KR100866763B1 - 다중 제어 적외선 센서 어레이 구조와 이를 구동하는 방법 - Google Patents

다중 제어 적외선 센서 어레이 구조와 이를 구동하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적외선 센서 어레이에 대한 것이다. 미세한 적외선 신호를 안정적으로 검출해 내기 위해, 적외선 센서 어레이 주위에 센싱을 위한 신호검출 센싱부를 다중으로 배치하고, 다중으로 배치된 신호검출 센싱부는 분할된 시간을 이용하여, 동시적으로 미세 신호 센싱 동작을 할 수 있다. 즉, 하나의 적외선 센서 셀을 동시에 여러 곳에서 센싱하기 위해, 하나의 적외선 센서 셀을 동시에 여러 곳에서 어드레싱이 가능하고, 동시에 여러 곳에서 센싱이 가능하도록 적외선 센서 셀 회로가 구현된다. 다중의 신호검출 센싱부는 적외선 센서 어레이의 레이아웃 상에서 배치되며, 이 적외선 센서 어레이를 어드레싱하기 위한 디코더도 이 센싱부와 상응하게 배치된다. 따라서, 시간 분할을 이용하여 multi-access(멀티제어)가 가능하며, 서로 다른 위치의 센싱부로 센싱값을 전달하여, 미세 신호에 대한 오차를 보정할 수 있다. 또한, 동시에 여러 곳에서 다중으로 신호 검출이 가능하므로, 적외선 어레이의 센싱 속도는 고속으로 높일 수 있으며, 다중 신호 검출 회로를 사용하여 다양하게 제어하면, 적외선 센서 어레이의 다양한 영상 화면을 재현할 수 있다.
Figure R1020070049666
적외선, 센서, 볼로메터(bolometer), 감지, 회로, IR, 신호검출

Description

다중 제어 적외선 센서 어레이 구조와 이를 구동하는 방법{Multiple control-infrared sensor array structure and method for driving it}
도 1은 종래의 적외선 센서 어레이의 구조를 나타낸 도면;
도 2a는 종래의 적외선 센서 셀의 회로도;
도 2b은 도 1의 종래의 적외선 센서 어레이 구조에서 일반적으로 적외선 신호를 센싱하는 순서도;
도 3은 본 발명의 실시 예에 의한 2-제어 적외선 센서 어레이 구조를 나타낸 도면;
도 4는 도 3의 적외선 센서 어레이를 구성하는 2-제어 다중 적외선 센서 셀의 회로도;
도 5는 본 발명의 실시 예에 의한 4-제어 적외선 센서 어레이 구조를 나타낸 도면;
도 6은 도 5의 적외선 센서 어레이를 구성하는 4-제어 다중 적외선 센서 셀의 회로도;
도 7은 2-제어 적외선 센서 어레이 구조를 변형 배치하는 실시 예를 보여주는 단면도;
도 8은 다중 신호 처리부를 이용하여 다중의 센싱 신호를 처리하는 실시 예 를 보여주는 단면도;
도 9는 병렬 구조를 가지는 기준 센서 어레이 셀 도면;
도 10은 다중 센싱부에서 동시에 독립적으로 서로 다른 적외선 어레이 셀을 센싱하는 파형의 일부분을 보여주는 파형도이다.
***** 도면의 주요부호 설명 *****
10, 310: 적외선 센서 어레이, 200: 적외선 센서 셀
20: 로우 쉬프트 레지스터, 30: 컬럼 쉬프트 레지스터
40, 340, 341: 신호 센싱부, 60: 클럭 제어부
50, 350, 351: 기준 센서 어레이, 70: 출력부
11: 선택된 적외선 센서 셀, 12: 공통 로우 선택 라인
13: 공통 컬럼 선택 라인, 14: 선택된 공통 신호 라인
210: 적외선 센서(볼로메터)
220, 230, 420, 421, 430, 431: 디코더 스위치
320, 321, 322, 323: X_DEC와 Y_DEC이 혼합된 다중 디코더
360: 신호 제어부
370, 371, 372, 373: 신호 처리부/신호 저장부
375: 데이터 버스 라인, 400: 2-제어 다중 적외선 센서 셀
540, 541, 542, 543: 신호 센싱부/기준 센서 어레이
711, 712: 선택된 블럭화된 적외선 센서 셀
720: 다중의 X 디코더, 730: 다중의 Y 디코더
740: 다중의 신호 센싱부, 750: 다중의 기준 센서 어레이
840, 841, 842, 843: 적외선 센서 어레이 다중 신호 처리부
본 발명은 다중 제어 적외선 센서에 대한 것으로, 더 상세하게는 다중 제어 적외선 센서 어레이 구조와 이를 구동하는 방법에 대한 것이다.
일반적으로, 적외선 센서는 적외선 복사에 의해 온도가 변화하게 되면, 이에 따라 볼로메터의 저항값이 변화하는 현상을 이용하여, 적외선 복사의 양을 검출해 내는 원리이다. 센서 응용 분야로는 군사용 기기를 비롯하여, 의료 장비, 산업 분야에서의 결함 검출, 인체 정보 검출 등 일반적인 센서로는 접근하기 힘든 분야에 많이 응용되고 있다.
이러한 볼로메터(bolometer)를 2차원의 센서 어레이로 구성하고, 각 소자에서 감지되는 적외선 신호를 어드레싱(addressing)하여 처리하면 필요한 2차원 적외선 영상신호를 검출해 낼 수 있다. 이때, 센서 어레이로부터 센싱에 의한 변화량은 아주 미세하므로, 일반적인 센싱으로는 이 미세한 크기의 적외선 센싱 신호를 검출하는데, 한계가 있다.
일반적으로, 적외선 센서는 제조 및 조립 과정에서 공정 오차로 인해 제조 목표로 정한 초기 저항값과 다른 저항값을 가지는 적외선 센서가 만들어지므로, 그 초기치에 대한 보정이 반드시 필요하다. 따라서, 기존의 적외선 센서들은 이러한 보정을 센서 모듈 외부에 따로 비휘발성 메모리와 같은 저장 장치를 두고, 그 저장 장치에 공정 오차에 대한 보정 값들을 따로 저장하고 있어야 했다.
이러한 방식의 경우, 적외선 센서가 센싱 동작을 수행할 때, 미리 정해져 있는 각각의 어레이 위치에 따라서 각각의 보정 값들이 존재하게 되고, 각각의 보정 값들은 자신의 위치에 해당되는 적외선 센서 셀이 센싱 동작을 할 때, 읽혀 들어와서 신호 처리부에서 보정이 이루어지게 된다.
도 1은 종래의 적외선 센서 어레이에 대한 구조를 나타낸 도면으로서, 동작과정을 설명하면 다음과 같다. 우선, 적외선 센서 어레이(10)를 순차적으로 어드레싱 하기 위해, 로우(row) 쉬프트 레지스터(20)와 컬럼(column) 쉬프트 레지스터(30)를 이용하여 적외선 센서 어레이의 셀을 선택된다. 예를 들면, 셀(11)이 선택되었다고 가정하면, 선택된 셀(11)은 공통 신호 라인(14)을 통해서 그에 상응하는 기준 센서 어레이(50)의 셀과 함께 신호 센싱부(40)에서 적외선 신호에 대한 센싱 동작을 하게 된다. 센싱된 신호는 셀(11)로부터 출력부(70)를 거쳐서 출력한다.
즉, 로우 쉬프트 레지스터(20)와 컬럼 쉬프트 레지스터(30)가 서로 중첩적으로 만나는 지점이 선택되게 되고, 선택된 지점의 적외선 센서 셀(11)만이 공통 신호 라인(14)에 적외선 센서 감지 신호를 싣고, 신호 센싱부(40)에서 기준 센서 어레이(50)와 더불어 센싱 동작을 하게 된다.
물론, 여기서는 이해를 명확히 하기 위하여 셀(11)의 위치가 어떠한 방식으로 지정되는 지를 생략하였으나, 셀의 위치를 지정하는 방식에는 다양한 기술이 적용될 수 있다. 예를 들면, 각 셀마다 고유 어드레스를 할당하고, 로우 쉬프트 레지스터와 컬럼 쉬프트 레지스터가 이 할당된 고유 어드레스를 지정하는 것을 들 수 있다. 이 경우, 로우 쉬프트 레지스터와 컬럼 쉬프트 레지스터가 어드레스의 일정 영역만을 나누어 선택하는 것을 생각해볼 수 있다. 즉, 셀의 어드레스가 "1000 0010"이라고 한다면, 앞쪽 "1000"은 로우 쉬프트 레지스터가 뒤쪽 "0010"은 컬럼 쉬프트 레지스터가 할당되도록 하고 이를 결합하는 방식을 들 수 있을 것이다. 이는 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이므로, 다양한 방식이 가능하다.
도 2a는 종래의 적외선 센서 어레이를 구성하는 적외선 센서 셀의 회로도를 나타낸 것이다. 로우 쉬프트 레지스터(20)의 제어를 받는 X_디코더 스위치(220)는 적외선 어레이에서 하나의 X축 라인(12)을 통해 같은 X축 라인은 모두 공통으로 연결되어 있다. 컬럼 쉬프트 레지스터(30)의 제어를 받는 Y_디코더 스위치(230)는 적외선 어레이에서 하나의 Y축 라인(13)을 통해 같은 Y축 라인은 모두 공통으로 연결되어 있다.
그러면, 도 1 내지 도 2a를 참조하여, 적외선 신호를 센싱하는 과정을 설명한다. 도 2b은 도 1의 종래의 적외선 센서 어레이 구조에서 일반적으로 적외선 신호를 센싱하는 단편적인 일례를 보여주는 순서도이다. 이를 설명하면 다음과 같다.
도 1에서 적외선 센서 어레이는 실시간으로 적외선 신호를 입력으로 받아들인다. 클럭 제어부(60)는 적외선 센서 어레이에서 입력으로 받아들인 적외선 신호를 처리하기 위해, 임의의 "n"번 어드레스를 인가한다(S10).
클럭 제어부(60)가 인가한 "n"번 어드레스 신호를 받은 로우 쉬프트 레지스터(20)와 컬럼 쉬프트 레지스터(30)는 "n"번에 해당되는 적외선 셀을 선택하기 위한 전기적인 신호를 발생시킨다(S20). 로우 쉬프트 레지스터(20)와 컬럼 쉬프트 레지스터(30)가 "n"번에 해당되는 적외선 셀을 선택하면, 신호 센싱부(40)에서는 선 택된 "n"번째 적외선 센서 셀과 기준 센서 어레이(50) 중에서 "n"번째 적외선 센서 셀에 연결되어 있는 기준 센서 셀과의 상호 작용에 의해 감지되는 "n"번째 적외선 센서 셀의 적외선 신호를 읽어들이고, 전기적인 신호처리를 동시에 수행한다(S30).
"n"번째 적외선 센서 셀의 센싱 신호는 신호 출력부(70)를 통해 출력되고(S40), 클럭 제어부는 다음 적외선 센서 셀의 적외선 신호를 감지하고 처리하기 위해, 어드레스를 "n+1"로 "1"을 증가시킨다(S31). 이와 같은 방식이 반복되면서 적외선 센싱 동작이 처리된다.
그런데, 위에서 기술한 종래의 어레이 구조로 종래의 적외선 센서 셀을 이용한다면, 공통 로우 선택 라인(12)과 공통 컬럼 선택 라인(13)의 구조로 어드레싱 해야되는 구조적인 한계가 있다. 또한, 공통으로 사용하는 데이터 신호 라인(14)의 배치 등과 같은 어레이의 구조적인 제약 때문에 제한적이고 순차적인 센싱만 가능하다. 즉, 종래의 적외선 센서 셀은 제한된 어드레싱만이 가능한 구조로 이루어져 있다. 이와 같은 제약은 어레이의 제한적인 제어만 가능하고, 전체 어레이의 센서 신호를 한 번씩 읽어내는데 많은 시간이 필요하게 한다. 특히, 적외선 센서 어레이의 센서 어레이 용량이 커지면, 더욱더 시간적인 제약을 많이 받게 된다.
본 발명은 위에서 기술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 미세한 적외선 센서 어레이를 다중으로 제어하여, 적외선 센서 신호를 효율적으로 검출하는 방법과 회로를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 미세 적외선 센서 신호의 감도를 높이고, 적외선 센서 신호 의 센싱 처리 속도를 고속으로 높여 다양하게 출력하도록 하는 회로를 제공하는데 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은, 검출된 신호가 센싱 과정에서 야기된 에러들에 대한 보정을 시간 제약을 받지 않고, 자체 보정을 수행할 수 있는 방법과 회로 구현을 제공하는데 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 디지털 연산을 수행하여, 센서의 제조상에서 발생하는 센서 값의 오차 보정을 자체적으로 수행하도록 하는데 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 적외선 센서 어레이의 구조적인 문제를 해결하기 위해, 실리콘 웨이퍼의 공정을 위한 반도체 레이아웃 상에서의 배치에 관련된 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 적외선 입력을 받아들이는 다수의 센서 셀이 행렬로 배열되어 있는 다수의 다중 제어 적외선 센서 어레이와; 상기 다중 적외선 센서 어레이가 센싱을 하는데 기준 역할을 해주는 다수의 다중 기준 센서 어레이와; 상기 다중 제어 적외선 센서를 어드레싱하기 위한 다수의 다중 디코더와; 상기 어드레싱에 의해 선택된 상기 다중 제어 적외선 센서 어레이 중 적어도 하나의 센서 셀을 센싱하고, 상기 센싱된 센서 셀과 상기 다중 기준 센서 어레이를 비교하여 상기 적외선 입력 값을 데이터로 처리하는 다수의 다중 신호 센싱부; 및 상기 다중 신호 센싱부로부터 상기 데이터를 수신하여 연산하고 저장하는 다중 신호 처리 및 신호 저장부를 포함하는 다중-제어 센서 어레이 구조를 제공한 다. 또한, 이 센서 어레이 구조를 구동하기 위해, 적외선 입력을 받아들이는 단계와; 상기 적외선 입력을 선택하기 위해, 다수의 센서 셀을 어드레싱하는 단계와; 상기 어드레싱에 의해 선택된 상기 다수의 센서 셀 중 적어도 하나의 센서 셀을 센싱하고, 상기 센싱된 센서 셀과 기준 센서 셀을 비교하여 상기 적외선 입력 값을 데이터로 처리하는 단계; 및 상기 데이터를 수신하여 연산하고 저장하는 단계를 포함하는 다중-제어 센서 어레이 구조를 구동하는 방법이 제공된다.
또한, 상기 다중 신호 센싱부는 상기 다중 제어 적외선 센서 어레이의 행 또는 열에 있는 센서 셀을 모두 센싱하고, 상기 다중 디코더는 상기 다중 제어 적외선 센서 어레이의 행 또는 열에 있는 센서 셀을 어드레싱한다.
따라서, 상기 다중 신호 센싱부는 상기 다중 제어 적외선 센서 어레이의 상기 센서 셀을 독립적으로 2개 이상 동시에 모두 센싱하고, 상기 다중 디코더는 상기 다중 제어 적외선 센서 어레이의 상기 센서 셀을 독립적으로 2개 이상 동시에 모두 어드레싱하는 것이 가능하다.
이때, 다중 제어 적외선 센서 어레이의 상기 센서 셀이 동시에 센싱될 경우, 상기 센싱을 위한 센싱 컨트롤 신호는 상기 센서 셀 별로 다르게 인가될 수 있다.
여기서, 다중 신호 센싱부 중 하나의 센싱부는, 상기 센서 셀로부터 센싱된 신호를 다른 하나의 센싱부로 전달하여, 상기 하나의 센싱부가 상기 전달된 신호와 자신이 센싱한 신호를 비교함으로써, 상기 센싱된 신호를 자체 보정할 수 있다.
여기서, 상기 기준 센서 어레이는 상기 다중 제어 적외선 센서 어레이의 센서 셀과 비교를 위한 기준 값을 제공하는 기준 센서 셀 어레이며, 상기 다중 제어 적외선 센서 어레이의 적어도 하나의 행 또는 열과 동일하게 배열된다.
이때, 상기 기준 센서 셀은 병렬로 연결되어, 저항 오차 값을 줄이는 것이 가능하게 된다.
다른 실시 예로서, 상기 다중 제어 적외선 센서 어레이는, 상기 센서 셀을 다수 개 포함시켜 블럭화될 수 있다.
따라서, 본 발명의 다중-제어 적외선 센서 어레이 구조의 회로를 사용하면, 미세한 적외선 센서 신호의 센싱 감도를 높일 수 있으며, 다중-제어에 의한 적외선 센서 어레이의 다중 센싱이 가능하여 다양한 기능의 고속 센싱 동작이 가능하다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 자세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 다중-제어 적외선 센서 어레이 구조 중에서 2-제어 적외선 센서 어레이 구조를 나타낸 도면이다. "다중-제어 적외선 센서 어레이 구조" 중에서 2 개가 동시에 독립적으로 제어 가능하므로, "2-제어 적외선 센서 어레이 구조"라고 표현한다. 이하에서도 이와 같은 표현 방식이 적용된다.
도 3에서 일점 쇄선의 박스가 적외선 센서 어레이(310)가 되며, 적외선 센서 어레이(310)는 2-제어 다중 적외선 센서 셀(400)로 구성되어 있다. 적외선 센서 어레이(310)를 어드레싱 하기 위한 X_DEC0/Y_DEC1 디코더 블럭(320)과 Y_DEC0/X_DEC1 디코더 블럭(321)은 신호 센싱부(340, 341)와 기준 센서 어레이(350, 351)의 위치 배치 및 적외선 센서 신호 라인의 연결에 따라서 각각 서로 독립적으로 할당이 된 다. 기준 센서 어레이0(350)과 센싱 신호부0(340)에 할당되는 X-디코더는 X_DEC0으로, Y-디코더는 Y_DEC0으로 표시한다. 이와 같은 표기 방식으로, 기준 센서 어레이1(351)과 센싱 신호부1(341)에 할당되는 X-디코더는 X_DEC1으로, Y-디코더는 Y_DEC1으로 표시한다.
예를 들면, 셀(400)에 어드레싱을 하기 위한 X-디코더 위치와 Y-디코더 위치를 도 3과 같이 배치하는 것은 일반적이며, 이러한 배치는 도 3에 한정되지는 않는다. 따라서, 다중 적외선 센서 셀의 레이아웃 모양에 따라 디코더의 위치는 다양할 수 있다.
이러한 셀 배치 구조에서, 센싱되는 과정을 이해하기 쉽도록 설명하면 다음과 같다. 즉, 도 3에서 X_DEC0와 Y_DEC0(즉, 디코더 블럭(320)에서의 X_DEC0와 디코더 블럭(321)에서의 Y_DEC0가 됨)가 적외선 센서 어레이의 셀(400)을 어드레싱하여 선택한다. 선택된 셀(400)은 X_DEC0와 Y_DEC0에 상응하는 기준 센서 어레이0(350)와 신호 센싱부0(340)에서 센싱된다. 물론, 이때 신호 센싱부0(340)가 기준 센서 어레이0(350)와 센싱된 셀(400)의 값을 비교하여 이를 신호 처리부/신호 저장부(370)에 전송하게 된다. 이를 위해서, 기준 센서 어레이0(350)에도 적외선 센서 어레이(310)에 배치된 셀과 비교를 위해 기준 값을 가지는 셀들이 구비된다. 보통은, 적외선 센서 어레이(310)에 배치된 컬럼의 수와 동일한 것이 바람직하나, 이에 한정되지는 않는다.
이렇게 센싱된 신호는 신호 처리되어 신호 처리부/신호 저장부(370)에 저장된다. 신호 처리부/신호 저장부(370)는 아날로그 신호 처리뿐 아니라, 디지털 신 호 처리도 병행하여 처리할 수 있고, 적외선 센서의 보정을 위한 연산을 수행할 수 있다. 또한, 이렇게 처리한 신호는 필요에 따라 저장할 수 있고, 출력으로 내보낼 수도 있다.
위에 기술된 바와 마찬가지로, X_DEC1와 Y_DEC1의 경우에도 유사하다. 즉, 도 3에서 X_DEC1와 Y_DEC1(즉, 디코더 블럭(321)에서의 X_DEC1와 디코더 블럭(320)에서의 Y_DEC1가 됨)가 적외선 센서 어레이의 셀(400)을 어드레싱하여 선택한다. 선택된 셀(400)은 X_DEC1와 Y_DEC1에 상응하는 기준 센서 어레이1(351)와 신호 센싱부1(341)에서 센싱된다. 물론, 이때 신호 센싱부1(341)가 기준 센서 어레이1(351)와 센싱된 셀(400)의 값을 비교하여 이를 신호 처리부/신호 저장부(370)에 전송하게 된다. 이를 위해서, 기준 센서 어레이1(351)에도 적외선 센서 어레이(310)에 배치된 셀과 비교를 위해 기준 값을 가지는 셀들이 구비된다. 보통은, 적외선 센서 어레이(310)에 배치된 로우(즉, 행)의 수와 동일한 것이 바람직하나, 이에 한정되지는 않는다. 앞서 기술한 바와 같이, 이렇게 센싱된 신호는 신호처리되어, 필요에 따라 저장할 수 있고, 출력으로 내보낼 수도 있다.
신호 처리부/신호 저장부(370)는 신호 센싱부0(340)에서 받은 데이터와 신호 센싱부1(341)에서 받은 데이터를 처리하여 필요에 따라 되돌리거나 전달해 주는 동작이 수행된다.
X_DEC0, Y_DEC0의 어드레싱에 의한 신호 센싱부0(340)의 센싱 동작과 X_DEC1, Y_DEC1의 어드레싱에 의한 신호 센싱부1(341)의 센싱 동작은 완전 독립적으로 수행된다. 즉, 신호 센싱부0(340)와 신호 센싱부1(341)가 같은 시간에 같은 위치의 셀(예를 들면, 셀(400))을 동시에 센싱 처리할 수도 있다. 따라서, 신호 센싱부0(340)와 신호 센싱부1(341)이 각각 셀(400)을 센싱하여, 센싱된 신호를 신호 처리부/신호 저장부(370)에서 결합하는 것도 가능하다. 또한, 시간에 의한 순차적인 제어에 의해 각각 하나씩을 제어하는 것도 가능하다.
이와 달리, 다중 신호 센싱부(340, 341)은 완전히 서로 독립적으로 제어할 수 있다. 부연하면, 신호 제어부(360)의 제어에 따라, 신호 센싱부0(340)와 신호 센싱부1(341)은 서로 전혀 연관없이 독립적으로 센싱 동작을 수행할 수 있다. 예를 들면, 신호 센싱부0(340)가 셀(400)을 센싱할 때, 같은 시간에 신호 센싱부1(341)는 셀(400)을 센싱할 수도 있고, 또는 다른 하나의 임의 셀을 센싱하는 것도 가능하다는 의미이다. 앞서 기술된 바와 같이, 이렇게 처리된 각각의 센싱 신호는 신호 처리부/신호 저장부(370)에서 신호 처리와 저장을 반복하게 되고, 신호 처리부/신호 저장부(370)에서 처리되거나 저장된 신호를 다시 피드백 받아서 센싱 동작을 수행할 때 이용한다. 신호 처리부/신호 저장부(370)에서 신호를 피드백 받는 데이터는 보정을 위해 사용될 수 있다.
물론, 이러한 센싱 과정과 신호 처리 과정은 신호 제어부(360)에 저장되어 있는 알고리즘 프로그램에 의하게 된다. 예를 들면, 신호 제어부(360)에는 셀을 센싱하는 센싱순서, 셀을 일정 시간간격으로 센싱하는 센싱주기, 센싱된 신호를 처리하는 과정 등이 프로그래밍이 되어 저장된다. 이를 위해, 신호 제어부(360)에는 마이크로프로세서 등이 구비된다.
도 4는 상기와 같이 다중 제어 방식을 위한 멀티 제어 적외선 센서 셀로서 2-제어 다중 적외선 센서 셀의 회로도이다. 즉, X_DEC0(420), Y_DEC0(430)의 디코더에 의해 제어되는 전자소자와 Y_DEC1(421), Y_DEC1(431)의 디코더에 의해 제어되는 전자소자가 독립적으로 존재한다. 따라서, 예를 들면 2-제어 다중 적외선 센서 셀(400)은 2개의 서로 독립적인 제어에 의해 센싱된다. 또한, 적외선 센서(210)의 센서 신호를 실어 옮기는 신호 라인도 각각 별개로 두 개가 독립적으로 배치된다. 여기서, 전자소자(420, 421, 430, 431)는 전계효과트랜지스터(FET)가 될 수 있으며, 이에 국한되지는 않는다.
상술된 멀티-제어 적외선 센서 셀의 디코더 라인과 공통 적외선 신호 라인의 배치는 본 발명의 용이한 이해를 위한 것으로, 레이아웃 상의 배치에 따라 다양하게 변화할 수 있다.
그러면, 적외선 센서 어레이 구조에서 적외선 센서 신호의 센싱 감도를 높이고, 고속으로 센싱 처리하며, 자체 보정을 수행하는 적절한 방법의 예를 도 3을 중심으로 자세히 설명한다.
1) 미세한 적외선 신호의 효율적 감지: 도 3에서 미세한 적외선 신호를 효율적으로 감지하기 위해, 센싱하고자 하는 적외선 센서 셀을 X_DEC0, Y_DEC0와 X_DEC1, YDEC1으로 같은 시간에 동시에 선택하여, 각각 신호 센싱부0(340)과 신호 센싱부1(341)에서 동시에 센싱을 한다. 이렇게 동시에 센싱된 신호는 신호 처리부/신호 저장부(370)에서 신호 처리하면, 미세한 적외선 신호를 센싱하는데 있어 감도를 높일 수 있다.
2) 적외선 신호의 고속 감지: 적외선 신호를 고속으로 감지해내기 위해서, X_DEC0, Y_DEC0는 "n"번 적외선 센서 셀을 X_DEC1, Y_DEC1은 "n+1"번 적외선 센서 셀을 각각 동시에 독립적으로 선택하여 센싱하여, 신호 처리부/신호 저장부(370)에서 신호 처리하여 출력하고, 그 다음 센싱 동작시 X_DEC0, Y_DEC0은 "n+2"번 적외선 센서 셀을 X_DEC1, Y_DEC1은 "n+3"번 적외선 센서 셀을 동시에 선택하고 센싱하여 출력한다. 이와 같은 방식으로 두 개의 센싱부를 이용하여 독립적으로 적외선 감지 신호를 처리하면, 적외선 센서 어레이를 고속으로 감지해 낼 수 있다. 즉, 이해를 쉽게 하기 위해 설명하면 다음과 같다.
① 첫 번째 순서 : X_DEC0, Y_DEC0 ---> n 번째 적외선 센서 셀,
X_DEC1, Y_DEC1 ---> n + 1 번째 적외선 센서 셀
② 두 번째 순서 : X_DEC0, Y_DEC0 ---> n + 2 번째 적외선 센서 셀,
X_DEC1, Y_DEC1 ---> n + 3 번째 적외선 센서 셀
이러한 순서로 계속 진행하게 된다.
상기와 같은 방식을 이용하여, 2-제어만이 아니라, 멀티 디코더와 멀티-제어 적외선 센서 셀을 사용하여, 3-제어, 4-제어,...n-제어까지 확장이 가능하다. 따라서, 적외선 센서의 센싱 감도를 높이고, 적외선 어레이의 센싱을 더욱더 고속화할 수 있다.
3) 적외선 신호의 자체 보정: 도 3의 적외선 센서 어레이에서 시간적인 제약을 받지 않고 자체 보정을 수행하는 방법을 설명한다.
1단계: "1"번째 센싱 클럭에서 X_DEC0(320), Y_DEC0(321)이 "0"번 적외선 센서 셀을 선택하여 신호 센싱부0(340)에서 센싱을 하여, 신호 처리부/신호 저장 부(370)로 넘긴다.
2단계: 신호 처리부/신호 저장부(370)는 센싱된 신호를 센싱부0(340)로부터 수신하여, 보정에 관련된 신호 처리를 수행하고, 신호 센싱부1(341)로 전달한다.
3단계: "2"번째 센싱 클럭에서 X_DEC0, Y_DEC0는 "1"번 적외선 센서 셀을 선택하여 신호 센싱부0(340)에서 센싱하여, 신호 처리부/신호 저장부(370)에 넘긴다.
4단계: 신호 처리부/신호 저장부(370)는 신호 센싱부0(340)로부터 센싱된 신호를 수신하여, "1"번 적외선 센서 셀에 대한 보정 신호 처리를 수행한다. 이때, 동시에 "2"번째 센싱 클럭에서 X_DEC1, Y_DEC1은 "0"번 적외선 센서 셀을 선택하고 신호 센싱부1(341)에서는 "1"번째 센싱 클럭에서 처리된 "0"번 적외선 센서 셀의 보정 데이터를 이용하여 자체 보정을 하고, 센싱 동작을 수행한다.
5단계: 자체 보정을 하고 센싱 처리된 신호는 신호 처리부 / 신호 저장부(370)에서 신호 처리 동작을 수행하고 출력에 알맞은 신호로 변환하여 출력하게 된다.
전술한 바와 같이 신호 센싱부0(340)은 보정을 하기 위한 센싱을 먼저 하고, 신호 처리부/신호 저장부(370)에서 보정 신호 처리를 수행하여 신호 센싱부1(341)로 전달해 놓는다. 그러면, 신호 센싱부1(341)은 이미 처리되어 있는 보정 신호를 이용하여, 보정 신호 처리된 적외선 센서 셀의 적외선 신호를 감지해 낸다.
다중 제어 방식으로 상기와 같은 보정 방식을 이용하면, 센싱 하는 동안 보정을 위한 보정 시간을 따로 확보할 필요가 없다. 이는 시간적인 제약을 받지 않고, 자체 보정을 수행할 수 있음을 의미한다. 이와 달리, 신호 처리부/신호 저장 부(370)에 적외선 센서의 제조 과정에서 발생한 오차의 정보를 저장하게 함으로써, 신호 처리부/신호 저장부(370)는 자체 보정을 수행할 수도 있다.
도 5는 다중-제어 적외선 센서 어레이 구조 중에서 4-제어 적외선 센서 어레이 구조의 바람직한 실시 예를 도시한 블럭도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 4개의 신호 센싱부/기준 센서 어레이에 상응하는 4개의 X_DEC와 Y_DEC가 각각 존재하게 된다. 이해를 돕기위해 부연설명하면, X_DEC2(322)와 Y_DEC2(323)의 디코더가 선택한 적외선 어레이 셀의 적외선 신호는 신호 센싱부2/기준 센서 어레이2(542)에 의해 센싱 동작을 수행된다. 센싱된 신호는 인접하게 배치된 신호 처리부1/신호 저장부1(371)과 신호 처리부2/신호 저장부2(372)로 보내지게 된다. 따라서, 신호 처리부1/신호 저장부1(371)과 신호 처리부2/신호 저장부2(372)는 신호 제어부(360)의 제어에 의해 각각 할당된 신호 처리 동작을 수행하고, 데이터 버스 라인(375)을 이용하여 다른 위치의 신호 처리부/신호 저장부에 전달하거나 출력하게 된다.
4-제어 적외선 센서 어레이 구조는 4개의 신호 센싱부와 4개의 신호 처리부 및 신호 저장부를 이용하여, 상기의 2-제어 적외선 센서 어레이 구조에서 보여준 기능에 더하여, 센싱 과정과 센싱된 신호처리를 효율적으로 수행할 수 있다. 즉, 효율적으로 적외선 센싱 감도를 높일 수 있고, 적외선 센서 어레이의 센싱 속도도 빠르게 할 수 있으며, 4개의 독립적인 센싱 동작을 이용하여 더욱 다양한 보정 기법을 구현할 수 있다.
도 3에서 보여준 2-제어 적외선 센서 어레이 구조와 도 5에서 보여준 4-제어 적외선 센서 어레이 구조는 본 발명의 바람직한 실시 예를 보여주기 위한 것으로 " 다중-제어 적외선 센서 어레이 구조"의 일정 부분만을 보여주는 부분도에 지나지 않는다. 이런 구조를 이용하여 n개의 멀티 센싱을 독립적으로 수행 가능하도록 n-제어가 가능한 n-제어 적외선 센서 어레이를 구현하는 것도 가능하다.
도 6은 도 5의 적외선 센서 어레이에 적용되는 4-제어 다중 적외선 센서 셀을 나타낸 회로도이다. 이 센서 셀에는, 4개의 독립적인 제어를 위해 4쌍의 X_DEC,Y_DEC이 배치되고, 이와 함께 한 개의 적외선 센서(210)와 4개의 독립된 신호 라인이 배치된다. 물론, 도면에 도시된 배열은 단지 본 발명의 용이한 이해를 위한 것으로, 4쌍의 X_DEC, Y_DEC의 배치와 4개의 신호 라인의 배치는 레이아웃 상에서 가장 최적화된 배치가 나올 수 있게 다양한 방식으로 변경 배치될 수 있다.
도 4에서 보여준 2-제어 다중 적외선 센서 셀과 도 6에서 보여준 4-제어 다중 적외선 센서 셀은 본 발명의 바람직한 실시 예를 보여주기 위한 "멀티-제어 다중 적외선 센서 셀"의 회로도이다. 이런 구조를 이용하여 n-제어 다중 적외선 센서 셀 회로를 구현하는 것도 가능하다.
도 7은 2-제어 적외선 센서 어레이 구조에서 블럭화된 셀을 센싱하기 위한 변형 배치된 2-제어 적외선 센서 어레이 구조를 나타낸 도면도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 다중 로우 디코더 X_DEC0/X_DEC1(720)와 다중 컬럼 디코더 Y_DEC0/Y_DEC1(730)를 한쪽으로 같이 배치하고, 신호 센싱부0과 신호 센싱부1을 같은 방면에 배치한다(740). 기준 센서 어레이0와 기준 센서 어레이1도 신호 센싱부0/신호 센싱부1(740)이 배치한 곳에 같이 배치한다(750). 이런 배치도는 2-제어 적외선 센서 어레이 구조에서 블럭화된 셀(711, 712)을 제어하는데, 용이하게 하기 위한 배치도이다.
다중 디코더와 다중 기준 센서 어레이 및 다중 신호 센싱부는 서로 중첩되지 않고, 독립적으로 동작이 가능하므로, 신호 센싱부0(740)가 감지 처리하는 블럭화된 셀(711)과 신호 센싱부1(740)에 의해 감지 처리되는 블럭화된 셀(712)은 서로 다른 크기의 블럭화로 지정될 수 있다. 블럭화된 셀(711)과 블럭화된 셀(712)도 서로 연관없이 독립적으로 셀 들을 블럭화될 수 있다.
도 5의 4-제어 적외선 센서 어레이 구조를 도 7의 배치도에 적용하는 것도 가능하다. 이런 배치 구조는 n-제어 적외선 센서 어레이 구조에서도 구현 가능하다.
도 8은 다중 적외선 센서 어레이 구조에서 다중 신호 처리부로 센싱 신호를 처리하는 실시 예를 보여주는 단면도이다. 적외선 센서 어레이 다중 신호 처리부0(840)는 도 1의 신호 센싱부(40), 기준 센서 어레이(50)와 도 3의 신호 처리부/신호 저장부(370)가 여러 개로 구성될 수 있음을 보여주고 있다. 또한, 다중의 적외선 센서 셀을 선택하기 위한 다중의 디코더가 포함되어 있다. 적외선 센서 어레이 다중 신호 처리부1(841)와 적외선 센서 어레이 다중 신호 처리부2(842), 적외선 센서 어레이 다중 신호 처리부3(843)도 위에서 기술한 바와 같이, 신호 센싱부(40), 기준 센서 어레이(50)와 신호 처리부/신호 저장부(370) 및 디코더가 다중으로 구성될 수 있다. 이들은 모두 독립적으로 적외선 센싱 동작을 수행할 수 있으며, 제어 신호에 의해 서로 보완적인 센싱 동작을 수행할 수 있다.
도 9는 병렬 구조를 가지는 기준 센서 어레이 셀을 보여주는 회로도이다. 여 러 개의 볼로메터(210)를 병렬로 배치하여, 균일한 기준 센서 어레이 셀을 구현할 수 있다. 기준 센서 어레이 셀을 배치할 때, 볼로메터를 여러 개 병렬 구조로 배치하면, 종래의 1개를 배치하는 것보다 제조하는 과정에서 발생하는 볼로메터 제조 오차를 확연히 줄여준다. 기준 센서 어레이 셀 들은 공정 오차가 없이 모두 동일한 저항값을 가지는 적외선 센서 셀이 되어야 하나, 실제 공정시에는 그렇지 못하다.
예를 들면, 센서 셀의 기준 저항값이 10K라면 10K가 되는 것이 이상적이나, 이와 달리 실제상황하에서, 저항값은 9.8K, 10.7K, 11K등으로 나올 수 있다. 따라서, 저항 오차를 줄이기 위해 병렬로 연결하면, 10K에 근사하게 된다. 이러한 균일한 기준 센서 어레이 셀은 다중 적외선 어레이 센서 구조의 센싱의 오차를 줄이고, 센싱 영상의 해상도를 높일 수 있다.
도 10은 동시에 2개의 적외선 센서 셀을 동시에 센싱하는 파형을 보여주는 파형이다. 예를 들면, 0번 블럭 센싱 컨트롤 신호(901)에 의해 0번 블럭 적외선 셀 센싱 신호(902)를, 1번 블럭 센싱 컨트롤 신호(911)에 의해 1번 블럭 적외선 셀에 대한 적외선 센싱 신호(912)가 발생되며, 이 센싱 신호(902, 912)가 해당 적외선 셀의 빛의 감도를 의미한다.
도 10에서는 0번 블럭 센싱 컨트롤 신호(901)와 1번 블럭 센싱 컨트롤 신호(911)를 같은 시간에 동시에 가했지만, 클럭 주기는 독립적으로 다르게 가해지게 되어, 센싱에 대한 다른 결과를 유도해 내는 파형을 보여준다. 클럭 주기는 적외선 센서를 센싱할 때, 센싱 감도를 조절해 주는 역할을 한다. 즉, 각각의 센싱 컨트롤 신호에 의해, 각각의 적외선 셀 센싱 신호가 발생함을 보여주는 파형이다. 적외선 셀 센싱 신호는 적외선 센싱 컨트롤 신호가 전기적으로 하이 구간에서 센싱이 이루어지고, 로우 구간에서 센싱된 신호가 일정하게 유지되고 있다. 또한, 적외선 감도의 차이에 의해 전기적으로 다른 레벨을 보여주고 있다.
부연하면, 도 10에서 보여주는 적외선 셀의 센싱 신호는 6개의 다른 적외선 감도를 보여주는 파형이고, 6개의 다른 적외선 감도에 따라, 적외선 셀 센싱 신호는 6개의 다른 전기적인 레벨로 표현되고 있다(902,912).
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허 청구범위에 의하여 해석되는 것이 바람직할 것이다.
상기에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 다중-제어 적외선 센서 어레이 구조의 회로를 사용하면, 미세한 적외선 센서 신호의 센싱 감도를 높일 수 있으며, 다중-제어에 의한 적외선 센서 어레이의 다중 센싱이 가능하여 다양한 기능의 고속 센싱 동작을 수행할 수 있는 효과가 있다.
또한, 적외선 센서의 보정 동작이 요구될 때에도, 다중-제어 적외선 센서 어레이 구조를 사용하면 보정을 위한 시간이 별도로 요구되지 않아, 시간 제약을 받지 않고 보정과 센싱을 동시에 원활히 수행할 수 있는 다른 효과가 있다.
또한, 적외선 어레이 센서를 영상 처리하기 위해서, 다중의 신호 처리부가 적외선 어레이의 센싱 데이터를 다양한 형태로 동시에 출력시킬 수 있으며, 이렇게 출력된 다중 센싱 데이터들은 적외선 어레이 센서의 영상을 고속으로 구현하는데 용이한 다른 효과가 있다.

Claims (13)

  1. 적외선 입력을 받아들이는 다수의 센서 셀이 행렬로 배열되어 있는 다수의 다중 제어 적외선 센서 어레이;
    상기 다중 적외선 센서 어레이가 센싱을 하는데 기준 역할을 해주는 다수의 다중 기준 센서 어레이;
    상기 다중 제어 적외선 센서를 어드레싱하기 위한 다수의 다중 디코더;
    상기 어드레싱에 의해 선택된 상기 다중 제어 적외선 센서 어레이 중 적어도 하나의 센서 셀을 센싱하고, 상기 센싱된 센서 셀과 상기 다중 기준 센서 어레이를 비교하여 상기 적외선 입력 값을 데이터로 처리하는 다수의 다중 신호 센싱부; 및
    상기 다중 신호 센싱부로부터 상기 데이터를 수신하여 연산하고 저장하는 다중 신호 처리 및 신호 저장부
    를 포함하는 다중-제어 센서 어레이 구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다중 신호 센싱부는 상기 다중 제어 적외선 센서 어레이의 행 또는 열에 있는 센서 셀을 모두 센싱하고,
    상기 다중 디코더는 상기 다중 제어 적외선 센서 어레이의 행 또는 열에 있는 센서 셀을 어드레싱하는 다중-제어 센서 어레이 구조.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 다중 신호 센싱부는 상기 다중 제어 적외선 센서 어레이의 상기 센서 셀을 독립적으로 2개 이상 동시에 모두 센싱하고,
    상기 다중 디코더는 상기 다중 제어 적외선 센서 어레이의 상기 센서 셀을 독립적으로 2개 이상 동시에 모두 어드레싱하는 다중-제어 센서 어레이 구조.
  4. 제 1항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다중 제어 적외선 센서 어레이의 상기 센서 셀이 동시에 센싱될 경우, 상기 센싱을 위한 센싱 컨트롤 신호는 상기 센서 셀 별로 다르게 인가되는 다중-제어 센서 어레이 구조.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 다중 신호 센싱부 중 하나의 센싱부는, 상기 센서 셀로부터 센싱된 신호를 다른 하나의 센싱부로 전달하여, 상기 하나의 센싱부가 상기 전달된 신호와 자신이 센싱한 신호를 비교함으로써, 상기 센싱된 신호를 자체보정하는 다중-제어 센서 어레이 구조.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준 센서 어레이는 상기 다중 제어 적외선 센서 어레이의 센서 셀과 비교를 위한 기준 값을 제공하는 기준 센서 셀이, 상기 다중 제어 적외선 센서 어 레이의 적어도 하나의 행 또는 열과 동일하게 배열되는 다중-제어 센서 어레이 구조.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 기준 센서 셀은 병렬로 연결되어, 저항 오차 값을 줄이는 다중-제어 센서 어레이 구조.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 다중 제어 적외선 센서 어레이는, 상기 센서 셀을 다수 개 포함시켜 블럭화되는 다중-제어 센서 어레이 구조.
  9. 적외선 입력을 받아들이는 단계;
    상기 적외선 입력을 선택하기 위해, 다수의 센서 셀을 어드레싱하는 단계;
    상기 어드레싱에 의해 선택된 상기 다수의 센서 셀 중 적어도 하나의 센서 셀을 센싱하고, 상기 센싱된 센서 셀과 기준 센서 셀을 비교하여 상기 적외선 입력 값을 데이터로 처리하는 단계;
    상기 데이터를 수신하여 연산하고 저장하는 단계
    를 포함하는 다중-제어 센서 어레이 구조를 구동하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 어드레싱은 행 또는 열에 있는 상기 센서 셀을 모두 어드레싱하고,
    상기 센싱은 어레이의 행 또는 열에 있는 센서 셀을 모두 센싱하는 다중-제어 센서 어레이 구조를 구동하는 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 어드레싱은 상기 센서 셀을 독립적으로 2개 이상 동시에 모두 어드레싱하고,
    상기 센싱은 상기 센서 셀을 독립적으로 2개 이상 동시에 모두 센싱하는 다중-제어 센서 어레이 구조를 구동하는 방법.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서 셀이 동시에 센싱될 경우, 상기 센싱을 위한 센싱 컨트롤 신호는 상기 센서 셀 별로 다르게 인가되는 다중-제어 센서 어레이 구조를 구동하는 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 센서 셀로부터 센싱된 신호를 상기 센서 셀에 연결되어 센싱하는 다른 하나의 센싱 수단에 전달하여, 상기 센싱 수단이 상기 전달된 신호와 자신이 센싱한 신호를 비교함으로써, 상기 센싱된 신호를 자체보정하는 단계를 더 포함하는 다중-제어 센서 어레이 구조를 구동하는 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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