• Current Optics and Photonics
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• 제7권5호
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• pp.485-495
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• 2023

The pixel size in high-resolution complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) image sensors continues to shrink due to chip size limitations. However, the pixel pitch's miniaturization causes deterioration of optical performance. As one solution, a quad color filter (CF) array with pixel binning has been developed to enhance sensitivity. For high sensitivity, the microlens structure also needs to be optimized as the CF arrays change. In this paper, the covered microlens, which consist of four microlenses covered by one large microlens, are proposed for the quad CF array in the backside illumination pixel structure. To evaluate the optical performance, the suggested microlens structure was simulated from 0.5 ㎛ to 1.0 ㎛ pixels at the center and edge of the sensors. Moreover, all pixel structures were compared with and without in-pixel deep trench isolation (DTI), which works to distribute incident light uniformly into each photodiode. The suggested structure was evaluated with an optical simulation using the finite-difference time-domain method for numerical analysis of the optical characteristics. Compared to the conventional microlens, the suggested microlens show 29.1% and 33.9% maximum enhancement of sensitivity at the center and edge of the sensor, respectively. Therefore, the covered microlens demonstrated the highly sensitive image sensor with a quad CF array.

• Journal of the Optical Society of Korea
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• 제20권4호
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• pp.488-499
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• 2016

We present a design and optical simulation of a cost-effective hybrid daylighting/LED system composed of mixing sunlight and light-emitting diode (LED) illumination powered by renewable solar energy for indoor lighting. In this approach, the sunlight collected by the concentrator is split into visible and non-visible rays by a beam splitter. The proposed sunlight collector consists of a Fresnel lens array. The non-visible rays are absorbed by the solar photovoltaic devices to provide electrical power for the LEDs. The visible rays passing through the beam splitters are coupled to a stepped thickness waveguide (STW) by tilted mirrors and confined by total internal reflection (TIR). LEDs are integrated at the end of the STW to improve the lighting quality. LEDs’ light and sunlight are mixed in the waveguide and they are coupled into an optical fiber bundle for indoor illumination. An optical sensor and lighting control system are used to control the LED light flow to ensure that the total output flux for indoor lighting is a fixed value when the sunlight is inadequate. The daylighting capacity was modeled and simulated with a commercial ray tracing software (Lighttools^TM). Results show that the system can achieve 63.8% optical efficiency at geometrical concentration ratio of 630. A required accuracy of sun tracking system achieved more than ±0.5^o . Therefore, our results provide an important breakthrough for the commercialization of large scale optical fiber daylighting systems that are faced with challenges related to high costs.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권9호
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• pp.17-24
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• 2020

본 연구는 제방 균열의 탐지를 위해 드론 기반의 초분광 영상을 활용하여 균열의 분광정보 및 반사율을 분석하는 것이 목적이다. 초분광 센서는 드론에 탑재된 Nano-Hyperspec을 사용하였으며 안동댐 하류 제방 균열을 대상으로 조도별 초분광 영상을 촬영하였다. 조도와 최대강도에 대한 분석 결과 상관관계를 보였으며 비균열 영역과 균열 영역의 결정계수는 각각 0.9864, 0.9851로 계산되었다. 각 영역별 같은 포인트의 반사율은 조도에 상관없이 유사한 값과 패턴을 보였으며 반사율 계산 시 기준이 되는 백색판이 조도에 따라 변하기 때문인 것으로 판단된다. 균열 영역에서 반사율은 비균열 영역에 비해 가시광선에서는 5.65%, 근적외선에서는 4.58% 낮게 나타났다. 향후 드론 촬영을 위한 짐벌 방향과 카메라 각도 등이 보정되면 좀더 정확한 균열 탐지가 가능하며 특히 초분광 영상은 일반 RGB 영상으로 확인이 어려운 균열 심도, 점토광물 종류 등에 대한 탐지가 가능하기 때문에 제방 안정성 평가를 위한 선제적 대응방법이 될 것으로 판단된다.

• 한국광학회지
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• 제22권3호
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• pp.151-158
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• 2011

본 논문에서는 반사형 장거리 정밀 변위 감지기용 광학계를 설계하고 실제 구성을 해 봄으로써 작동 성능을 측정한 결과를 소개하고자 한다. 10 m ~ 250 m 거리에 있는 교량 및 건축물 등의 진동 및 변위를 감지하는 장거리 변위 감지기용 광신호 송신 및 수신용 광학계를 설계하고, 관측 거리에 따라 관측 대상체에 다양한 반사광학계를 설치하여 실제 제작된 변위 감지기의 변위 감지 분해능을 측정하였다. 광신호 송신부는 두 개의 850 nm 파장대 LED와 수렴광학계로 구성되고, 수신부에서는 위치 센서(PSD: Position Sensitive Detector)와 망원형 수렴광학계가 사용되었다. 관측 대상체의 거리에 따라 10 m 거리에서는 0.1 mm 변위 분해능과 250 m 거리에서는 3 mm 이하의 변위 분해능이 가능함을 확인하였다.

• 전기전자학회논문지
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• 제26권3호
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• pp.422-429
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• 2022

조도센서 칩은 아날로그 회로의 트리밍이나 디지털 레지스터의 초기 값을 셋팅하기 위해 소용량의 eFuse(electrical Fuse) OTP(One-Time Programmable) 메모리 IP(Intellectual Property)를 필요로 한다. 본 논문에서는 1.8V LV(Low-Voltage) 로직 소자를 사용하지 않고 3.3V MV(Medium Voltage) 소자만 사용하여 128비트 eFuse OTP IP를 설계하였다. 3.3V 단일 MOS 소자로 설계한 eFuse OTP IP는 1.8V LV 소자의 gate oxide 마스크, NMOS와 PMOS의 LDD implant 마스크에 해당되는 총 3개의 마스크에 해당되는 공정비용을 줄일 수 있다. 그리고 1.8V voltage regulator 회로가 필요하지 않으므로 조도센서 칩 사이즈를 줄일 수 있다. 또한 조도센서 칩의 패키지 핀 수를 줄이기 위해 프로그램 전압인 VPGM 전압을 웨이퍼 테스트 동안 VPGM 패드를 통해 인가하고 패키징 이후는 PMOS 파워 스위칭 회로를 통해 VDD 전압을 인가하므로 패키지 핀 수를 줄일 수 있다.

• Journal of Platform Technology
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• 제10권3호
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• pp.60-68
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• 2022

AI 기술이 발전함에 따라 자율주행의 안전성에 관한 관심이 대두되고 있다. 최근, 자율주행의 차량이 증가하고 있지만 그에 대한 부작용을 해소하기 위한 노력은 다소 부진한 실정이다. 특히, 야간에 운행되는 자율주행 차량은 더욱 많은 문제들을 안고 있다. 운행의 다양한 환경에서 야간 주행의 환경은 매우 중요한 요소이다. 이에, 본 연구에서는 야간 자율주행 차량에서 핵심적인 문제점으로 부상하고 있는 반대 차량의 전조등 또는 주위 다양한 조명에 의해 발생되는 반사광을 감소시키는 방안을 제안한다. 이를 위하여, 먼저, 야간 주행 중에 센서에 의해 획득한 영상에서 반사광 특성 정보를 활용하여 조명 반사광을 추출한 후, 반사계수를 활용한 각 픽셀의 색상을 찾아 specular 영역을 감소한다. 그 후 영역의 밝기성분만을 이용한 새로운 영역을 찾아 최종적으로 이를 감소하는 방안을 제시한다. 조명 반사광을 완벽히 감소할 수는 없지만 대체적으로 만족할 만한 결과를 얻을 수 가 있었다. 따라서 제안된 연구 방법이 야간에서의 자율주행에서 다양한 단점 및 문제들을 해결하고 사고를 줄이는 방법에 기여할 것으로 사료된다.

• 전자공학회논문지SC
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• 제44권3호
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• pp.29-33
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• 2007

균일한 빛 에너지에 대하여 영상센서의 모든 픽셀은 이상적으로는 균일하게 반응해야하지만 실제적으로는 그렇지 않다. 이러한 영상센서의 불균일 특성은 픽셀자체의 특성과 광학모듈 특성 등에 의하여 발생한다. 영상센서의 불균일 특성은 고정된 형태의 잡음으로 다양한 보정 알고리즘에 의해 보정될 수 있으며 보정능력에 따라 더욱 우수한 영상 품질을 기대할 수 있다. 보통, 영상센서의 불균일 보정은 적절한 알고리즘에 의해 보정계수를 구한 후 이를 적용하여 이루어진다. 본 논문에서는 모든 광량영역에서 좀 더 정확하고 신뢰성 있는 최적의 픽셀 불균일 보정계수 계산 알고리즘을 제안한다. 제안한 알고리즘은 불균일 특성을 향상시키기 위해 센서를 1차원으로 모델링하였으며 보정계수를 구하기 위해 여러 광량레벨에서 측정데이터를 얻고 최적의 해를 얻기 위해 최소자승법을 이용한다. 논문에서는 보정계수 획득을 위해 적분구, 프래임그래버를 탑재한 컴퓨터 및 제안한 알고리즘을 구현한 소프트웨어를 사용하였다. 또한 자체 구현한 카메라와 별도의 시험셋업을 이용하여 불균일 시험을 수행하여 제안한 알고리즘을 검증하였다. 제안한 알고리즘을 보정 전 결과 및 기존 방법의 결과와 비교하였으며, 비교 결과, 제안한 알고리즘이 모든 광량에서 가장 좋고 신뢰성 있는 결과를 보여주었다.

• 전자공학회논문지SC
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• 제48권5호
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• pp.1-6
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• 2011

LED(Light Emitting Diode) 소자는 현대 기술의 발달로 형광등이나 전구보다 수명이 길고 전력소모가 작으며 제어가 쉽다는 장점을 가지고 있다. 이러한 이유로 LED 소자를 이용한 조명이 많이 사용되고 있다. 최근 LED 소자의 고속응답특성을 이용한 통신기법인 가시광통신(Visible Light Communication, 이하 VLC)이 주목받기 시작하였다. VLC의 경우 전파를 사용하지 않아 주파수 할당이 필요가 없으며, 데이터전송에 ISM(Industrial Scientific Medical band)과 같은 간섭 또한 존재하지 않는다. 그렇기 때문에 VLC에 관한 연구 결과가 많이 나오고 있다. 본 논문에서는 기존의 LED 조명을 사용한 VLC와 수중환경에서의 VLC에 대한 survey를 진행하고 활용방법을 살펴보았다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제21권1호
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• pp.1-11
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• 1997

Austomated visual inspection(AVI) capability has become an important key component in the automated manufacturing system. In such a visual inspection system an intensity(or color) image of a scene is quickly affected by optical property of objects, condition and roughness of surface, lens and filters, image sensor property and lighting system. In particular, the lighting system disign is the most important factor, since it affects overall performance of the visual system. For fast and cheap automated visual inspection system it is important to obtain the good image quality which results from careful attention to the design of the lighting system. In this paper, the lighting subsystem of AVI system is analysed for the inspection of printed circuit board(PCB) patterns. The spectral reflectance of materials, which are composed of PCB, is measured for choosing the light source. The reflection property is theoretically obtained by a reflection model and also obtained by experiments which measure intensity with varying the viewing direction of image sensor and the lighting direction of illuminator. The illumination uniformity of a ring-type illuminator. The lighting system is designed based upon the experimental results and theoretial analysis.

• 항공우주기술
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• 제9권1호
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• pp.28-34
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• 2010

균일한 광량의 빛이 카메라에 입력되었을 때 카메라 영상센서 각 픽셀은 이상적으로는 균일한 응답을 보여주어야 하지만 실제로는 그렇지 않다. 이러한 픽셀의 불균일 응답 특성은 영상품질에 직접적으로 영향을 미치지만, 고정된 형태의 잡음이므로 보정과정을 통해서 잡음을 제거할 수 있다. 영상센서 불균일 보정 방법은 특정 광량에서의 기준값만을 가지고 보정계수를 구하는 방법 등을 사용하곤 했지만, 센서의 비선형성으로 인하여 신호가 작은 경우, 혹은 반대로 아주 큰 경우에서는 보정 효과가 크지 않다. 따라서, 본 논문에서는 이러한 영상센서의 비선형 특성을 고려하여 픽셀 불균일 보정계수 계산하는 방법을 기술하고 자체 구현한 카메라와 별도의 시험셋업을 이용하여 불균일도 시험을 수행하여 알고리즘을 검증하였다. 시험결과는 비선형성 모델을 기반으로 한 보정 알고리즘을 적용했을 때, 모든 광량에서 가장 좋은 성능을 보여주었다.