표제지
Abstract
요약
목차
제1장 서론 13
1.1. 연구배경 13
1.2. 연구목적 15
1.3. 연구내용 16
1.4. 논문 구성 17
제2장 이론적 배경 18
2.1. 전자광학시스템의 레이저 거리측정기 18
2.1.1. 레이저 거리측정기의 개념 19
2.1.2. 레이저 발진기 21
2.1.3. 레이저 검출기 33
2.1.4. 레이저 송/수신 광학계 50
2.2. 레이저 거리측정기 성능 분석 51
2.2.1. 레이저 거리측정기 성능 분석 기본 개념 51
2.2.2. 표적 종류에 따른 성능 차이 분석 52
2.2.3. 레이저 반사파 개념 55
2.2.4. 거리측정 시뮬레이션 59
제3장 개선 방안 분석 및 설계내용 64
3.1. 태양광 에너지의 영향 64
3.1.1. 태양광 에너지의 영향성 분석 64
3.1.2. 태양광 에너지의 입사량 측정 66
3.2. 레이저 거리측정기 성능 향상 방안 및 설계 내용 68
3.2.1. 유동 경계값 설정 방안 68
3.2.2. 검출기 민감도 설정값 비교 70
제4장 시뮬레이션 및 실험 결과 74
4.1. 시뮬레이션 결과 분석 74
4.1.1. 거리측정 성능 시뮬레이션 74
4.1.2. 개선 방안 적용 성능 시뮬레이션 77
제5장 결론 79
참고문헌 81
표 2.1. 플래쉬램프 사양 26
표 2.2. 암반 표적 별 레이저 반사율 비교 53
표 2.3. 나뭇잎 표적 별 레이저 반사율 비교 54
표 2.4. 수분 함량에 따른 반사율 비교 54
표 3.1. 주변 환경조건에 따른 측정치 변화 67
표 4.1. 측정 저항치와 검출기 민감도와의 관계 74
표 4.2. 레이저거리측정기 분석 사양 74
표 4.3. 시뮬레이션 시 주위 환경 및 표적 조건 75
그림 2.1. 전자광학시스템 운용 개념 18
그림 2.2. 레이저거리측정기 개념 19
그림 2.3. 레이저거리측정기 구성 20
그림 2.4. 전자 에너지 준위 변화에 따른 광자 흡수/방출 22
그림 2.5. 레이저 물질에 따른 출력 파장 23
그림 2.6. Nd:YAG 매질의 에너지 준위 시스템 24
그림 2.7. 레이저 공진기 구성 25
그림 2.8. Nd:YAG 매질의 에너지 흡수 스펙트럼 25
그림 2.9. 플래쉬 램프 작동 원리 27
그림 2.10. 레이저 공진기 원리 27
그림 2.11. Q-스위치 역할1 29
그림 2.12. Q-스위치 역할2 29
그림 2.13. 자유발진과 Q-스위치 발진 비교 30
그림 2.14. Raman 발진기 구성 31
그림 2.15. Raman 발진기 실제 형상 31
그림 2.16. N형 반도체 33
그림 2.17. P형 반도체 33
그림 2.18. P/N 접합 34
그림 2.19. P/N접합 후 평형상태 35
그림 2.20. 공핍영역의 생성 36
그림 2.21. 높은 농도의 불순물 첨가 상태 37
그림 2.22. 낮은 농도의 불순물 첨가 상태 37
그림 2.23. 순방향 다이오드 형상 38
그림 2.24. 순방향(Forward bias) 전압 인가 38
그림 2.25. 순방향(Forward bias) 전압-전류 39
그림 2.26. 역방향 다이오드 형상 39
그림 2.27. 역방향(Reverse bias) 전압 인가 39
그림 2.28. 역방향(Reverse bias) 전압-전류 40
그림 2.29. 포토 다이오드 작동 개념 41
그림 2.30. PIN 포토다이오드 형태 42
그림 2.31. PIN 포토 다이오드의 작동 43
그림 2.32. Avalanche 효과 개요 44
그림 2.33. 구성 물질에 따른 APD 특성 45
그림 2.34. 구성 물질별 반응 파장대역 46
그림 2.35. 구성 물질별 포토 다이오드 특성 46
그림 2.36. Si APD 검출기의 구조 47
그림 2.37. InGaAs APD 검출기의 구조 47
그림 2.38. 다이오드의 I-V 곡선 48
그림 2.39. InGaAs APD의 I-V 곡선 48
그림 2.40. 레이저 검출기 구조 49
그림 2.41. 레이저 송신부 광학계(갈릴레이 망원경) 50
그림 2.42. 레이저 거리측정기의 거리측정 과정 52
그림 2.43. Diffuse 표적에 대한 반사 특성 55
그림 2.44. Diffuse 표적에 대한 빛의 반사 형태 56
그림 2.45. Lambert 법칙에 따른 반사율 57
그림 2.46. Specular 표적에 대한 반사 특성 58
그림 2.47. 자연물 표적의 반사 형태 59
그림 2.48. 레이저 발산각에 의한 레이저 표적 도달 61
그림 3.1. 태양광 복사에너지의 에너지 밀도 65
그림 3.2. 시험용 레이저거리측정기 형상 66
그림 3.3. 민감도 제어용 가변저항 장착 회로도 69
그림 3.4. 민감도 제어용 디지털 가변저항 장착 회로도 69
그림 3.5. FAR 가변 SW 기능 흐름도 71
그림 3.6. 태양광 에너지 입사 조건에 따른 검출기 출력 파형 비교 72
그림 3.7. 고정 경계값 설정 방식에서의 FAR 비교 72
그림 3.8. 유동 경계값 설정 방식에서의 FAR 비교 73
그림 4.1. 기존장비의 최대 거리측정 성능 75
그림 4.2. 기존장비 암실 조건에서의 최대 거리측정 성능 76
그림 4.3. 개선 장비의 악조건 시뮬레이션 결과 77
그림 4.4. 개선 장비 선조건 시뮬레이션 결과 78
수식 2.1. Raman cell 파장 변이 30
수식 2.2. 가우시안 레이저 출력에 대한 최대 거리 분석 59