KR101433189B1 - 광학 센서 및 영상 생성 방법 - Google Patents

광학 센서 및 영상 생성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광학 센서 및 영상 생성 방법에 관한 것으로, SPAD 어레이 센서, 그리고 SPAD 어레이 센서에 대향하도록 제공되며, 복수의 나노홀을 구비하는 나노홀 어레이를 포함하는 광학 센서를 제공한다.

Description

광학 센서 및 영상 생성 방법{CMOS PHOTONICS DETECTOR AND IMAGE GENERATION METHOD}
본 발명은 광학 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 분자 수준의 물질에 대한 영상 정보를 생성하는 광학 센서 및 이의 영상 생성 방법에 관한 것이다.
현대 사회의 환경 오염 물질 즉 중금속이나 최근 문제가 되고 있는 방사능 또는 불산 등에 의한 생체의 오염도를 판별하는 것은 매우 중요하다. 환경오염 물질은 축적에 따른 영향이 장기적으로 발생하므로 오염 시기에 따라 생체의 오염도를 판별하는 것이 중요하다. 종래에는 EMCCD(Electron Muliplication Charge Coupled Device) 또는 PMT(Photo Multiplier Tube)를 사용하여 분석 대상 물질에 대한 광학 영상을 촬영한다. 이러한 장비는 감도와 속도 및 단가 측면에서 단점을 갖는다. 즉, 기존의 광학 센서는 실시간 측정이 어렵고, 분해능이 낮아 분자 수준의 측정이 어려운 문제점을 갖는다. 이와 같이, 기존의 진단 장비는 생체 내의 중금속, 방사능 물질 등 분자 수준의 오염도를 판별하는 수준에는 이르지 못하고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 SPAD 어레이 센서를 이용하여 높은 분해능을 갖는 영상을 생성하는 것에 있다.
본 발명은 분자 수준의 물질에 대한 영상을 생성할 수 있는 광학 센서 및 영상 생성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 생체의 분자 수준의 오염 정도를 정확하게 측정할 수 있는 광학 센서 및 영상 생성 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 광학 센서는 SPAD 어레이 센서; 그리고 상기 SPAD 어레이 센서에 대향하도록 제공되며, 복수의 나노홀을 구비하는 나노홀 어레이를 포함한다.
일 실시 예로, 상기 복수의 나노홀은 상기 나노홀 어레이에 관통 형성될 수 있다.
일 실시 예로, 상기 복수의 나노홀은 상기 나노홀 어레이에 일정한 주기를 갖고 규칙적으로 배열되어 형성될 수 있다.
일 실시 예로, 상기 복수의 나노홀은 상기 나노홀 어레이에 2차원의 행과 열을 이루어 1nm 이상 100nm 이하의 주기를 갖고 규칙적으로 배열되어 형성될 수 있다.
일 실시 예로, 상기 광학 센서는 상기 나노홀 어레이를 기준으로 상기 SPAD 어레이 센서의 반대편에 제공되며, 상기 나노홀 어레이를 향해 광을 발생시키는 광원부를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 광원부는 펄스 형태의 상기 광을 발생할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 나노홀 어레이는 상기 광원부로부터의 상기 광이 상기 복수의 나노홀을 통과하여 상기 SPAD 어레이 센서로 입사되도록 제공될 수 있다.
일 실시 예로, 상기 SPAD 어레이 센서는 상기 나노홀 어레이의 서로 다른 나노홀을 통과하여 입사되는 상기 광의 시간 정보에 기초하여, 상기 나노홀 어레이에 배치된 물질에 대한 영상 정보를 생성할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 물질은 중금속 물질, 방사능 물질, 유독 화학물질 중의 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 SPAD 어레이 센서는 상기 물질에 대한 상기 영상 정보를 1nm 이상 100nm 이하의 해상도로 생성할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 영상 정보는 상기 복수의 나노홀의 간격에 대응하는 해상도를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 광을 나노홀 어레이의 복수의 나노홀에 통과시켜 SPAD 어레이 센서로 입사시키는 단계; 그리고 상기 SPAD 어레이 센서가 상기 나노홀 어레이의 서로 다른 나노홀을 통과하여 입사되는 상기 광의 시간 정보에 기초하여, 상기 나노홀 어레이에 배치된 물질에 대한 영상 정보를 생성하는 단계를 포함하는 영상 생성 방법이 제공될 수 있다.
일 실시 예로, 상기 SPAD 어레이 센서로 입사시키는 단계는 펄스 형태의 상기 광을 발생하여 상기 나노홀 어레이로 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 영상 정보를 생성하는 단계는 상기 SPAD 어레이 센서가 상기 나노홀 어레이에 일정한 주기를 갖고 규칙적으로 배열되어 형성된 상기 서로 다른 나노홀을 통과하여 입사되는 상기 광의 시간 정보에 기초하여, 상기 나노홀 어레이에 배치된 물질에 대한 영상 정보를 생성할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 영상 정보를 생성하는 단계는 상기 SPAD 어레이 센서가 중금속 물질, 방사능 물질, 유독 화학물질 중의 적어도 하나 이상을 포함하는 상기 물질에 대한 상기 영상 정보를 생성할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 영상 정보를 생성하는 단계는 상기 SPAD 어레이 센서가 상기 물질에 대한 상기 영상 정보를 1nm 이상 100nm 이하의 해상도로 생성할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 영상 정보를 생성하는 단계는 상기 복수의 나노홀의 간격에 대응하는 해상도를 갖는 상기 영상 정보를 생성할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, SPAD 어레이 센서를 이용하여 높은 분해능을 갖는 영상을 생성할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 의하면, 중금속, 방사능, 유독 화학 물질 등 분자 수준의 물질을 감지할 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학 센서의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학 센서의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학 센서를 구성하는 SPAD 어레이 센서의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상 생성 방법의 흐름도이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적인 사전들에 의해 정의된 용어들은 관련된 기술 그리고/혹은 본 출원의 본문에 의미하는 것과 동일한 의미를 갖는 것으로 해석될 수 있고, 그리고 여기서 명확하게 정의된 표현이 아니더라도 개념화되거나 혹은 과도하게 형식적으로 해석되지 않을 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 광학 센서는 SPAD(Single Photon Avalanche Diode) 어레이 센서에 대향하도록 제공되며, 복수의 나노홀을 구비하는 나노홀 어레이를 구비한다. 광원부의 광은 복수의 나노홀을 통과하여 SPAD 어레이 센서로 입사되며, SPAD 어레이 센서는 서로 다른 나노홀을 통과하여 입사된 광의 시간 정보를 분석하여 나노홀 어레이에 배치된 분자 수준의 물질에 대한 영상 정보를 생성한다. 이에 따라, SPAD 어레이 센서를 이용하여 높은 분해능을 갖는 영상을 생성할 수 있으며, 중금속, 방사능, 유독 화학 물질 등 분자 수준의 물질의 오염 정도를 정확하게 감지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학 센서의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학 센서의 개념도이다. 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학 센서(100)는 광원부(110), 나노홀 어레이(120), 그리고 SPAD 어레이 센서(130)를 포함한다.
나노홀 어레이(nano-hole array)(120)는 SPAD 어레이 센서(130)에 대향하도록 제공되며, 복수의 나노홀(nano-hole)(121)을 구비한다. 일 실시 예로, 나노홀 어레이(120)는 얇은 평판 형태로 제공될 수 있다. 나노홀 어레이(120)의 상면에는 예를 들어 생체 물질(150)과 같은 측정 대상 물질이 공급된다. 생체 물질(150)은 중금속이나, 방사능 또는 유독 화학 물질과 같은 미세한 오염 물질(140)에 의해 오염될 수 있다.
생체 물질(150)에 붙은 분자 수준의 미세한 오염 물질(140)을 정확하게 검출하기 위해서는 분자 수준의 높은 해상도로 영상을 생성해야 한다. 이를 위해, 나노홀 어레이(120)에는 복수 개의 나노홀(121)이 관통 형성된다. 일 실시 예로, 복수의 나노홀(121)은 나노홀 어레이(120)에 일정한 주기, 예를 들어 1nm 이상 100nm 이하의 주기를 갖고 규칙적으로 배열되어 형성될 수 있다. 복수 개의 나노홀(121)은 나노홀 어레이(120)에서 2차원의 행과 열을 이루어 1nm 이상 100nm 이하의 일정한 주기를 갖고 규칙적으로 배열될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 광학 센서(100)는 복수 개의 나노홀(121) 간의 간격에 대응하는 해상도로 영상을 생성할 수 있다. 나노홀(121)들 간의 간격이 작을수록, 높은 해상도의 영상이 생성될 것이다. 검출 대상인 오염 물질(140)의 종류에 따라서, 서로 다른 나노홀 어레이(120)가 오염 물질(140)의 영상을 생성하기 위해 이용될 수 있다. 검출하고자 하는 오염 물질(140)이 평균적으로 작은 크기를 가질수록, 나노홀(121)들 간의 거리가 작은 나노홀 어레이(120)가 이용될 수 있다.
나노홀 어레이(120)는 예를 들어 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt) 또는 알루미늄(Al)과 같은 금속 박막 상에 전자빔 리소그래피(electron-beam lithography)를 이용하여 나노홀(121)들을 형성하여 제조될 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 각 나노홀(121)은 원형, 타원형, 또는 다각형 등의 형상으로 형성될 수 있다.
도 2에 도시한 실시 예에서 나노홀 어레이(120)는 SPAD 어레이 센서(130)와 평행을 이루면서 대향되지만, 나노홀 어레이(120)는 도 2에 도시한 바와 다르게 SPAD 어레이 센서(130)와 평행하지 않게 대향될 수도 있다. 다만, 나노홀 어레이(120)와, SPAD 어레이 센서(130)는 광원부(130)로부터 출사되어 나노홀 어레이(120)의 나노홀(121)들을 통과한 광이 SPAD 어레이 센서(130)로 입사될 수 있도록 설치될 것이다.
광원부(110)는 나노홀 어레이(120)를 기준으로 SPAD 어레이 센서(110)의 반대편에 제공된다. 광원부(110)는 나노홀 어레이(120)를 향해 광을 출사한다. 일 실시 예로, 광원부(110)는 단일 펄스 또는 연속 펄스 형태의 광을 발생할 수 있다. 광원부(110)로부터 출사된 광은 나노홀 어레이(120)의 서로 다른 나노홀(121)을 통과하여 SPAD 어레이 센서(130)로 입사될 것이다. 광원부(110)는 예를 들어 소정의 파장을 갖는 광을 발생하는 헬륨-카드뮴 레이저 광원, 아르곤-아이온 레이저 광원 또는 헬륨-네온 레이저 광원일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
SPAD 어레이 센서(130)는 나노홀 어레이(120)에 대향하도록 제공된다. SPAD 어레이 센서(130)는 나노홀 어레이(120)의 서로 다른 나노홀(121)을 통과하여 입사되는 광들의 시간 정보에 기초하여, 나노홀 어레이(120)에 배치된 생체 물질(150), 오염 물질(140) 등에 대한 영상 정보를 생성할 것이다. 오염 물질(140)은 예를 들어, 중금속 물질, 방사능 물질 또는 유독 화학물질 등과 같이 분자 수준의 크기를 갖는 미세 물질일 수 있다.
서로 다른 나노홀(121)을 통과한 서로 다른 광은 SPAD 어레이 센서(130)로 입사될 때, 서로 다른 위상, 즉 시간 차를 가질 것이다. SPAD 어레이 센서(130)는 서로 다른 나노홀(121)을 통과하여 각 픽셀(131)로 입사되는 광의 위상에 대응하는 시간 정보를 분석하여 영상을 생성할 수 있다.
SPAD 어레이 센서(130)는 나노홀 어레이(120)에 격자 형태로 일정한 간격으로 배열된 나노홀(121)들을 통과한 광들의 시간 정보를 이용하여 영상을 생성하므로, 서로 다른 나노홀(121)을 통과한 광들의 시간 정보에 대한 불확실성이 해소될 수 있다. 이에 따라, SPAD 어레이 센서(130)는 오염 물질(140)과 같은 분자 수준의 물질에 대한 영상 정보를 1nm 이상 100nm 이하의 높은 해상도로 생성할 것이다. SPAD 어레이 센서(130)에 의해 생성되는 영상의 해상도는 나노홀 어레이(120)의 나노홀(121)들의 간격에 의존할 것이다. 보다 좁은 간격으로 나노홀(121)들이 배열된 나노홀 어레이(120)를 이용할수록, 높은 해상도의 영상을 얻게 될 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학 센서를 구성하는 SPAD 어레이 센서의 구성도이다. 도 3을 참조하면, SPAD 어레이 센서(130)는 단일 광자 픽셀 어레이(131), 멀티플렉서(132), 시간 디지털 변환기(133), 지연 동기 루프(134), 컨트롤러(135,136), 파이프라인 다중화기(137), 그리고 출력 버스(138)를 포함한다. 단일 광자 픽셀 어레이(131) 및 시간 디지털 변환기(133)들은 하나의 집적 회로에 집적될 수 있다.
단일 광자 픽셀 어레이(Single-Photon Pixel Array)(131)의 각 픽셀은 단일 광자 애벌런치 다이오드(SPAD; Single Photon Avalanche Diode)를 이용하여 광의 입사를 검출한다. 도 3에서, 단일 광자 픽셀 어레이(131)는 128×128 픽셀들(pixels)을 갖지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시 예에서, 단일 광자 픽셀 어레이(131)는 32개의 멀티플렉서(132)에 연결되며, 각 멀티플렉서(132)에 의해 4개의 픽셀로 된 그룹이 하나의 시간 디지털 변환기(133)를 공유한다. 시간 디지털 변환기(TDC; Time-to-Digital Converters)(133)는 대응하는 각 픽셀에 대하여 측정 개시 시간과 광자의 도착 시간 사이의 시간 간격(time interval)을 연산한다.
이때, 32개의 시간 디지털 변환기(133)는 각각 나노홀 어레이(120)의 나노홀(121)들을 통과하여 단일 광자 픽셀 어레이(131)의 픽셀들로 입사된 광의 시간 정보를 소정의 분해능(예를 들어, 97ps)으로 측정할 수 있다. 각 시간 디지털 변환기(133)는 주어진 열의 128개의 픽셀들에 공유될 수 있다. 각 시간 디지털 변환기(133)는 지연 동기 루프(DLL; Delay Locked Loop)(134)로부터 동기된 클록 신호를 입력받아 동작한다.
컨트롤러(135,136)는 내부적으로 활용되는 신호들을 생성하고, 신호들의 인터페이스를 제어하며, 시간 디지털 변환기(133)에 의해 생성된 데이터를 처리한다. 파이프라인 시간 다중화기(pipelined time-multiplexer)(137)는 전체 시간 디지털 변환기(133)에서 생성되는 데이터보다 빠른 주파수에서 고속으로 동작하며, 시간 디지털 변환기(133)에 의해 생성된 데이터를 출력 버스(138)로 전송한다. 이와 같이, SPAD 어레이 센서(130)에 의하여 광들의 시간 정보를 산출할 수 있으며, 영상 처리를 통해 최종적으로 영상 정보를 생성할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 광학 센서는 도 1 내지 도 3에 도시된 실시 예의 구성들 외에, 예를 들어, 광원부(110)와 나노홀 어레이(120)의 사이 혹은 나노홀 어레이(120)와 SPAD 어레이 센서(130)의 사이에, 광의 경로를 변환하거나 집광 또는 분산시키는 미러, 렌즈 등의 광학 수단을 더 포함할 수도 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학 센서의 동작과 작용, 그리고 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상 생성 방법에 대해 설명한다. 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상 생성 방법의 흐름도이다. 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상 생성 방법은 광원부(110)로부터 광을 나노홀 어레이(120)의 복수의 나노홀(121)에 통과시켜 SPAD 어레이 센서(130)로 입사시키는 단계(S41), 그리고 나노홀 어레이(120)의 서로 다른 나노홀(121)을 통과하여 입사되는 광의 시간 정보에 기초하여, SPAD 어레이 센서(130)가 나노홀 어레이(120)에 배치된 물질(140)에 대한 영상 정보를 생성하는 단계(S42)를 포함한다.
단계 S41 내지 단계 S42를 수행하기 전에, 광원부(110), 나노홀 어레이(120), SPAD 어레이 센서(130)가 광 경로를 기준으로 순차적 위치 관계를 갖도록 배치될 것이다. 이때, 나노홀 어레이(120)와 SPAD 어레이 센서(130)는, 광원부(110)로부터 출사되어 나노홀 어레이(120)의 나노홀(121)들을 관통한 광이 SPAD 어레이 센서(130)의 단일 광자 픽셀 어레이(131)로 입사되도록 배치될 것이다.
광원부(110), 나노홀 어레이(120), SPAD 어레이 센서(130)가 배치되면, 단계 S41에서 광원부(110)는 나노홀 어레이(120)로 펄스 형태의 광을 출사한다. 광원부(110)로부터 출사된 광은 나노홀 어레이(120)의 나노홀(121)을 통과하여 SPAD 어레이 센서(130)로 입사될 것이다. 복수의 나노홀(121)이 나노홀 어레이(120)에 일정한 주기, 예를 들어 1nm 이상 100nm 이하의 주기를 갖고 규칙적으로 배열되어 형성될 경우, 나노홀(121)들을 통과하여 SPAD 어레이 센서(130)로 입사되는 광들 역시 기하적으로 일정한 규칙성을 갖게 될 것이다. 서로 다른 나노홀(121)을 통과한 서로 다른 광은 서로 다른 위상, 즉 시간 차를 가지고 SPAD 어레이 센서(130)로 입사될 것이다.
단계 S42에서 SPAD 어레이 센서(130)는 나노홀 어레이(120)에 서로 다른 나노홀(121)을 통과하여 입사되는 광들의 시간 정보를 분석하여, 나노홀 어레이(120)에 배치된 오염 물질(140)에 대한 영상 정보를 생성할 수 있다. SPAD 어레이 센서(130)는 서로 다른 나노홀(121)을 통과하여 각 픽셀(131)로 입사되는 광의 위상에 대응하는 시간 정보를 분석하여 영상을 생성할 수 있다. SPAD 어레이 센서(130)는 나노홀(121)들에 의해 미세하게 분기되어 서로 다른 경로를 통해 입사되는 서로 다른 광의 위상 차를 검출하여, 높은 분해능을 갖는 영상을 생성할 것이다.
SPAD 어레이 센서(130)는 나노홀 어레이(120)에 격자 형태로 일정한 간격으로 배열된 나노홀(121)들을 통과한 광들의 시간 정보를 이용하여 영상을 생성하므로, 서로 다른 나노홀(121)을 통과한 광들의 시간 정보에 대한 불확실성이 해소될 수 있다. SPAD 어레이 센서(130)에 의해 생성되는 영상 정보는 복수 개의 나노홀(121) 간의 간격에 대응하는 해상도를 가질 것이다. 나노홀 어레이(120)의 나노홀(121)들 간의 간격이 작을수록, 높은 해상도의 영상이 생성될 것이다. 일 실시 예로, 본 발명의 실시 예에 따른 광학 센서(100)는 오염 물질(140)에 대하여 1nm 이상 100nm 이하 수준의 해상도를 갖는 영상 정보를 생성할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 광학 센서(100)는 예를 들어 중금속 물질, 방사능 물질, 유독 화학물질과 같은 분자 수준의 오염 물질(140)에 대하여 높은 해상도의 영상 정보를 생성할 수 있다. 이러한 높은 해상도의 영상 정보로부터 중금속 물질, 방사능 물질, 유독 화학 물질 등 분자 수준의 오염 물질로 인한 생체의 오염 정도를 정확하게 감지할 수 있다. 나노홀(121)들의 간격이 1nm 내지 수십 nm 정도로 작은 나노홀 어레이(120)를 이용하면, 수십 나노 미만의 작은 크기를 갖는 오염 물질(140)에 대한 영상 정보를 얻을 수도 있다.
본 발명의 실시 예는 CMOS SPAD 어레이 센서와, 나노홀 어레이 안테나를 사용하여 단일 포톤(single photon)에 의한 전류량 및 도달 시간차를 이용하여 중금속 물질, 방사능 물질, 유독 화학 물질과 같은 분자 수준의 미세 오염 물질에 대한 고해상도 영상을 촬영할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 광학 센서는 환경 오염 물질의 생체 오염도, 분자 수준의 상해 정도, 오염 물질 결합 정도 및 생리적 위협도 등을 판별하여 오염 지역에 거주하는 사람들의 오염을 진단하거나 예방하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면 미세 오염 물질에 대하여 분자 수준의 영상을 생성하여, 오염 물질의 세포 내 영향의 생리적 및 화학적 현상을 육안으로 확인할 수 있으므로, 오염도에 대한 정확한 측정 및 진단이 가능하다. 더욱이, 본 발명의 실시 예에 의하면 낮은 비용으로 높은 감도 및 속도로 고해상도의 영상을 실시간으로 생성할 수 있다. 본 발명의 실시 예는 예를 들어 암세포 기전을 영상 촬영하거나, DNA 변화를 검출하는 바이오 분야 등의 다양한 분야에 응용될 수 있다.
이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.
100: 광학 센서 110: 광원부
120: 나노홀 어레이 121: 나노홀
130: SPAD 어레이 센서 131: SPAD 픽셀
140: 오염 물질 150: 생체 물질

Claims (17)

  1. 광을 발생하는 광원부;
    SPAD 어레이 센서; 및
    상기 광원부로부터의 상기 광이 통과하여 상기 SPAD 어레이 센서로 직접 입사되도록 복수의 나노홀이 관통 형성된 나노홀 어레이를 포함하며,
    상기 SPAD 어레이 센서는, 상기 나노홀 어레이를 기준으로 상기 광원부의 반대편에 제공되고, 상기 나노홀 어레이의 서로 다른 나노홀을 통과하여 직접 입사되는 상기 광의 시간 정보에 기초하여, 상기 나노홀 어레이에 배치된 물질에 대한 영상 정보를 생성하는 광학 센서.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 나노홀은 상기 나노홀 어레이에 일정한 주기를 갖고 규칙적으로 배열되어 형성되는 광학 센서.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 나노홀은 상기 나노홀 어레이에 2차원의 행과 열을 이루어 1nm 이상 100nm 이하의 주기를 갖고 규칙적으로 배열되어 형성되는 광학 센서.
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 광원부는 펄스 형태의 상기 광을 발생하는 광학 센서.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 물질은 중금속 물질, 방사능 물질, 유독 화학물질 중의 적어도 하나 이상을 포함하는 광학 센서.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 SPAD 어레이 센서는 상기 물질에 대한 상기 영상 정보를 1nm 이상 100nm 이하의 해상도로 생성하는 광학 센서.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 영상 정보는 상기 복수의 나노홀의 간격에 대응하는 해상도를 갖는 광학 센서.
  12. 광원부로부터 나노홀 어레이를 향해 광을 발생하는 단계;
    상기 광이 상기 나노홀 어레이의 복수의 나노홀을 통과하여 SPAD 어레이 센서로 직접 입사되는 단계; 그리고
    상기 SPAD 어레이 센서가 상기 나노홀 어레이의 서로 다른 나노홀을 통과하여 직접 입사되는 상기 광의 시간 정보에 기초하여, 상기 나노홀 어레이에 배치된 물질에 대한 영상 정보를 생성하는 단계를 포함하는 영상 생성 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 광을 발생하는 단계는 펄스 형태의 상기 광을 발생하여 상기 나노홀 어레이로 제공하는 단계를 포함하는 영상 생성 방법.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 영상 정보를 생성하는 단계는 상기 SPAD 어레이 센서가 상기 나노홀 어레이에 일정한 주기를 갖고 규칙적으로 배열되어 형성된 상기 서로 다른 나노홀을 통과하여 입사되는 상기 광의 시간 정보에 기초하여, 상기 나노홀 어레이에 배치된 물질에 대한 영상 정보를 생성하는 영상 생성 방법.
  15. 제12 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 영상 정보를 생성하는 단계는 상기 SPAD 어레이 센서가 중금속 물질, 방사능 물질, 유독 화학물질 중의 적어도 하나 이상을 포함하는 상기 물질에 대한 상기 영상 정보를 생성하는 영상 생성 방법.
  16. 제12 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 영상 정보를 생성하는 단계는 상기 SPAD 어레이 센서가 상기 물질에 대한 상기 영상 정보를 1nm 이상 100nm 이하의 해상도로 생성하는 영상 생성 방법.
  17. 제12 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 영상 정보를 생성하는 단계는 상기 복수의 나노홀의 간격에 대응하는 해상도를 갖는 상기 영상 정보를 생성하는 영상 생성 방법.

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