入射光的波长，即工作波长。例如，当工作波长是可见光或近红外光时，天线层14的宽度或长度可以是约400nm或更小。另外，虽然天线层14可以具有简单的杆形状，但是它也可以具有各种图案，例如圆形、椭圆形或十字形。

绝缘层13使天线层14与有源层12和电极层11电绝缘。例如，绝缘层13可以是氧化物膜，例如氧化铪(hfo2)、氧化硅(sio2)、氧化铝(al2o3、氧化钛(tio2)、氧化锆(zro)等，或者是氮化物膜，例如氮化硅(sinx)。

有源层12被配置为：当通过电信号(例如，在电极层11与天线层14之间形成的电场)改变有源层12内的电荷密度时，改变天线层14的谐振特性。换言之，通过在电极层11与天线层14之间形成的电场在有源层12中形成电荷累积层或耗尽层15，以改变谐振条件，从而改变反射光l2的相位。有源层12可以由选自以下各项构成的组的材料形成：结晶材料，例如钽铌酸钾(ktn)、氧化锂铌(linbo3)和锆钛酸铅(pzt)；zno基材料，例如氧化铟锡(ito)、氧化铟锌(izo)、氧化铝锌(azo)、氧化镓锌(gzo)或氧化镓铟锌(gizo)；过渡金属氮化物，例如氮化钛(tin)、氮化锆(zrn)、氮化铪(hfn)或氮化钽(tan)；以及半导体材料，例如si、a-si或iii-v族化合物半导体。

在根据示例实施例的波束扫描装置100中，有源层12内的电荷密度根据电极层11与天线层14之间的电场强度而变化。当公共电压被施加到电极层11时，特别是根据被施加到多个天线层114的电压的分布时，有源层12中的电荷密度分布可以变化。有源层12中的电荷密度的变化可以修改天线层14的谐振特性，并且修改后的谐振特性可以引起每一个天线层14反射的光的相移，从而改变每一个天线层14反射的光的相位。相应地，由于反射型相控阵器件反射的反射光l2的相移分布是基于被施加到彼此相邻设置的多个天线层14的电压的分布来确定的，所以反射光l2的行进方向可以通过控制被施加到多个天线层14的电压来控制。波束扫描装置100可以以上述方式反射入射光，以便在期望的方向上对反射光l2进行扫描。

波束扫描装置100可以包括驱动电路，以独立地控制被施加到二维设置的多个天线谐振器10的电压。例如，图3是图1中所示的波束扫描装置100的驱动电路的示意结构的电路图。参照图3，波束扫描装置100可以包括：多个行电压线105，每一个行电压线105在行方向上提供驱动电压vr；多个列电压线106，每一个列电压线106在列方向上提供驱动电压vc；行方向驱动控制电路102，向多个行电压线105中的每一个施加驱动电压；列方向驱动控制电路103，向多个列电压线106中的每一个施加驱动电压；以及在行方向和列方向上二维设置的多个像素p。

行方向驱动控制电路102可以同时向多个行电压线105中的每一个施加驱动电压。作为响应，多个行电压线105可以同时分别向多个像素p中的各行像素提供行方向驱动电压vr。另外，列方向驱动控制电路103可以同时向多个列电压线106中的每一个施加驱动电压。作为响应，多个列电压线106可以同时将列方向驱动电压vc分别提供给多个像素p中的各列像素。

图4示意性地示出了图3的电路图中所示的像素p的电连接。参照图4，分别与设置有一个像素p的行和列相对应的一个行电压线105和一个列电压线106可以电连接到该像素p。例如，第i行电压线105和第j列电压线106可以电连接到设置在第i行第j列中的像素pij。

被施加到一个天线谐振器10的电压可以基于被提供给与天线谐振器10相对应的像素p的行方向驱动电压vr和列方向驱动电压vc来确定。像素p可以基于从每一个行电压线105提供的行方向驱动电压vr和从每一个列电压线106提供的列方向驱动电压vc来控制被施加到每一个天线谐振器10的驱动电压。例如，图5示意性地示出了图4中所示的像素p的电路结构。参考图5，每一个像素p可以包括驱动电压转换电路20，该驱动电压转换电路20基于从每一个行电压线105提供的行方向驱动电压vr和从每一个列电压线106提供的列方向驱动电压vc来控制被施加到每一个天线谐振器10的驱动电压。

每一个驱动电压转换电路20可以包括顺序设置的第一变换电路21、第二变换电路22和第三变换电路23。首先，行方向驱动电压vr和列方向驱动电压vc被施加到第一变换电路21的输入端口。第一变换电路21的输出被施加到第二变换电路22的输入端口，第二变换电路22的输出被施加到第三变换电路23的输入端口。最后，第三变换电路23的输出被施加到天线谐振器10。例如，第三变换电路23的输出可以被施加到天线谐振器10的天线层14，并且电极层11可以接地。备选地，根据示例实施例，第三变换电路23的输出可以被施加到天线谐振器10的电极层11，并且天线层14可以接地。

第一变换电路21被配置为：对从与像素pij相对应的行电压线105提供的行方向驱动电压vr，i和从与像素pij相对应的列电压线106提供的列方向驱动电压vc，j求和。换言之，第一变换电路21是电压求和电路。因此，第一变换电路21的输出等于和行方向驱动电压vr，i和列方向驱动电压vc，j的和(vr，i+vc，j)。第一变换电路21的输出可以用下面的方程1表示。

v^∑j，j＝vr，j+vc，j方程1

例如，图6是图5中所示的第一变换电路21的结构的电路图。参照图6，第一变换电路21可以包括：运算放大器(op-amp)，包括两个输入端口21a和21b和一个输出端口21c。在op-amp的输入端口21a和21b中，第一输入端口21a可以连接到行电压线105，第二输入端口21b可以连接到列电压线106。op-amp的输出端口21c可以连接到第二变换电路22的输入端口。此外，第一变换电路21还可以包括：连接到op-amp的第一输入端口21a的第一电阻器r1；连接到op-amp的第二输入端口21b的第二电阻器r2；连接在op-amp的第一输入端口21a与输出端口21c之间的第三电阻器r3；以及连接在op-amp的第二输入端口21b与地之间的第四电阻器r4。第一电阻器至第四电阻器r1、r2、r3和r4可以具有相等的电阻值。

第二变换电路22可以将第一变换电路21的输出电压与某个预设阈值电压进行比较，并且当第一变换电路21的输出电压低于阈值电压时，第二变换电路22不加改变地输出第一变换电路21的输出电压。另外，第二变换电路22可以将第一变换电路21的输出电压与某个预设阈值电压进行比较，并且当第一变换电路21的输出电压大于阈值电压时，第二变换电路22可以输出通过从第一变换电路21的输出电压减去阈值电压而获得的电压。换言之，第二变换电路22可以被视为电压模数电路，输出在将第一变换电路21的输出电压除以阈值电压之后作为余数值获得的值。

这里，阈值电压可以是每一个天线谐振器10将反射光的相位改变到最大的电压。通常，随着被施加到天线谐振器10的电压增大，由天线谐振器10引起的反射光的相移增大。然而，当施加到天线谐振器10的电压等于或大于阈值电压值时，天线谐振器10可能饱和并且反射光的相移可能不再增加。即，与反射光的相移不再增加的点相对应的电压值是阈值电压。

例如，图7是图5中所示的第二变换电路22的结构的电路图。参照图7，第二变换电路22可以包括：比较电路22a，将第一变换电路21的输出电压与阈值电压vth进行比较；第一输出端口22b，经由该第一输出端口22b不加改变地输出第一变换电路21的输出电压；以及电压差电路22c，输出通过从第一变换电路21的输出电压中减去阈值电压vth而获得的电压。例如，第二变换电路22的第一输出端口22b可以是增益为1的op-amp。另外，第二变换电路22的电压差电路22c可以是增益为1且偏移为负(-)阈值电压(-vth)的op-amp。

另外，第二变换电路22可以包括第二输出端口22d和开关22e，第二输出端口22d连接到第三变换电路23的输入端口的第二输出端口22d，开关22e基于使用比较电路22a执行的将第一变换电路21的输出电压与阈值电压vth进行比较的结果，将第二输出端口22d连接到第一输出端口22b或将第二输出端口22d连接到电压差电路22c。例如，当第一变换电路21的输出电压等于或低于阈值电压vth时，开关22e可以将第二输出端口22d连接到第一输出端口22b。因此，当第一变换电路21的输出电压等于或低于阈值电压vth时，第一变换电路21的输出电压是第二变换电路22的未经改变的输出电压。当第一变换电路21的输出电压大于阈值电压vth时，开关22e可以将第二输出端口22d连接到电压差电路22c。因此，当第一变换电路21的输出电压大于阈值电压vth时，第二变换电路22的输出电压变为在从第一变换电路21的输出电压中减去阈值电压vth之后获得的电压。第二变换电路22的输出可以用下面的方程2表示。

图8是示出了第二变换电路22中的输入电压与输出电压之间的关系的图。在图8中，假设阈值电压vth为4v。参考图8，在第二变换电路22的输入电压从0v至4v时，第二变换电路22的输出电压等于第二变换电路22的输入电压。然而，一旦第二变换电路22的输入电压大于4v时，第二变换电路22的输出电压就突然减小到接近0v。因此，第二变换电路22的输出电压分布可以具有锯齿状电压分布。

第三变换电路23具有以下功能：通过考虑被施加到天线谐振器10的电压与由天线谐振器10引起的反射光的相移之间的非线性来改变第二变换电路22的输出电压。通常，施加到天线谐振器10的电压越大，由天线谐振器10引起的反射光的相移越大。然而，施加的电压与相移之间的关系不是线性的。例如，图9示出了被施加到天线谐振器10的电压与由天线谐振器10引起的反射光的相移之间的关系的图。参考图9，在约1v与约3v之间的电压区段中，相移的倾斜度相对较大。然而，在0v与约1v之间的电压区段和约3v与约4v之间的电压区段中，相移的倾斜度相对较小。因此，当第二变换电路22的输出电压被施加到天线谐振器10时，反射光的相位可能与目标相位不同。

图10是图5中所示的第三变换电路23的结构的示意框图。参考图10，第三变换电路23可以包括顺序设置的模数转换器23a、非线性补偿电路23b和数模转换器23c。当经由典型的模拟电路实现非线性补偿电路23b的操作时，非线性补偿电路23b可能具有相对复杂的结构。另一方面，当使用数字方法时，可以相对容易地实现非线性补偿电路23b的操作。因此，根据示例实施例，非线性补偿电路23b可以被配置为具有数字配置。模数转换器23a被配置为：将第二变换电路22的模拟输出电压转换为数字信号以将该数字信号提供给非线性补偿电路23b。另外，数模转换器23c被配置为：将非线性补偿电路23b的数字输出信号转换为模拟电压并将该模拟电压施加到天线谐振器10。

非线性补偿电路23b被配置为：将由模数转换器23a提供的数字信号转换为与天线谐振器10的电压-相移函数具有反函数关系的数字信号。例如，图11是示出了第三变换电路23中的输入电压与输出电压之间的关系的图。图11中所示的图与例如图9中所示的图具有反函数关系，并且示出了被施加到天线谐振器10的电压与由天线谐振器10引起的反射光的相移之间的关系。通过如上所述经由非线性补偿电路23b来改变电压，可以获得第三变换电路23的输入电压(即，第二变换电路22的输出电压)与由天线谐振器10引起的相移之间的线性关系。例如，图12是示出了第三变换电路23的输入电压与由天线谐振器10引起的相移之间的关系的图。

非线性补偿电路23b可以包括存储器，在该存储器中记录图11中所示的第三变换电路23的输入电压与输出电压之间的函数关系。例如，存储器可以存储根据图11中所示的函数关系的关于输入数字信号和输出数字信号的预定义查找表。非线性补偿电路23b可以通过使用由模数转换器23a提供的输入数字信号来搜索查找表，以获得转换后的输出数字信号。接下来，非线性补偿电路23b可以输出转换后的数字信号。最后，数模转换器23c可以将转换后的模拟电压施加到天线谐振器10。

图13是像素p的电路结构的示例的电路图。参考图13，像素p可以包括：包括一个op-amp的第一变换电路21；包括两个op-amp和一个比较器的第二变换电路22；以及包括模数转换器、数字运算器和数模转换器的第三变换电路23。然而，上述电路结构是示例，并且第一变换电路21、第二变换电路22和第三变换电路23的操作也可以使用其他各种电路来实现。

图14示出了根据示例实施例的分别在波束扫描装置100的行方向和列方向上输入的电压信息。例如，图14示出了将电压施加到包括24行和16列的相控阵器件的示例。参照图14，行方向驱动电压vr和列方向驱动电压vc在0v和阈值电压之间的范围内。例如，在图14的示例中，阈值电压是4v。多个行电压线105根据波束扫描装置100意在扫描反射光的方向，向多个像素p同时提供具有某电压分布的多个行方向驱动电压vr。同时，多个列电压线106根据波束扫描装置100意在扫描反射光的方向，向多个像素p同时提供具有某电压分布的多个列方向驱动电压vc。

经由多个行电压线105同时提供的行方向驱动电压vr具有锯齿状电压分布，该锯齿状电压分布在行方向上以特定周期线性变化。例如，图15a示出了在行方向上提供的电压的分布图，图15b示出了在列方向上提供的电压的分布图。参考图15a，可以向像素p提供在第一个六行中在行方向上从0v到4v顺序地增加的行方向驱动电压vr，并且在下一个六行中，可以再次向像素p提供在行方向上从0v到4v顺序地增加的行方向驱动电压vr。此外，参考图15b中，经由多个列电压线106同时提供的列方向驱动电压vc具有锯齿状电压分布，该锯齿状电压分布在列方向上以特定周期线性变化。例如，可以向像素p提供在第一个八列中在列方向上从0v到4v顺序地增加的列方向驱动电压vc，并且在下一个八列中，可以再次向像素p提供在列方向上从0v到4v顺序地增加的列方向驱动电压vc。

然而，图15a和图15b中所示的行方向驱动电压vr的分布和列方向驱动电压vc的分布仅是示例，并且行方向驱动电压vr的分布和列方向驱动电压vc的分布可以根据波束扫描装置100扫描反射光的方向而变化。例如，在驱动电压分布的周期中行电压线105的数量和列电压线vc的数量以及在驱动电压分布的周期中最大电压的大小和最小电压的大小，可以根据波束扫描装置100扫描反射光的方向而改变。可以使用行方向驱动控制电路102基于竖直方向上波束扫描装置100反射光的角度来确定行方向驱动电压vr的分布。还可以使用列方向驱动控制电路103基于水平方向上波束扫描装置100反射光的角度来确定列方向驱动电压vc的分布。

例如，在行方向驱动电压分布的周期期间，初始的行电压线105可以向像素p提供0v和阈值电压之间的最大电压(或最小电压)，并且最后的行电压线105可以向像素p提供0v和阈值电压之间的最小电压(或最大电压)。此外，在行方向驱动电压分布的周期内，在初始的行电压线105与最后的行电压线105之间的行电压线105可以向像素p提供在最大电压和最小电压之间(或最小电压和最大电压之间)线性增大或减小的电压。同样，在列方向驱动电压分布的周期内，初始的列电压线106可以向像素p提供0v和阈值电压之间的最大电压(或最小电压)，并且最后的列电压线106可以向像素p提供0v和阈值电压之间的最小电压(或最大电压)。此外，在列方向驱动电压分布的周期期间，设置在初始的列电压线106与最后的列电压线106之间的列电压线106可以向像素p提供在最大电压和最小电压之间(或最小电压和最大电压之间)线性增大或减小的电压。

根据示例实施例，驱动波束扫描装置100所需的驱动电压信息的数量可以是行数和列数之和。在示出了24行和16列的图14的示例实施例中，像素p的数量是24×16＝384，并且可以仅使用24+16＝40个驱动电压信息来驱动384个像素p。

提供给每一个像素p的行方向驱动电压vr和列方向驱动电压vc被输入到像素p中的驱动电压转换电路20。驱动电压转换电路20首先通过使用第一变换电路21将行方向驱动电压vr和列方向驱动电压vc相加来输出和电压。例如，图16a是经由多个像素p的第一变换电路21输出的电压的分布图，图16b是在图16a中所示的分布图中考虑了天线谐振器10的饱和的情况下的电压分布图。参考图16a，和电压具有包括列方向上的两个周期和行方向上的四个周期的分布，并且和电压的最大值是8v。然而，当超过阈值电压的电压被施加到天线谐振器10时，可能无法表示相位，而且天线谐振器10可能被损坏。因此，很大程度地贡献相移的电压分布是其中大量天线谐振器10在4v处饱和的分布，如图16b所示。

第二变换电路22具有将超过阈值电压的电压转换为原始目标电压的功能。例如，图17示出了经由多个像素p的第二变换电路22输出的电压的分布图。参考图17，由第二变换电路22输出的电压具有如被设置为目标的电压分布。

另外，第三变换电路23根据被施加到天线谐振器10的施加电压与由天线谐振器10引起的反射光的相移之间的非线性来转换电压。图18是经由多个像素p的第三变换电路23输出的电压的分布图。参考图18，经由第三变换电路23略微改变图17中所示的电压分布。

然后，第三变换电路23的输出被施加到天线谐振器10，并且天线谐振器10根据施加到其上的电压来改变反射光的相位。图19是由波束扫描装置100的多个二维设置的天线谐振器10引起的相移的分布图。图19中所示的相移分布类似于图17中所示的电压分布。因此，通过使用第三变换电路23，可以获得被提供给像素p的输入电压与由天线谐振器10引起的反射光的相移之间的线性关系。

图20是示出了根据示例实施例的波束扫描装置200的驱动电路的结构的电路图。参照图20，根据示例实施例的波束扫描装置200包括图3中所示的波束扫描装置100的所有元件，并且还可以包括：两个行电压输入线31和32；电压分配器33，连接在这两个行电压输入线31和32之间用于以特定电压间隔分配电压；电压模数计算电路35，分别连接在多个行电压线105与电压分配器33之间。另外，波束扫描装置200还可以包括：两个列电压输入线41和42；电压分配器43，连接在这两个列电压输入线41和42之间用于以特定电压间隔分配电压；电压模数计算电路45，分别连接在多个列电压线106与电压分配器43之间。行方向驱动控制电路102连接到两个行电压输入线31和32，以将电压施加到两个行电压输入线31和32中的每一个。列方向驱动控制电路103连接到两个列电压输入线41和42，以将电压施加到两个列电压输入线41和42中的每一个。

电压分配器33具有以下功能：通过以特定间隔分配电压来向设置在两个行电压输入线31和32之间的多个电压模数计算电路35提供电压。例如，电压分配器33可以包括串联连接在两个行电压输入线31和32之间的多个电阻器r以及分别连接在多个电阻器r的端部与多个电压模数计算电路35的输入部分之间的多个电压分配线34。电压分配器33的电阻器r的数量比多个电压模数计算电路35的数量少一个。当串联连接的多个电阻器r具有相同的电阻值时，可以以特定电压间隔分配电压并提供给多个电压模数计算电路35。同样，电压分配器43可以包括串联连接在两个列电压输入线41和42之间的多个电阻器r以及分别连接在多个电阻器r的端部与多个电压模数计算电路45的输入部分之间的多个电压分配线44。电压分配器43的电阻器r的数量比多个电压模数计算电路45的数量少一个。另外，电压分配器43的所有电阻器r可以具有相等的电阻值。

通过使用电压分配器33，顺序地输入到多个电压模数计算电路35的电压具有在分别从行方向驱动控制电路102输入到两个行电压输入线31和32的两个电压之间线性增大或减小的值。通过使用电压分配器43，顺序地输入到多个电压模数计算电路45的电压具有在分别从列方向驱动控制电路103输入到两个列电压输入线41和42的两个电压之间线性增大或减小的值。

多个电压模数计算电路35和45可以分别将由电压分配器33和43提供的电压转换为通过将电压分配器33和43提供的电压除以阈值电压而获得的模电压，并分别向多个行电压线105和多个列电压线106提供该模电压。例如，图21是示出了图20中所示的电压模数计算电路35和45的结构的示意框图。参考图21，电压模数计算电路35和45可以包括例如顺序地设置的模数转换器51、模数计算器52和数模转换器53。模数转换器51被配置为：将由电压分配线34和44提供的模拟电压转换为数字信号并将数字信号提供给模数计算器52。模数计算器52被配置为：将输入数值除以阈值电压的数值，并输出除法的余数。另外，数模转换器53被配置为：将模数计算器52的数字输出信号转换为模拟电压并将该模拟电压提供给行电压线105或列电压线106。

通过使用多个电压模数计算电路35和45，提供给多个行电压线105或多个列电压线106的电压的分布可以具有锯齿状电压分布，该锯齿状电压分布根据特定周期线性变化。例如，图22是示出了当0v和8v分别被施加到两个行电压输入线31和32时，在行方向上施加到多个行电压线105的电压的电压分布的图。另外，图23是示出了当0v和16v分别被施加到两个行电压输入线31和32时，在行方向上被提供给多个行电压线105的电压的电压分布的图。在图22和图23中，虚线指示在行方向上提供给多个电压模数计算电路35和45的电压的分布。如图22和图23中的实线所指示的，提供给多个行电压线105的电压的锯齿状电压分布的周期可以根据被施加到两个行电压输入线31和32中的每一个的电压而变化。

因此，可以仅使用四个电压信息来驱动波束扫描装置200，该四个电压信息即为被施加到两个行电压输入线31和32的两个电压信息和被输入到两个列电压输入线41和42的两个电压信息。另外，也可以仅使用两个电压信息通过以下来驱动波束扫描装置200：将一个电压输入线31接地并且将在(+)阈值电压与(-)阈值电压之间的电压施加到另一行电压输入线32，并且将一个列电压输入线41接地并将在(+)阈值电压与(-)阈值电压之间的电压施加到另一个列电压输入线42。

波束扫描装置100和200可以包括在光学装置中，例如，诸如用于车辆的lidar之类的三维传感器或者用于三维相机中以提高光学装置的精度的深度传感器。例如，图24是示出了根据示例实施例的光学装置1000的示意性结构的框图。

参照图24，根据示例实施例的光学装置1000可以包括：光源110，提供光；波束扫描装置100，反射来自光源110的光并且电控制反射光的反射角；光电检测器120，检测从光源110发射、被波束扫描装置100反射并被外部对象反射的光；以及控制器130，基于光电检测器120的测量结果计算关于外部对象的信息。控制器130可以控制波束扫描装置100、光源110和光电检测器120的操作。例如，控制器130可以控制光源110和光电检测器120的开/关操作和波束扫描装置100的波束扫描操作。光源110可以是例如激光二极管(ld)或发光二极管(led)，均发射在约800nm至约1500nm之间的波段中的近红外线。

光学装置1000可以通过使用波束扫描装置100周期性地将光照射到附近的各个区域，以获取关于附近多个位置处的对象的信息。虽然图24作为示例示出了光学装置1000使用波束扫描装置100，但是光学装置1000也可以使用波束扫描装置200。

另外，图24中所示的光学装置1000除了可以用在三维传感器或深度传感器中之外，还可以用于以下各项：用于机器人的lidar、用于无人机的lidar、安全用途的入侵者监视系统、地铁屏障门障碍物检测系统、面部识别传感器、运动识别和对象分析设备等。

例如，图25是示出了根据示例实施例的光学装置1000的示意性结构的视图，该光学装置1000用作用于车辆的lidar。参照图25，光学装置1000可以安装在车辆v中，并通过用波束在车辆v正在行驶的前方区域中扫描来检测车辆v前方的各个对象obj1和obj2。当光学装置1000是用于车辆的lidar时，控制器130可以计算诸如相对于车辆v前方或后方的对象obj1和obj2的距离或对象obj1和obj2的相对速度或方位角位置之类的信息。例如，控制器130可以通过使用光从光源110发射的时间与光电检测器120检测到光的时间之间的时间差来确定相对于对象0bj1和obj2的距离，并且可以通过使用波束扫描装置100和200基于光所照射的位置来检测对象obj1和obj2的方位角位置。另外，控制器130可以基于光从光源110发射的时间与光电检测器120检测到光的时间之间的时间差的变化来确定相对于对象obj1和obj2的相对速度。另外，当光学装置1000是三维相机的距离传感器时，控制器130可以估计与相对于相机的视野内各个对象的距离有关的距离信息。

应当理解，本文所描述的示例实施例应当被认为仅是描述性的，而不是为了限制目的。对每个示例实施例中的特征或方面的描述应当典型地被看作是可用于其他示例实施例中的其他类似特征或方面。

尽管已参考附图描述了示例实施例，但本领域普通技术人员将理解，在不脱离由权利要求限定的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的多种改变。