KR102386253B1 - Distance measurement system using Avalanching Nano Particle and the method using it - Google Patents
Distance measurement system using Avalanching Nano Particle and the method using it Download PDFInfo
- Publication number
- KR102386253B1 KR102386253B1 KR1020210085698A KR20210085698A KR102386253B1 KR 102386253 B1 KR102386253 B1 KR 102386253B1 KR 1020210085698 A KR1020210085698 A KR 1020210085698A KR 20210085698 A KR20210085698 A KR 20210085698A KR 102386253 B1 KR102386253 B1 KR 102386253B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- value
- distance measurement
- thulium
- equation
- ions
- Prior art date
Links
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 title claims abstract description 48
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims description 42
- 229910052775 Thulium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 51
- -1 thulium ions Chemical class 0.000 claims abstract description 44
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 18
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 14
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 12
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims description 11
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 9
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 claims description 8
- FRNOGLGSGLTDKL-UHFFFAOYSA-N thulium atom Chemical compound [Tm] FRNOGLGSGLTDKL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 3
- 229910052704 radon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- SYUHGPGVQRZVTB-UHFFFAOYSA-N radon atom Chemical compound [Rn] SYUHGPGVQRZVTB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 11
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 13
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- 229920002620 polyvinyl fluoride Polymers 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 7
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 6
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 5
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 230000005281 excited state Effects 0.000 description 4
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 4
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 4
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N Silver ion Chemical compound [Ag+] FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 description 2
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002037 poly(vinyl butyral) polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 201000004569 Blindness Diseases 0.000 description 1
- 229910005191 Ga 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012851 LiCoO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 101100513612 Microdochium nivale MnCO gene Proteins 0.000 description 1
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000701 chemical imaging Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010226 confocal imaging Methods 0.000 description 1
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000003032 molecular docking Methods 0.000 description 1
- 238000010422 painting Methods 0.000 description 1
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 230000005610 quantum mechanics Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000001932 seasonal effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229920002050 silicone resin Polymers 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000002366 time-of-flight method Methods 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
- 238000011426 transformation method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/483—Details of pulse systems
- G01S7/486—Receivers
- G01S7/4861—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
- G01S7/4863—Detector arrays, e.g. charge-transfer gates
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
- G01S17/06—Systems determining position data of a target
- G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/028—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
- H01L31/0288—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table characterised by the doping material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
- H01L31/107—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/305—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure
- H01S5/3086—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure doping of the active layer
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 광사태 현상을 활용한 거리측정 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 애벌런치(Avalanche) 광자를 방출하는 비선형적 광학 효과를 이용한 광사태 현상을 활용한 거리측정 라이다(LIDAR) 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a distance measuring system utilizing an avalanche phenomenon, and more particularly, to a distance measuring LIDAR system utilizing an avalanche phenomenon using a non-linear optical effect emitting avalanche photons. it's about
종래의 라이다 센서 시스템의 구성은 응용 분야에 따라 때로는 매우 복잡하게 구성되지만, 기본적인 구성은 레이저 송신부, 레이저 검출부, 신호 수집 및 처리와 데이터를 송수신하기 위한 부분으로 단순하게 구분될 수 있다. Although the configuration of the conventional lidar sensor system is sometimes very complicated depending on the application field, the basic configuration can be simply divided into a laser transmitter, a laser detector, a signal collection and processing part, and a part for transmitting and receiving data.
아울러 라이다 센서는 레이저 신호의 변조 방법에 따라 time-of-flight(TOF) 방식과 phase-shift 방식으로 구분될 수 있다. In addition, the lidar sensor may be divided into a time-of-flight (TOF) method and a phase-shift method according to a modulation method of a laser signal.
상기 TOF 방식은 레이저가 펄스 신호를 방출하여 측정 범위 내에 있는 물체들로부터의 반사 펄스 신호들이 수신기에 도착하는 시간을 측정함으로써 거리를 측정하는 것이 가능하다. In the TOF method, it is possible to measure the distance by measuring the time at which the laser emits a pulse signal and the reflected pulse signals from objects within the measurement range arrive at the receiver.
상기 Phase-shift 방식은 특정 주파수를 가지고 연속적으로 변조되는 레이저 빔을 방출하고 측정 범위 내에 있는 물체로부터 반사되어 되돌아 오는 신호의 위상 변화량을 측정하여 시간 및 거리를 계산하는 방식이다. The phase-shift method is a method of calculating time and distance by emitting a laser beam that is continuously modulated with a specific frequency and measuring the amount of phase change of a signal reflected from an object within a measurement range.
레이저 광원은 250nm부터 11μm까지의 파장 영역에서 특정 파장을 가지거나 파장 가변이 가능한 레이저 광원들이 사용되며, 최근에는 소형, 저전력이 가능한 반도체 레이저 다이오드가 많이 사용된다. As the laser light source, laser light sources having a specific wavelength or having a wavelength tunable in a wavelength range from 250 nm to 11 μm are used, and recently, a semiconductor laser diode capable of small size and low power is widely used.
도 1에 도시된 바와 같이 양자역학의 출현 이래로 나노에 관한 연구가 활발히 진행되어오고 있다. As shown in Fig. 1, since the advent of quantum mechanics, research on nano has been actively conducted.
나노 입자(nanoparticle)는 적어도 한 차원이 100nm, 즉 천만분의 1미터이하인 입자이다.A nanoparticle is a particle with at least one dimension of 100 nm, that is, less than ten millionths of a meter.
분자나 원자를 조작해 새로운 구조, 소재, 기계, 기구, 소자를 제작하고 그 구조를 연구하는 나노기술의 영역에 속하는 입자이다. Particles belonging to the field of nanotechnology, which manufacture new structures, materials, machines, instruments, and devices by manipulating molecules or atoms, and study their structures.
미국 국립 과학재단의 나노기술에 대한 정의에 의하면 나노 기술이 다루는 대상의 크기는 최소한 1~100nm 가 되어야 한다. 또 나노 크기의 물리, 화학적 성질을 근본적으로 제어할 수 있는 과정을 통해 만들 수 있어야 하고 더 큰 구조물로 합쳐야만 한다. According to the US National Science Foundation's definition of nanotechnology, the size of an object covered by nanotechnology must be at least 1-100 nm. In addition, nanoscale physical and chemical properties must be made through a process that can be fundamentally controlled, and must be combined into a larger structure.
이 정의에 따르면 크기만 생각했을 때 원자의 개수가 수 개 또는 수 백 개의 복합체, DNA, 단백질 등도 나노에 속한다.According to this definition, if only the size is considered, complexes with several or hundreds of atoms, DNA, and proteins, etc., also belong to nano.
나노 입자의 응용 예를 보면, 종래 나노입자를 기존의 제품에 첨가하면 얇은 층을 형성하면서 여러 가지 특성을 나타내는데, 이 특성을 이용해 기존 제품에 응용할 수 있다. Looking at the application example of nanoparticles, when conventional nanoparticles are added to existing products, they show various characteristics while forming a thin layer, and these characteristics can be used to apply to existing products.
예를 들어 나노 입자를 입힌 마루는 잘 긁히지 않고, 주방 용품이나 화장실 타일 등에 입히면 얼룩이나 긁힘이 잘 생기지 않는다. For example, a floor coated with nanoparticles is not easily scratched, and if it is applied to kitchen utensils or bathroom tiles, it is not easily stained or scratched.
수 많은 제품에 은나노 입자를 입혔다고 홍보하는 이유도 여기에 있다. 예를 들어 은 나노 입자의 경우 항균성을 가지고 있어 제품에 입힐 경우 곰팡이가 번식하기 힘들어지기 때문이다. This is the reason why many products are advertised as being coated with silver nanoparticles. For example, silver nanoparticles have antibacterial properties, making it difficult for mold to grow when applied to products.
이렇듯 나노미터 크기 단위의 미립자가 가지는 특이한 물리적, 화학적 성질을 이해하면 아주 다양한 분야에 적용 가능하다.Understanding the specific physical and chemical properties of nanometer-sized particles can be applied to a wide variety of fields.
한편, 지구과학 및 우주 탐사를 목적으로 지속적으로 발전해 온 라이다 센서 기술은 현 재 항공기 및 위성에 탑재되어 정밀한 지구 지형 및 환경 관측을 위한 주요 수단 으로 사용되고 있으며, 우주 정거장과 우주선의 도킹 시스템, 우주 탐사 로봇에 활용되고 있다. Meanwhile, lidar sensor technology, which has been continuously developed for the purpose of earth science and space exploration, is currently being used as a main means for precise observation of the earth's topography and environment by being mounted on aircraft and satellites, docking systems for space stations and spacecraft, and space exploration. being used in robots.
지상에서는 원거리 거리 측정, 자동차 속도 위반 단속 등을 위한 간단한 형태의 라이다 센서를 비롯하여 최근에는 3차원 영상 복원을 위한 레이저 스캐너, 미래 무인자동차를 위한 3차원 영상 센서의 핵심 기술로 활용되면서 그 활용성과 중요성이 점차 증가되고 있다.On the ground, it has been used as a core technology for a simple LiDAR sensor for long-distance distance measurement and vehicle speed violation control, a laser scanner for 3D image restoration, and a 3D image sensor for future driverless vehicles. Its importance is gradually increasing.
현재 상용화 개발된 회전 방식의 3D laser scanner 기술은 광 시야각을 확보하는 데 유리하지만 수직 방향의 해상도가 낮고 보다 소형화하는 데 어려움이 있다. The rotation-type 3D laser scanner technology that is currently commercialized is advantageous for securing a wide viewing angle, but has low resolution in the vertical direction and difficulty in making it smaller.
또한 Flash lidar 기술은 단일 레이저 빔을 광 시야각으로 확장하여 조사하고 반사되는 레이저 빔을 다중 배열 수신 소자를 통하여 수신함으로써 일반적인 비디오 카메라와 같이 실시간 영상 정보를 수집하는 기술이다. In addition, the flash lidar technology is a technology that collects real-time image information like a general video camera by expanding a single laser beam to a wide viewing angle and irradiating it and receiving the reflected laser beam through a multi-array receiving element.
높은 해상도와 넓은 시야각을 위한 수신기의 개발이 필요하지만, 소형 집적화가 가능하고, 3D laser scanner에서와 같이 회전 또는 레이저 스캐닝에 소요되는 과정을 생략할 수 있다. Although it is necessary to develop a receiver for high resolution and wide viewing angle, compact integration is possible, and the process required for rotation or laser scanning as in a 3D laser scanner can be omitted.
ASC사의 DragonEye 3D 센서는 128ㅧ128 APD(Avalanche Photodiode) 다중 배열 수신소자를 포함하며 45도의 평방 시야각(FOV)을 지원하면서도 3D 센서 모듈의 크기가 길이 13.2cm, 폭 11.9cm, 높이 11.2cm로 소형화되어 있다. ASC's DragonEye 3D sensor includes a 128ㅧ128 Avalanche Photodiode (APD) multi-array receiver and supports a 45-degree square field of view (FOV) while reducing the size of the 3D sensor module to 13.2cm in length, 11.9cm in width, and 11.2cm in height. has been
1,570nm 파장의 레이저를 이용함으로써 눈의 안전을 위한 특성이 우수하며, 일반적으로 5Hz에서 최대 30Hz의 초당 프레임과 함께 3D 영상 촬영이 가능하다. By using a laser with a wavelength of 1,570 nm, it has excellent eye safety characteristics, and in general, 3D images can be taken with frames per second from 5 Hz up to 30 Hz.
이러한 3D flash lidar를 위한 핵심 기술은 흔히 Focal Plane Array(FPA)라고 불리는 다중 배열 수신소자에 있다. The core technology for this 3D flash lidar is in a multi-array receiver, which is often called Focal Plane Array (FPA).
FPA는 photodiode array를 통하여 광전변환된 아날로그 신호를 증폭하여 신호 처리가 가능한 신호로 출력하는 Readout Integrated Circuit(ROIC)로 구성된다.The FPA is composed of a Readout Integrated Circuit (ROIC) that amplifies the photoelectrically converted analog signal through the photodiode array and outputs it as a signal that can be processed.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 물질이 임계 강도 이상으로 빛을 방출할 때 불균형적으로 많은 수가 일시적으로 발생하는 광사태 효과를 이용한 광사태 현상을 활용한 거리측정 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and provides a distance measurement system utilizing the avalanche effect using the avalanche effect, which occurs in a disproportionately large number temporarily when a material emits light above a critical intensity. purpose is to
또한 본 발명은 거리 측정 분야 뿐만 아니라 이를 응용한 다양한 분야에 적용 가능한 광사태 현상을 활용한 거리측정 시스템을 제공하는 데 목적이 있다. Another object of the present invention is to provide a distance measurement system utilizing the avalanche phenomenon applicable not only to the field of distance measurement but also to various fields to which it is applied.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 툴륨 이온(Tm3+)이 도핑된 나노입자를 복수개의 툴륨 이온층 중 하나 이상에 포함시킨다.In order to solve the above problems, the present invention includes nanoparticles doped with thulium ions (Tm 3+ ) in one or more of the plurality of thulium ion layers.
상기 나노입자는 1 중량% 내지 8 중량%이다.The nanoparticles are 1% to 8% by weight.
상기 툴륨 이온(Tm3+)을 이용한 이온도핑 공정을 이용하여 툴륨 이온층을 구현한다.The thulium ion layer is implemented using the ion doping process using the thulium ion (Tm 3+ ).
상기 광사태 현상을 활용한 거리측정 장치가 측정하는 측정값을 평균 값으로 모니터링한다.The measured value measured by the distance measuring device utilizing the avalanche phenomenon is monitored as an average value.
본 발명은 툴륨 이온(Tm3+)이 도핑된 나노입자 및 p형 불순물 이온을 주입하여 구성된 p형 실리콘 기판을 준비하는 단계; 툴륨 이온(Tm3+)이 도핑된 나노입자 및 n형 불순물 이온을 주입하여 에미터층(n+)을 형성하는 단계; 기판 전면의 그리드 전극, 버스 전극이 형성될 영역과 기판 후면의 n 전극이 형성될 영역을 선택적으로 노출시키는 새도우 마스크를 구비시킨 상태에서, 툴륨 이온(Tm3+)이 도핑된 나노입자 및 고농도의 n형 불순물 이온을 주입하여 고농도 에미터층(n++)을 형성하는 단계; 및 상기 기판 후면의 고농도 에미터층을 노출시키지 않는 새도우 마스크를 통해 기판 후면 상에 툴륨 이온(Tm3+)이 도핑된 나노입자 및 고농도의 p형 불순물 이온을 주입하여 후면전계층(p++)을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어진다.The present invention comprises the steps of preparing a p-type silicon substrate formed by implanting thulium ions (Tm 3+ ) doped nanoparticles and p-type impurity ions; forming an emitter layer (n+) by implanting thulium ions (Tm 3+ ) doped nanoparticles and n-type impurity ions; Thulium ions (Tm 3+ )-doped nanoparticles and high concentration forming a high-concentration emitter layer (n++) by implanting n-type impurity ions; and thulium ions (Tm 3+ )-doped nanoparticles and high-concentration p-type impurity ions are implanted on the backside of the substrate through a shadow mask that does not expose the high-concentration emitter layer on the backside of the substrate to form a backside electric field layer (p++) It is made, including;
상기 툴륨 이온은 1 중량% 내지 8 중량%이다.The thulium ion is 1% to 8% by weight.
상기 툴륨 이온(Tm3+)을 이용한 이온도핑 공정 단계;를 더 포함한다.It further includes; an ion doping process step using the thulium ion (Tm 3+ ).
본 발명에 따른 관리서버는 광사태 현상을 활용한 거리측정 장치들의 일정 시간 동안의 거리 측정 정보를 저장하고, 각 툴륨 이온이 도핑된 나노물질의 중량% 중 거리 측정 정확도가 최적인 수치와 오동작이 발생하지 않는 최적의 수치를 계산한다.The management server according to the present invention stores distance measurement information for a certain period of time of distance measurement devices utilizing the avalanche phenomenon, and the optimal value for distance measurement accuracy among the weight% of each thulium ion-doped nanomaterial and malfunction Calculate the optimal number that does not occur.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 물질이 임계 강도 이상으로 빛을 방출할 때 불균형적으로 발생되는 많은 수의 광자를 이용하여 보다 효율이 좋은 거리측정 시스템을 제공할 수 있다.The present invention made as described above can provide a more efficient distance measuring system by using a large number of photons that are disproportionately generated when a material emits light above a critical intensity.
또한 본 발명은 '광사태 나노입자(Avalanching Nano Particle: ANP)' 또는 "광사태 나노입자로부터의 거대 비선형 광학 반응(Giant Nonlinear Optical Responses from Photon-Avalanching Nanoparticles)" 법칙을 이용하여 거리측정 시스템에 응용할 수 있다.In addition, the present invention can be applied to a distance measurement system using the law of 'Avalanching Nano Particle (ANP)' or "Giant Nonlinear Optical Responses from Photon-Avalanching Nanoparticles". can
도 1은 종래 발명에 따른 백금 나노입자의 3차원 사진을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광사태 나노입자 기반 단일광선(Single-beam) 초고해상도 이미지이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 광사태 현상이 일어나기 전과 도중과 후의 3단계 과정을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 툴륨 이온의 4f12 오비탈 에너지 준위 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도핑된 nanocrystals 광사태 데모를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 8%, 20%, 100% Tm3+ 가 도핑된 nanocrystals의 실험 그래프이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광사태 나노입자 기반 단일광선(Single-beam) 초고해상도 이미지 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이미지 a와 b 상의 청파란색 선에 해당하는 라인컷 그래프 도면이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이론적인 이미징 시뮬레이션 결과 도면이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 여기광의 세기에 따른 단일 광사태 나노입자에 대한 실제 측정된(검은색) 이미징 해상도 선폭과 시뮬레이션 그래프이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도핑된 광사태 나노입자 두 개가 300 nm의 간격으로 놓여진 시료에 대해 얻어진 이미지 도면이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 실험적으로 얻어진 g의 이미지들에 대한 시뮬레이션 결과 도면이다.
도 13 내지 도 19는 본 발명의 응용예이다.1 is a view showing a three-dimensional photograph of platinum nanoparticles according to the prior art.
2 is a single-beam ultra-high-resolution image based on avalanche nanoparticles according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing a three-step process before, during, and after the avalanche phenomenon occurs according to an embodiment of the present invention.
4 is a 4f 12 orbital of thulium ions according to another embodiment of the present invention. energy level diagram.
5 is a diagram showing an avalanche demonstration of doped nanocrystals according to another embodiment of the present invention.
6 is an experimental graph of 8%, 20%, 100% Tm3+ doped nanocrystals according to another embodiment of the present invention.
7 is a view of a single-beam ultra-high-resolution image based on avalanche nanoparticles according to another embodiment of the present invention.
8 is a line-cut graph diagram corresponding to the blue-blue lines on the images a and b according to another embodiment of the present invention.
9 is a diagram of theoretical imaging simulation results according to another embodiment of the present invention.
10 is an actual measured (black) imaging resolution linewidth and simulation graph for a single avalanche nanoparticle according to the intensity of excitation light according to another embodiment of the present invention.
11 is an image diagram obtained for a sample in which two doped avalanche nanoparticles are placed at an interval of 300 nm according to another embodiment of the present invention.
12 is a view showing simulation results for images of g experimentally obtained according to another embodiment of the present invention.
13 to 19 are application examples of the present invention.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.In order to fully understand the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described in detail below. This example is provided to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art. Accordingly, the shapes of elements in the drawings may be exaggerated to emphasize a clearer description. It should be noted that the same members in each drawing are sometimes shown with the same reference numerals. In addition, detailed descriptions of well-known functions and configurations determined to unnecessarily obscure the gist of the present invention will be omitted.
본 발명에서 이용되는 광자 애벌런치(Photon avalanching) 현상은 물질이 임계 강도 이상으로 빛을 방출할 때 불균형적으로 많은 수의 ('애벌런치(Avalanche)') 광자를 방출하는 비선형적 광학 현상이다.The photon avalanching phenomenon used in the present invention is a nonlinear optical phenomenon in which a disproportionately large number ('Avalanche') photons are emitted when a material emits light above a critical intensity.
본 발명은 툴륨(Thulium) 이온으로 도핑 된 나노결정(Nanocrystal)이 개별적으로 광자 애벌런치를 일으킬 수 있음을 이용하여, 기존의 상향변환 나노입자의 매우 낮은 광변환 효율을 증가시켰다.The present invention increases the very low photoconversion efficiency of conventional upconversion nanoparticles by using that nanocrystals doped with Thulium ions can individually cause photon avalanche.
예를 들어, 종래에는 작은 에너지의 빛을 다중으로 흡수하여 큰 에너지의 빛으로 다시 방출하기 위해서는 매우 강한 광세기의 고출력 레이저가 사용되어야만 하고, 이에 따른 가격 상승, 열 발생, 사용자의 실명 방지를 위한 레이저 안전성(Safety) 확보 등이 상용화의 걸림돌이 되어 왔다.For example, in the prior art, a high-power laser with a very strong light intensity must be used in order to absorb multiple light of small energy and re-emit it as light of high energy, and thus a price increase, heat generation, and prevention of user's blindness Securing laser safety has been an obstacle to commercialization.
그러나 본 발명에 따른 광사태 현상을 활용한 거리측정 시스템이 다중흡수-다중방출 형태의 광학적 연쇄증폭반응을 통한 상향변환 나노입자 광변환 효율을 증가시킨다.However, the distance measurement system utilizing the avalanche phenomenon according to the present invention increases the optical conversion efficiency of upconversion nanoparticles through the optical chain amplification reaction of multiple absorption-multiple emission type.
상기 광사태 현상을 활용한 거리측정 장치(111) 내의 상향변환 나노입자(Upconverting Nanoparticle=UCNP)는 큰 에너지를 갖는 빛이 물질에 흡수된 뒤 열에너지로 그 일부를 소모하고 나머지 작은 에너지가 다시 빛으로 변환되어 방출되는 보통의 하향변환과는 달리, 상향변환 나노입자에서는 작은 에너지의 빛이 다중으로 흡수된 뒤 큰 에너지의 빛으로 결합 되어 변환된다. The upconverting nanoparticles (UCNP) in the
또한 상기 광사태 현상을 활용한 거리측정 장치(111) 내의 상향변환 나노입자(UCNP)는 눈에 보이지 않는 작은 에너지(장파장)의 적외선을 흡수하여 눈에 보이는 가시광선 등 큰 에너지(단파장)의 빛으로 변환시켜 주는 물성을 가지고 있다. In addition, the upconversion nanoparticles (UCNP) in the
상기 광사태 현상을 활용한 거리측정 장치(111) 내의 빛의 연쇄증폭반응에 의한 광사태 현상은 일단 빛이 나노입자에 다중흡수된 뒤, 나노입자를 구성하는 원자 격자 구조 속에서 마치 눈사태나 산사태처럼 연쇄적인 광학 증폭반응을 일으켜서 빛의 세기가 강하게 증폭되어 나노입자로부터 다중방출되는 다중흡수-다중방출 형태의 거대 비선형 광학 현상이다.The avalanche phenomenon by the chain amplification reaction of light in the
이를 통하여 일상생활에서도 많이 사용되고 있는 레이저 포인터 수준의 약한 광세기로도 매우 높은 상향변환 발광효율(광변환 효율)을 유발시킬 수 있다.Through this, it is possible to induce very high up-conversion luminous efficiency (light conversion efficiency) even with a weak light intensity comparable to that of a laser pointer, which is often used in daily life.
따라서 아래에서 설명하는 다양한 광사태 현상을 활용한 거리측정 장치(111)의 종류에 적극적으로 이용될 수 있을 것이다.Therefore, it will be able to be actively used for the type of the
도 2 툴륨 이온(Tm3+)이 도핑된 나노입자 내부에서의 빛의 광사태(PA: Photon Avalanche) 연쇄증폭반응의 메커니즘을 보여주는 도면이다.2 is a view showing the mechanism of the photon avalanche (PA) chain amplification reaction inside the nanoparticles doped with thulium ions (Tm 3+ ).
또한 툴륨 이온의 농도가 8% 이상일 때 광사태 현상을 일으키는 코어-쉘 광사태 나노입자 모양을 보여준다.It also shows the shape of core-shell avalanche nanoparticles that cause an avalanche when the concentration of thulium ions is more than 8%.
또한 이터븀 이온 (Yb3+)의 바닥상태흡수(ground-state absorption)로부터 유발되는 기존의 에너지 전달 상향변환 (ETU: energy transfer upconversion) 과정과 비교하고 있다.It is also compared with the conventional energy transfer upconversion (ETU) process resulting from ground-state absorption of ytterbium ions (Yb 3+ ).
여기에서 각각 Core(알맹이), Inert Shell(비활성 껍질). Tm3+ concentration ≥ 8%(툴륨 이온 도핑 농도 8 퍼센트 이상), GSA(Ground State Absorption: 바닥 상태 광 흡수), ESA(Excited State Absorption: 들뜬 상태 광 흡수), Tm3+-Tm3+ cross-relaxation(툴륨이온-툴륨이온 사이의 교차 안정화 과정 (안정화는 들뜸/여기(excitation)의 상대어))을 보여준다.Here, the Core and Inert Shell respectively. Tm 3+ concentration ≥ 8% (thulium ion doping concentration greater than 8 percent), Ground State Absorption (GSA), Excited State Absorption (ESA), Tm 3+ -Tm 3+ cross- It shows relaxation (the cross-stabilization process between thulium ions and thulium ions (stabilization is the opposite of excitation/excitation)).
도 3은 광사태 현상이 일어나기 전과 도중과 후의 3단계 과정을 보여주는 도면이다.3 is a view showing a three-step process before, during, and after the avalanche phenomenon occurs.
도 3의 그래프의 가로축은 Excitation intensity(여기광 세기)이고, 그래프의 세로축은 Emission intensity(방출광 세기)이다.The horizontal axis of the graph of FIG. 3 is the excitation intensity (excitation light intensity), and the vertical axis of the graph is the emission intensity (the emitted light intensity).
즉, 여기광세기(Excitation intensity) 대비 발광세기(Emission intensity)로서, 거대 비선형 광학 반응 모형 곡선(Model plot of Photon Avalanching Giant Nonlinear Optical Response Curve)을 보여주는 도면이다.That is, it is a diagram showing a model plot of Photon Avalanching Giant Nonlinear Optical Response Curve as emission intensity versus excitation intensity.
도 3의 용어를 정리하면, 각 Before threshold(광사태 연쇄증폭반응 현상의 문턱치 직전), PA(광사태 현상 구간), Saturation(광사태 현상의 포화상태로서 과도한 여기(excitation) 광세기 구간을 나타낸다. Summarizing the terms in FIG. 3, each Before threshold (just before the threshold of the avalanche chain amplification reaction phenomenon), PA (light avalanche phenomenon section), and Saturation (excited light intensity section as the saturation state of the light avalanche phenomenon are shown) .
도 4는 툴륨 이온의 4f12 오비탈 에너지 준위 도면이다.4 is a 4f 12 orbital of thulium ion. energy level diagram.
R1, R2는 각각 바닥상태 광흡수율(ground state excitation rate)과 여기상태 광흡수율(excited state excitation rate)을 나타내고, W2와 W3는 각각 3F4 에너지 준위와 3H4 에너지 준위로부터의 안정화 과정 후의 축적율(aggregation rate after relaxation)을 나타낸다. R 1 and R 2 represent the ground state excitation rate and the excited state excitation rate, respectively, and W 2 and W 3 are from the 3 F 4 energy level and the 3 H 4 energy level, respectively. It represents the rate of accumulation after the stabilization process (aggregation rate after relaxation).
이러한 광흡수율들과 축적율들은 방사형 및 비방사형 안정화 과정들 (radiative and non-radiative pathways)을 설명하면서 동시에 교차안정화(cross-relaxation)나 다른 형태의 에너지 전달과정(other energy transfer processes)을 제외한다.These light absorption rates and accumulation rates account for both radial and non-radiative pathways while excluding cross-relaxation and other energy transfer processes. .
도 4의 용어를 정리하면 GSA(Ground State Absorption: 바닥 상태 광 흡수), ESA(Excited State Absorption: 들뜬 상태 광 흡수), cross-relaxation(툴륨이온-툴륨이온 사이의 교차 안정화 과정), Emission(상향변환 된 빛의 방출) 등이다.To summarize the terms in Figure 4, GSA (Ground State Absorption), ESA (Excited State Absorption: Excited State Light Absorption), cross-relaxation (cross-stabilization process between thulium ion-thulium ion), Emission (upward phase) converted light emission), etc.
이 때 그래프의 세로축은 103 cm-1 (1,000 웨이브넘버(빛의 에너지 단위 중의 한 가지) 단위의 에너지) 이다.At this time, the vertical axis of the graph is 10 3 cm -1 (energy in units of 1,000 wave numbers (one of the energy units of light)).
도 5는 1%, 4%, and 8% Tm3+ 가 도핑된 nanocrystals 광사태 데모이며(Demonstration of nanoparticle photon avalanching. a, 800 nm emission intensity vs. excitation intensity for 1%, 4%, and 8% Tm3+ -doped nanocrystals), 도 6은 Modifying PA kinetics via ANP shell thickness, surface-to-volume ratio, and Tm3+ content이고, 도 7은 광사태 나노입자 기반 단일광선(Single-beam) 초고해상도 이미지이다.5 is a demonstration of nanoparticle photon avalanching. a, 800 nm emission intensity vs. excitation intensity for 1%, 4%, and 8% of 1%, 4%, and 8% Tm 3+ doped nanocrystals. Tm3+ -doped nanocrystals), FIG. 6 is Modifying PA kinetics via ANP shell thickness, surface-to-volume ratio, and Tm3+ content, and FIG. 7 is a single-beam super-resolution image based on avalanche nanoparticles.
초해상도 나노스코피(Super-resolution Nanoscopy)는 200 nm(청색광)~500nm(근적외선)정도인 빛의 회절한계(Diffraction Limit)를 뛰어넘는 초고해상도의 나노분광(Nano Spectroscopic) 이미징 장치이다.Super-resolution nanoscopy is a super-resolution nano-spectroscopic imaging device that exceeds the diffraction limit of 200 nm (blue light) to 500 nm (near-infrared) light.
STED(STimulated Emission Depletion)과 PALM(Photo-Activated Localization Microscopy)은 각각 도넛 모양의 STED 스팟을 여기(Excitation) 광의 공초점 스팟과 중첩한 상태로 스캔해야만 하거나, 모든 이미징 픽셀들의 중심에 컴퓨터로 인위적인 작은 점들을 하나 하나 찍어서 마치 회화 기법의 한 종류인 점묘법처럼 이미지를 재구성해야만 한다.STimulated Emission Depletion (STED) and Photo-Activated Localization Microscopy (PALM) require scanning of a donut-shaped STED spot superimposed with a confocal spot of excitation light, respectively, or artificially small artificial microscopy at the center of all imaging pixels. You have to reconstruct the image like pointillism, a kind of painting technique, by taking dots one by one.
본 발명은 ~25 nm 내외의 매우 작은 각각의 광사태 나노입자들의 중심 부분으로부터 상향변환되면서 연쇄 증폭된 빛이 매우 국소적으로 집중되어 폭발적으로 방출되기 때문에 스팟 한 개만을 사용한 간단한 공초점 이미징 스캔으로도 70 nm의 초고해상도 나노스코피를 통하여 더욱 해상도를 높일 수 있었다. The present invention is a simple confocal imaging scan using only one spot because the chain-amplified light is very locally concentrated and explosively emitted while up-converted from the central part of each very small avalanche nanoparticles of ~25 nm. Through ultra-high-resolution nanoscopy of FIG. 70 nm, the resolution could be further increased.
도 7은 포화 광세기 구간(saturation regime: 9.9 kWcm-2)으로 여기시켰을 때(a)와 광사태 구간(PA regime: 7.1 kWcm-2)으로 여기시켰을 때(b)의 8% 툴륨 이온으로 도핑된 광사태 나노입자(ANP: Avalanching Nano Particle) 이미지를 보여준다.7 shows doping with 8% thulium ions when excited by (a) and excited by a saturation light intensity range (saturation regime: 9.9 kWcm -2 ) and (b) when excited by a light avalanche zone (PA regime: 7.1 kWcm -2 ) It shows an image of an avalanche nano particle (ANP).
도 8은 이미지 a와 b 상의 청색 선에 해당하는 라인컷: 초고해상도를 나타내는 비교를 위해 1,064 nm의 여기광을 N.A.=1.49의 대물렌즈로 집속했을때의 이론적인 회절한계가 검은색 점선으로 표시되어 있다. 8 is a line cut corresponding to the blue line on images a and b: the theoretical diffraction limit when excitation light of 1,064 nm is focused with an objective lens of N.A.=1.49 for comparison showing ultra-high resolution is indicated by a black dotted line has been
도 9 이미지 a와 b에 대한 각각의 이론적인 이미징 시뮬레이션 결과이다.9 are theoretical imaging simulation results for images a and b, respectively.
도 10은 여기광의 세기에 따른 단일 광사태 나노입자에 대한 실제 측정된(검은색) 이미징 해상도 선폭과 시뮬레이션을 통한 이미징 해상도 선폭(FWHM: Full Width at the Half Maximum)을 보여준다.10 shows the actual measured (black) imaging resolution linewidth for a single avalanche nanoparticle according to the intensity of the excitation light and the imaging resolution linewidth (FWHM: Full Width at the Half Maximum) through simulation.
도 11은 포화광세기 근처로부터 광사태 문턱치 직전까지 차츰 여기광세기를 줄여가면서 8% 툴륨이온으로 도핑된 광사태 나노입자 두 개가 300 nm의 간격으로 놓여진 시료에 대해 얻어진 이미지이다.11 is an image obtained for a sample in which two avalanche nanoparticles doped with 8% thulium ions are placed at an interval of 300 nm while gradually decreasing the excitation light intensity from near the saturation light intensity to just before the avalanche threshold.
도 12는 실험적으로 얻어진 g의 이미지들에 대한 시뮬레이션 결과이다.12 is a simulation result for experimentally obtained images of g.
도 13과 도 14에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 디텍터와 리시버 어레이에 툴륨 이온이 도핑된 나노물질을 도핑하여 관측한 이미지들에 대한 시뮬레이션 결과이다.13 and 14, simulation results for images observed by doping the nanomaterial doped with thulium ions into the detector and receiver arrays according to the present invention.
도 15에 도시된 바와 같이 스캐닝 메카니즘에서 툴륨 이온이 도핑된 나노물질이 도핑된 RX 옵틱 센서를 통해 광사태 증폭한 시그널을 시그널 프로세싱부를 통해 정확하게 측정할 수 있다.As shown in FIG. 15 , in the scanning mechanism, the signal amplified by the avalanche amplified through the RX optical sensor doped with the nanomaterial doped with thulium ions can be accurately measured through the signal processing unit.
도 16에 도시된 바와 같이 차량의 라이다 시스템의 경우 툴륨 이온이 도핑된 나노물질이 첨가된 수신부를 통해 정확한 거리를 측정하여 사고를 미연에 방지할 수 있다.As shown in FIG. 16 , in the case of a vehicle lidar system, an accident can be prevented in advance by measuring an accurate distance through a receiver to which a nanomaterial doped with thulium ions is added.
추가적으로 차량 등을 포함하는 거리측정시스템에 코팅되는 외관 보호부는 폴리 비닐 부티랄(PVB), 실리콘 수지(silicone resin), 티피티(TPT; Tedlar/PET/Tedlar), 티피이(TPE; Tedlar/PET/EVA), 티에이티(TAT; Tedlar/Al foil/Tedlar), 티피에이티(TPAT; Tedlar/PET/Al foil/Tedalr), 티피오티(TPOT; Tedlar/PET/Oxide/Tedlar), 페이에피(PAP; PEN/Al foil/PET) 또는 피이티(Polyester) 중 하나의 층보호부로 이루어진다.In addition, the exterior protection that is coated on distance measuring systems including vehicles, polyvinyl butyral (PVB), silicone resin, TPT (Tedlar/PET/Tedlar), TPE (Tedlar/PET/ EVA), TAT (TAT; Tedlar/Al foil/Tedlar), TPAT (Tedlar/PET/Al foil/Tedalr), TPOT (TPOT; Tedlar/PET/Oxide/Tedlar), PAP ; PEN/Al foil/PET) or Polyester layer protection.
따라서 외부의 상황이나 충격에 의해 거리측정 시스템을 보호하고 측정의 정확도를 높일 수 있다.Therefore, it is possible to protect the distance measuring system from external circumstances or impact and to increase the accuracy of measurement.
도 17에 도시된 바와 같이 레이저 발신기 옆에 있는 툴륨 이온이 도핑된 나노물질이 도핑된 레이저 수신기를 통해 최선의 측정 정확도를 높일 수 있는 광통신 장비를 보여준다.As shown in FIG. 17 , it shows an optical communication device capable of increasing the best measurement accuracy through a laser receiver doped with thulium ion-doped nanomaterials next to the laser transmitter.
도 18과 도 19에 도시된 바와 같이 상기 라이다 장치에서, 툴륨 이온이 도핑된 나노물질이 1중량% , 2중량% , 4중량% , 8중량%인 경우의 상기 광사태 현상을 활용한 거리측정 장치(111)들 내의 온도센서부가 일정 시간 동안 각각의 광사태 현상을 활용한 거리측정 장치(111)의 생산량을 측정하여 실시간으로 또는 저장 후 기 설정된 시간에 관리서버(150)로 전송한다. 18 and 19, in the lidar device, the distance utilizing the avalanche phenomenon when the nanomaterial doped with thulium ions is 1 wt%, 2 wt%, 4 wt%, 8 wt% The temperature sensor unit in the measuring
상기 관리서버(150)는 정상 상태의 광사태 현상을 활용한 거리측정 장치(111)들로부터 수신된 일정 시간 동안의 거리 측정 정보를 저장한다. The
그리고 상기 기준 온도 측정과정에서 측정되는 상기 기준 온도변화 정보는, 광사태 현상을 활용한 거리측정 장치(111)들의 일정 시간 동안의 온도 변화 정보를 수회 수집하여 평균 등의 보정을 수행하는 것에 의해 정확도를 높일 수 있다.And, the reference temperature change information measured in the reference temperature measurement process is accurate by collecting temperature change information for a certain time of the
일예로, 상기 툴륨 이온이 도핑된 나노물질이 1중량% , 2중량% , 4중량% , 8중량%인 경우 각각 측정 정확도의 제곱 평균 값 등으로 모니터링하는 모니터링부(112)에서 모니터링될 수 있다.As an example, when the thulium ion-doped nanomaterial is 1% by weight, 2% by weight, 4% by weight, or 8% by weight, it can be monitored by the monitoring unit 112 that monitors the square average value of each measurement accuracy, etc. .
또한, 상기 기준 측정값은, 365일별로 측정된 일별 평균 값, 또는 월 단위로 측정되어 평균된 월별 평균값, 계절 단위로 측정된 계절별 평균값을 산출한 후, 매일, 매월 또는 매 계절별로 산출된 값을 변경하여 적용하여 측정된 거리 측정값의 정확성이 향상된다.In addition, the reference measured value is a daily average value measured for 365 days, or a monthly average value measured on a monthly basis, a seasonal average value measured on a season basis, and a value calculated for each day, month, or season is applied to improve the accuracy of the measured distance measurement value.
따라서 툴륨 이온이 도핑된 나노물질이 1중량% , 2중량% , 4중량% , 8중량%으로 갈 수록 장거리 측정의 한계점이던 1mm 분해능을 1nm 분해능으로 측정할 수 있는 획기적인 정밀거리 측정기술을 제공할 수 있다.Therefore, as the amount of nanomaterial doped with thulium ions goes up to 1 wt%, 2 wt%, 4 wt%, and 8 wt%, we will provide an innovative precision distance measurement technology that can measure 1mm resolution, which was the limit of long-distance measurement, with 1nm resolution. can
특히 본 발명은 일반적으로 장거리를 측정할 때 나타나는 모호성(ambiguity)도 극복하여, 이론적으로 100만km를 모호성 없이 측정할 수 있다.In particular, the present invention can also theoretically measure 1 million km without ambiguity by overcoming ambiguity that appears when measuring a long distance in general.
만일 모니터링부(112)에서 모니터링된 수치에 있어서, 광사태 현상을 활용한 거리측정 장치(111)의 거리 측정 정보가 일정치에서 일정 범위의 변화를 가지는 경우 광사태 현상을 활용한 거리측정 장치(111)이 정상 동작하는 것으로 판단하고, 해당 범위를 벗어나는 경우 오작동하는 것으로 판단한다. If, in the numerical values monitored by the monitoring unit 112, the distance measurement information of the
상기 고장범위 설정과정의 수행을 위해 전송되는 상기 오동작 광사태 현상을 활용한 거리측정 장치(111)의 오동작 정보 또한 관리서버(150)로 전송된 후 평균 등의 방법에 의해 보정되어 정확도를 높일 수 있다.The malfunction information of the
그리고 상술한 오동작은 상기 광사태 현상을 활용한 거리측정 장치(111)의 개방 또는 단락 상태를 포함한다. 이에 따라 상기 오동작 또한 상기 광사태 현상을 활용한 거리측정 장치(111)의 특정 상태에서의 오동작 정보를 포함한다.And the above-described malfunction includes an open or short state of the
따라서 관리서버(150)는 각 툴륨 이온이 도핑된 나노물질의 중량% 중 거리 측정 정확도가 최적인 수치와 오동작이 발생하지 않는 최적의 수치를 계산할 수 있다.Accordingly, the
이 외에도 본 발명은 나노입자를 포함하는 광사태 현상을 활용한 거리측정 장치의 n 전극과 p 전극 등으로서, 하기 화학식 1 로 표시되는 카르복실 에스테르계 분산제를 포함하고, 상기 금속산화물 나노입자가 10 내지 40중량%가 사용된다.In addition to this, the present invention is an n-electrode and p-electrode of a distance measuring device utilizing an avalanche phenomenon including nanoparticles, including a carboxyl ester-based dispersant represented by the following
상기 나노 입자는 ZnO, CuO, BaCO3, Bi2O3, B2O3, CaCO3, CeO2, Cr2O3, Fe2O3, Ga2O3, In2O3, Li2CO3, LiCoO2, MgO, MnCO3, MnO2, Mn3O4, Nb2O5, PbO, Sb2O3, SnO2, SrCO3, Ta2O5, TiO2, BaTiO3, V2O5, WO3 및 ZrO2 중 어느 하나일 수 있다.The nanoparticles are ZnO, CuO, BaCO 3 , Bi2O 3 , B 2 O 3 , CaCO 3 , CeO 2 , Cr 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Ga 2 O 3 , In 2 O 3 , Li 2 CO 3 , LiCoO 2 , MgO, MnCO 3 , MnO 2 , Mn 3 O4, Nb 2 O 5 , PbO, Sb 2 O 3 , SnO 2 , SrCO 3 , Ta 2 O 5 , TiO 2 , BaTiO 3 , V 2 O 5 , WO 3 and ZrO 2 It may be any one of.
본 발명에 따른 거리측정시스템의 측정치를 이미지화한 길거리 거리 측정 이미지를 응용한 차선과 주차선을 검출을 위한 허프 변환은 수학식 1과 같은 전역 좌표계를 특정 지점으로부터 수학식 2와 같이 거리
이미지에서 차선과 주차선을 검출하기 위해 먼저 Sobel, gaussian, canny와 같은 경계선 검출 필터를 적용한 뒤, 각 픽셀의 값을 임계 값 이상, 이하 기준에 따라 이분화시켜 1 혹은 0의 값으로 나타낸다.In order to detect lanes and parking lines in an image, boundary detection filters such as Sobel, gaussian, and canny are first applied, and then the values of each pixel are divided into 1 or 0 according to the threshold above and below the threshold.
이 후 (x, y)지점에서 허프 변환 시에 나오는
결과적으로 허프 변환의 결과인 강도 값
허프 변환은 픽셀 내의 강도에 의존하지 않고 이분화 되어 있는 값을 통해 계산되므로, 만약 외곽선이 아닌 장애물 혹은 주변 환경들이 이분화의 결과로 1 혹은 0의 값 중 1의 값을 가진다면 아래 수학식 4와 같은 Radon Transform 방법을 이용한다.Since the Hough transform is calculated through the bisected value without depending on the intensity within the pixel, if an obstacle or surrounding environment other than an outline has a value of 1 among the values of 1 or 0 as a result of the bisection,
111 : 광사태 현상을 활용한 거리측정 장치
112 : 모니터링부
150 : 서버111: distance measuring device using light avalanche phenomenon
112: monitoring unit
150 : server
Claims (8)
관리서버는 광사태 현상을 활용한 거리측정 장치들의 일정 시간 동안의 거리 측정 정보를 저장하고, 각 툴륨 이온이 도핑된 나노물질의 중량% 중 거리 측정 정확도가 최적인 수치와 오동작이 발생하지 않는 최적의 수치를 계산하고,
거리측정시스템의 측정치를 이미지화한 길거리 거리 측정 이미지를 응용한 차선과 주차선을 검출을 위한 허프 변환은 수학식 1에 포함되는 전역 좌표계를 특정 지점으로부터 수학식 2에 포함되는 거리
상기 길거리 거리 측정 이미지에서 차선과 주차선을 검출하기 위해 먼저 Sobel, gaussian, 또는 canny 경계선 검출 필터를 적용한 뒤, 각 픽셀의 값을 임계 값 이상, 이하 기준에 따라 이분화시켜 1 혹은 0의 값으로 나타내며, 이 후 (x, y)지점에서 허프 변환 시에 나오는
상기 허프 변환은 픽셀 내의 강도에 의존하지 않고 이분화 되어 있는 값을 통해 계산되므로, 만약 외곽선이 아닌 장애물 혹은 주변 환경들이 이분화의 결과로 1 혹은 0의 값 중 1의 값을 가진다면 아래 수학식 4에 포함되는 Radon Transform 방법을 이용하는 것을 특징으로 하는 광사태 현상을 활용한 거리측정 시스템.
[수학식 1]
[수학식 2]
[수학식 3]
[수학식 4]
The management server stores the distance measurement information for a certain period of time of the distance measurement devices using the avalanche phenomenon, and the value with the optimal distance measurement accuracy among the weight% of each thulium ion-doped nanomaterial and the optimum value that does not cause malfunction calculate the number of
The Hough transform for detecting lanes and parking lines to which a street distance measurement image obtained by imaging a measurement value of a distance measurement system is applied is the distance included in Equation 2 from a specific point in the global coordinate system included in Equation 1
In order to detect lanes and parking lines in the street distance measurement image, a Sobel, gaussian, or canny boundary line detection filter is first applied, and then the value of each pixel is bisected according to a threshold value above and below a threshold value to a value of 1 or 0. After that, at the (x, y) point, the
Since the Hough transform is calculated through a bisected value without depending on the intensity within a pixel, if an obstacle or surrounding environment other than an outline has a value of 1 among the values of 1 or 0 as a result of the bisection, the following equation A distance measurement system using a light avalanche phenomenon, characterized in that it uses the Radon Transform method included in 4.
[Equation 1]
[Equation 2]
[Equation 3]
[Equation 4]
상기 나노입자는 1 중량% 내지 8 중량%인 것을 특징으로 하는 광사태 현상을 활용한 거리측정 시스템.The method according to claim 1,
The distance measuring system utilizing the avalanche phenomenon, characterized in that the nanoparticles are 1% to 8% by weight.
상기 툴륨 이온(Tm3+)을 이용한 이온도핑 공정을 이용하여 툴륨 이온층을 구현하는 것을 특징으로 하는 광사태 현상을 활용한 거리측정 시스템.The method according to claim 1,
A distance measuring system utilizing an avalanche phenomenon, characterized in that the thulium ion layer is implemented using an ion doping process using the thulium ion (Tm 3+ ).
관리서버는 광사태 현상을 활용한 거리측정 장치들의 일정 시간 동안의 거리 측정 정보를 저장하고, 각 툴륨 이온이 도핑된 나노물질의 중량% 중 거리 측정 정확도가 최적인 수치와 오동작이 발생하지 않는 최적의 수치를 계산하고,
거리측정시스템의 측정치를 이미지화한 길거리 거리 측정 이미지를 응용한 차선과 주차선을 검출을 위한 허프 변환은 수학식 1에 포함되는 전역 좌표계를 특정 지점으로부터 수학식 2에 포함되는 거리
상기 길거리 거리 측정 이미지에서 차선과 주차선을 검출하기 위해 먼저 Sobel, gaussian, 또는 canny 경계선 검출 필터를 적용한 뒤, 각 픽셀의 값을 임계 값 이상, 이하 기준에 따라 이분화시켜 1 혹은 0의 값으로 나타내며, 이 후 (x, y)지점에서 허프 변환 시에 나오는
상기 허프 변환은 픽셀 내의 강도에 의존하지 않고 이분화 되어 있는 값을 통해 계산되므로, 만약 외곽선이 아닌 장애물 혹은 주변 환경들이 이분화의 결과로 1 혹은 0의 값 중 1의 값을 가진다면 아래 수학식 4에 포함되는 Radon Transform 방법을 이용하는 것을 특징으로 하는 광사태 현상을 활용한 거리측정 시스템을 이용한 방법.
[수학식 1]
[수학식 2]
[수학식 3]
[수학식 4]
The management server stores the distance measurement information for a certain period of time of the distance measurement devices using the avalanche phenomenon, and the value with the optimal distance measurement accuracy among the weight% of each thulium ion-doped nanomaterial and the optimum value that does not cause malfunction calculate the number of
The Hough transform for detecting lanes and parking lines to which a street distance measurement image obtained by imaging a measurement value of a distance measurement system is applied is the distance included in Equation 2 from a specific point in the global coordinate system included in Equation 1
In order to detect lanes and parking lines in the street distance measurement image, a Sobel, gaussian, or canny boundary line detection filter is first applied, and then the value of each pixel is bisected according to a threshold value above and below a threshold value to be 1 or 0. After that, at the (x, y) point, the
Since the Hough transform is calculated through the bisected value without depending on the intensity within the pixel, if the obstacle or surrounding environment other than the outline has a value of 1 among the values of 1 or 0 as a result of the bisection, the following equation A method using a distance measurement system using a light avalanche phenomenon, characterized in that it uses the Radon Transform method included in 4.
[Equation 1]
[Equation 2]
[Equation 3]
[Equation 4]
상기 툴륨 이온은 1 중량% 내지 8 중량%인 것을 특징으로 하는 광사태 현상을 활용한 거리측정 시스템을 이용한 방법.6. The method of claim 5,
The method using a distance measuring system utilizing the avalanche phenomenon, characterized in that the thulium ion is 1 wt% to 8 wt%.
상기 툴륨 이온(Tm3+)을 이용한 이온도핑 공정 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광사태 현상을 활용한 거리측정 시스템을 이용한 방법.6. The method of claim 5,
The thulium ion (Tm 3+ ) using the ion doping process step; Method using a distance measurement system utilizing the avalanche phenomenon further comprising.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210085698A KR102386253B1 (en) | 2021-06-30 | 2021-06-30 | Distance measurement system using Avalanching Nano Particle and the method using it |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210085698A KR102386253B1 (en) | 2021-06-30 | 2021-06-30 | Distance measurement system using Avalanching Nano Particle and the method using it |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102386253B1 true KR102386253B1 (en) | 2022-05-13 |
Family
ID=81583496
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210085698A KR102386253B1 (en) | 2021-06-30 | 2021-06-30 | Distance measurement system using Avalanching Nano Particle and the method using it |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102386253B1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020049159A (en) * | 2000-12-19 | 2002-06-26 | 오길록 | Avalanche Photodetector |
| KR20090061307A (en) * | 2007-12-11 | 2009-06-16 | 한국전자통신연구원 | Cmos based planar type silicon avalanche photo-diode using silicon epitaxial layer and fabrication method thereof |
| KR20170049093A (en) * | 2015-10-28 | 2017-05-10 | 현대자동차주식회사 | Vehicle and controlling method for the vehicle |
-
2021
- 2021-06-30 KR KR1020210085698A patent/KR102386253B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020049159A (en) * | 2000-12-19 | 2002-06-26 | 오길록 | Avalanche Photodetector |
| KR20090061307A (en) * | 2007-12-11 | 2009-06-16 | 한국전자통신연구원 | Cmos based planar type silicon avalanche photo-diode using silicon epitaxial layer and fabrication method thereof |
| KR20170049093A (en) * | 2015-10-28 | 2017-05-10 | 현대자동차주식회사 | Vehicle and controlling method for the vehicle |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US12040415B2 (en) | High speed photosensitive devices and associated methods | |
| Hadfield et al. | Single-photon detection for long-range imaging and sensing | |
| JP5233535B2 (en) | Imaging device, visual field support device, night vision device, navigation support device, and monitoring device | |
| US8969850B2 (en) | Nano-structure arrays for EMR imaging | |
| US7193210B2 (en) | Composite structure providing steady-state non-equilibrium distribution of free carriers and IR system using same for photon energy up-conversion | |
| Martin et al. | 640x512 InGaAs focal plane array camera for visible and SWIR imaging | |
| US20140293263A1 (en) | LIDAR Comprising Polyhedron Transmission and Receiving Scanning Element | |
| JP2010067861A5 (en) | ||
| EP3155449A1 (en) | Vehicle lidar system | |
| Jiang et al. | InGaAsP/InP geiger-mode APD-based LiDAR | |
| US20130134309A1 (en) | Nonlinear optical and electro-optical devices and methods of use thereof for amplification of non-linear properties | |
| Itzler et al. | Geiger-mode APD single-photon cameras for 3D laser radar imaging | |
| Liu et al. | Enhancement of photoemission capability and electron collection efficiency of field-assisted GaN nanowire array photocathode | |
| CN102237432B (en) | Terahertz and infrared frequency band sensitive photon detector | |
| CN110021617A (en) | A kind of clutter reduction structure of InGaAs snowslide focus planar detector | |
| Itzler et al. | SWIR Geiger-mode APD detectors and cameras for 3D imaging | |
| US20210263155A1 (en) | Apparatus and method for optical sensing using an optoelectronic device and optoelectronic device arrays | |
| KR102386253B1 (en) | Distance measurement system using Avalanching Nano Particle and the method using it | |
| Zhang et al. | Development of a high performance 1280× 1024 InGaAs SWIR FPA detector at room temperature | |
| WO2018015507A1 (en) | Device and method for distance measurement | |
| Darwish et al. | Polymer-inorganic nanocomposite thin film emitters, optoelectronic chemical sensors, and energy harvesters produced by multiple-beam pulsed laser deposition | |
| Goel et al. | Self-powered photodetectors: a device engineering perspective | |
| KR20110093535A (en) | Near-infrared photodetector and image sensor employing the same and manufacturing method thereof | |
| WO2019012276A1 (en) | Single photon detector | |
| JP2013258328A (en) | Light-receiving element and optical device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |