KR100952398B1 - INFRARED SENSOR FOR SPACE DETECTION BASED ON SoCSystem on Chip - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적외선 센서에 관한 것으로서, 특히 공간상에 존재하는 물체를 감지하는 적외선 소자와 그 적외선 소자의 구동회로를 하나의 칩(SoC:System on Chip)에 집적화한 SoC 기반 공간 감지용 적외선 센서에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an infrared sensor, and more particularly, to an SoC-based space sensor infrared sensor that integrates an infrared element for sensing an object present in a space and a driving circuit of the infrared element in a single chip (System on Chip). It is about.

본 발명에 따른 적외선 센서는 공간상에 존재하는 물체에서 방출되는 적외선을 집광하는 렌즈부와, 렌즈부를 통해 집광되는 적외선 중 선택된 특정 파장의 적외선을 통과시키는 필터부와, 초점면 배열(focal plane array)되어 필터부를 통과한 적외선을 감지하는 적외선 감지소자와, 적외선 감지소자를 구동하는 구동회로부 및 적외선 감지소자에서 감지한 적외선에 대한 감지신호를 처리하는 신호처리부를 포함하며 적외선 감지소자 및 구동회로부는 하나의 단일 칩(SoC)에 집적화된 것을 특징으로 한다.An infrared sensor according to the present invention includes a lens unit for collecting infrared rays emitted from an object existing in a space, a filter unit for passing infrared rays having a specific wavelength selected from infrared rays collected through the lens unit, and a focal plane array. Infrared sensing element for detecting the infrared rays passing through the filter unit, a driving circuit unit for driving the infrared sensing element and a signal processing unit for processing the detection signal for the infrared rays detected by the infrared sensing element, the infrared sensing element and the driving circuit unit It is characterized in that it is integrated in one single chip (SoC).

SoC, 적외선 센서, 집적화, 공간감지, 렌즈, 필터 SoC, infrared sensor, integration, space sensing, lens, filter

Description

ＳｏＣ기반 공간 감지용 적외선 센서{INFRARED SENSOR FOR SPACE DETECTION BASED ON SoC(System on Chip)}SOC-based Infrared Sensor for Space Detection {INFRARED SENSOR FOR SPACE DETECTION BASED ON SoC (System on Chip)}

본 발명은 공간 감지용 적외선 센서에 관한 것으로서, 특히 공간상에 존재하는 물체를 감지하는 적외선 소자(infrared element)와 그 적외선 소자를 구동하는 구동회로를 하나의 칩(SoC:System on Chip)에 집적화한 SoC 기반의 공간 감지용 적외선 센서에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an infrared sensor for space sensing. In particular, an infrared element for detecting an object present in a space and a driving circuit for driving the infrared element are integrated in one chip (System on Chip). An SoC-based space sensing infrared sensor.

적외선은 파장이 가시광선보다 긴 전자파의 일종으로서 사람을 포함한 모든 자연계에 존재하는 물체에서 방사된다. 물체의 온도가 높을수록 방사되는 에너지의 최대 피크 파장이 짧아지고 온도가 낮을수록 방사되는 에너지의 최대 피크 파장이 길어진다. 예컨대, 온도가 높은 태양은 가시광선 영역에서 최대 피크 파장의 에너지를 방사하며, 사람의 경우에는 적외선 영역에서 최대 피크 파장의 에너지를 방사한다. Infrared radiation is a type of electromagnetic wave whose wavelength is longer than visible light, and is emitted from objects in all natural systems including humans. The higher the temperature of the object, the shorter the maximum peak wavelength of the radiated energy, and the lower the temperature, the longer the maximum peak wavelength of the radiated energy. For example, the sun at high temperatures emits the energy of the maximum peak wavelength in the visible region, and in humans, the energy of the maximum peak wavelength in the infrared region.

적외선 센서는 이러한 물체가 방사하고 있는 적외선을 감지하여 그 적외선이 갖는 열에너지의 크기를 이용하여 물체의 유무 또는 물체까지의 거리 등을 측정하는 센서이다. An infrared sensor is a sensor that detects infrared rays emitted by such an object and measures the presence or absence of an object or a distance to the object using the magnitude of thermal energy of the infrared ray.

이러한 적외선 센서는 다양한 곳에 응용되고 있다. 예를 들어 자동문에서 사람이 다가오는 것을 알고 문을 자동으로 열고 조명등을 자동으로 켜거나 한밤중에 건물 내에 외부인의 침입을 확인하는 보안장치를 비롯하여 에어컨디셔너에 장착되어 인체의 유무 및 위치를 감지하고 풍향과 풍속을 조절함으로써 에어컨디셔너의 효율을 높이는 등 다양한 방면에서 이용되고 있다.Such infrared sensors are applied in various places. For example, a security door that knows a person coming from an automatic door, automatically opens the door, automatically turns on the lights, or checks the intrusion of outsiders in the building at night, and is equipped with an air conditioner to detect the presence and location of the human body, It is used in various ways, such as to increase the efficiency of air conditioners by adjusting.

일반적으로 적외선을 이용하여 인체의 존재 및 움직임을 감지하는 적외선 센서는 초전형 소자(Pyrodelectric)를 사용하고 있다. 이러한 초전형 소자는 흡수된 열에너지에 의해 초전형 감지 물질의 캐패시턴스가 변하는 물리적 특성을 이용한다. 그러나 이러한 초전형 소자는 외부 신호의 변화가 없을 경우 시간에 따른 열에너지의 변화가 없으므로 사람의 움직임이 없을 경우에는 신호의 변화가 없으므로 오동작의 원인이 되기도 한다. 따라서 이러한 초전형 적외선 감지소자의 문제점을 해결하고자 복수 개의 적외선 소자를 사용하는 등 다양한 방법이 고안되어 왔다.In general, an infrared sensor using infrared light to detect the presence and movement of the human body uses a pyroelectric element (Pyrodelectric). Such pyroelectric devices make use of physical properties in which the capacitance of the pyroelectric sensing material changes with absorbed thermal energy. However, since the pyroelectric element has no change in the thermal energy with time when there is no change in the external signal, there is no change in the signal when there is no human movement, which may cause malfunction. Therefore, various methods have been devised such as using a plurality of infrared elements to solve the problems of the pyroelectric infrared sensing element.

또한 적외선 센서를 이용한 영역 또는 공간을 감지하는 센서는 각 영역을 감지하기 위해 복수 개의 적외선 센서를 이용하며 각각의 영역을 구별하기 위해 그 적외선 센서의 개수만큼 렌즈를 사용하여 공간을 감지하는 방법을 사용한다. In addition, a sensor that detects an area or a space using an infrared sensor uses a plurality of infrared sensors to detect each area, and uses a method of detecting a space by using as many lenses as the number of infrared sensors to distinguish each area. do.

그런데 종래의 적외선 센서는 기본적으로 일정 주파수의 빛을 발산하는 발광부, 발광부에서 발산하는 빛을 받아들이는 수광부, 이들 발광부와 수광부를 구동하는 구동회로 및 수광부에서 출력되는 신호를 처리하는 신호처리부로 이루어진다. 발광부에서 발생된 적외선은 물체에 부딪혀 반사되고 수광부에서는 이와 같이 방사된 빛을 감지하여 소정의 신호처리를 통해 물체에 대한 물리적인 값들을 알게 된다. 그러나 이러한 종래의 적외선 센서는 적외선 감지소자와 이를 구동하는 구동회로가 물리적으로 분리되어 있어 적외선 센서의 소형화에 한계가 있다는 문제점이 있다.However, the conventional infrared sensor is basically a light emitting unit for emitting a predetermined frequency of light, a light receiving unit for receiving the light emitted from the light emitting unit, a driving circuit for driving the light emitting unit and the light receiving unit and a signal processing unit for processing signals output from the light receiving unit Is made of. The infrared rays generated by the light emitting unit collide with the object and are reflected. The light receiving unit senses the emitted light and learns the physical values of the object through predetermined signal processing. However, such a conventional infrared sensor has a problem in that the infrared sensor and the driving circuit for driving the same are physically separated from each other, thereby limiting the miniaturization of the infrared sensor.

또한, 종래의 적외선 센서는 다수의 영역별로 물체를 감지하기 위하여 각 영역별로 복수 개의 적외선 감지소자와 복수 개의 렌즈를 사용하기 때문에 제조비용의 상승을 초래한다는 문제점이 있다.In addition, the conventional infrared sensor uses a plurality of infrared sensing elements and a plurality of lenses for each region in order to detect objects in a plurality of regions, resulting in an increase in manufacturing cost.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로, 공간상의 물체를 감지하는 적외선 감지소자와 그 적외선 감지소자의 구동회로를 단일 칩(SoC)에 집적화한 SoC 기반 공간 감지용 적외선 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to improve the above-mentioned conventional problems, and includes an infrared sensor for detecting an object in space and an SoC-based spatial sensor infrared sensor integrating a driving circuit of the infrared sensor on a single chip (SoC). The purpose is to provide.

또한, 본 발명은 M x N개의 적외선 소자를 단일 칩(SoC)에 배열하고 각 적외선 소자와 공간 영역이 일대일로 대응하여 해당 공간에 위치한 물체의 유무 및 움직임을 감지할 수 있는 SoC 기반 공간 감지용 적외선 센서를 제공하는데 다른 목적이 있다.In addition, the present invention is for SoC-based space sensing that can detect the presence and movement of the object located in the space by arranging M x N infrared elements on a single chip (SoC) and each infrared element and the space area correspond one-to-one Another object is to provide an infrared sensor.

또한, 본 발명은 적외선 감지소자에서 출력되는 신호에 대하여 적외선 감지소자의 검출 옵셋 및 이득값을 보정하여 공간상의 물체를 정확하게 감지할 수 있도록 하는 SoC 기반 공간 감지용 적외선 센서를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide an infrared sensor for SoC-based space sensing, which accurately detects an object in space by correcting a detection offset and a gain value of an infrared sensor with respect to a signal output from the infrared sensor. have.

나아가, 본 발명은 단일 SoC 칩과 하나의 렌즈를 사용하여 적외선 센서 전체 시스템의 간소화 및 소형화가 가능하고 생산단가를 줄일 수 있는 SoC 기반 공간 감지용 적외선 센서를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.Furthermore, another object of the present invention is to provide an infrared sensor for SoC-based space sensing, which can simplify and miniaturize the entire infrared sensor system and reduce production cost by using a single SoC chip and one lens.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시형태에 따른 SoC 기반 공간 감지용 적외선 센서는, In order to achieve the above object, SoC-based space sensing infrared sensor according to an embodiment of the present invention,

공간상에 존재하는 물체에서 방출되는 적외선을 집광하는 렌즈부; 렌즈부를 통해 집광되는 적외선 중 선택된 특정 파장의 적외선을 통과시키는 필터부; 필터부를 통과한 적외선을 감지하는 적어도 하나의 적외선 감지소자; 적외선 감지소자를 구동하는 구동회로부; 및 적외선 감지소자에서 감지한 적외선에 대한 감지신호를 처리하는 신호처리부를 포함하고,A lens unit for collecting infrared light emitted from an object existing in space; A filter unit configured to pass infrared rays of a specific wavelength selected from infrared rays collected through the lens unit; At least one infrared ray sensing element for sensing infrared rays passing through the filter unit; A driving circuit unit for driving an infrared sensing element; And a signal processing unit for processing the detection signal for the infrared rays detected by the infrared sensing element,

상기 적외선 감지소자 및 구동회로부는 단일 칩(SoC:System on Chip)에 집적화된 것을 특징으로 한다. The infrared sensing element and the driving circuit unit are integrated in a single chip (System on Chip).

본 발명의 일 실시형태에서, 신호처리부는 각 적외선 감지소자 간 적외선 감지신호의 검출 편차를 줄이도록 적외선 감지신호의 옵셋값 및 이득값을 보정하는 것이 바람직하다. In one embodiment of the present invention, it is preferable that the signal processing unit corrects the offset value and the gain value of the infrared detection signal so as to reduce the detection deviation of the infrared detection signal between each infrared detection element.

본 발명의 일 실시형태에서, 렌즈부는 프레넬렌즈 및 볼록렌즈 중 선택된 하나를 포함하는 것이 바람직하다. In one embodiment of the present invention, the lens unit preferably includes one selected from a Fresnel lens and a convex lens.

본 발명의 일 실시형태에서, 각 적외선 감지소자는 공간 상에 구분된 다수의 영역별로 적외선을 감지하는 것이 바람직하며, 이때, 각 적외선 감지소자와 공간 상에 구분된 다수의 영역은 일대일로 매칭되는 것이 바람직하다.In one embodiment of the present invention, each infrared sensing element preferably detects infrared rays by a plurality of regions separated on the space, wherein each of the infrared sensing elements and the plurality of regions separated on the space are matched one-to-one. It is preferable.

본 발명의 일 실시형태에서, 적외선 감지소자는 M x N개(M,N≥1, 정수)로 배열된 것이 바람직하며, 이때, 적외선 감지소자는 초점면 배열(focal plane array)된 것이 바람직하다. 특히, 보다 바람직하게는 적외선 감지소자는 마이크로 볼로미터(micro bolometer)를 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the invention, the infrared sensing elements are preferably arranged in M x N (M, N≥1, integer), wherein the infrared sensing elements are preferably in a focal plane array. . In particular, more preferably the infrared sensing element is characterized in that it comprises a micro bolometer (micro bolometer).

본 발명의 일 실시형태에서, 필터부는 8~12㎛ 파장의 적외선을 선택적으로 투과시키는 것이 바람직하다. In one embodiment of the present invention, it is preferable that the filter unit selectively transmits infrared rays having a wavelength of 8 to 12 µm.

본 발명의 일 실시형태에서, 단일 칩(SoC)는 MEMS 기술을 이용하여 집적화한 것이 바람직하다. In one embodiment of the invention, the single chip (SoC) is preferably integrated using MEMS technology.

본 발명의 일 실시형태에서, 적외선 감지소자는, 입사되는 적외선을 감지하는 적외선 감지부; 적외선 감지부를 공중에 받치고 있는 지지층; 구동회로부와 적외선 감지소자와 전기적으로 연결하는 메탈전극; 입사하는 적외선 흡수를 위하여 메탈전극을 통해 적외선 감지부와의 공간을 형성하고 공진구조를 이루는 금속반사층; 메탈전극과 적외선 감지부를 전기적으로 연결하는 메탈레그; 및 적외선 감지부 및 메탈레그를 보호하는 보호층을 포함하는 것이 바람직하다. In one embodiment of the invention, the infrared sensing element, the infrared sensing unit for sensing the incident infrared; A support layer supporting the infrared sensing unit in the air; A metal electrode electrically connected to the driving circuit unit and the infrared sensing element; A metal reflection layer forming a space with an infrared sensing unit through a metal electrode to absorb incident infrared rays and forming a resonance structure; A metal leg electrically connecting the metal electrode and the infrared sensor; And a protective layer protecting the infrared sensing unit and the metal leg.

본 발명의 일 실시형태에서, 신호처리부는, 구동회로부를 구동시키는 메인 클럭, 프레임율을 조정하는 프레임 클럭 및 각 클럭의 시작점을 동기화하는 동조 클럭을 생성하는 클럭발생부; 적외선 감지소자에서 감지된 아날로그 감지신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환부; 아날로그-디지털 변환부를 통해 출력된 신호를 일시적으로 저장하는 프레임 메모리부; 적외선 감지소자의 검출 옵셋값과 이득값을 보정하기 위하여 신호를 연산 처리하는 데이터 프로세서부; 및 데이터 프로세서부에서 출력된 신호에 대응하는 보정상수를 저장하는 보정상수 메모리부를 포함하는 것이 바람직하다. In one embodiment of the present invention, the signal processing unit comprises: a clock generator for generating a main clock for driving the driving circuit unit, a frame clock for adjusting the frame rate, and a tuning clock for synchronizing the start point of each clock; An analog-digital converting unit converting the analog sensing signal detected by the infrared sensing element into a digital signal; A frame memory unit for temporarily storing a signal output through the analog-digital converter; A data processor for computing a signal to correct a detection offset value and a gain value of the infrared sensing element; And a correction constant memory unit for storing a correction constant corresponding to the signal output from the data processor unit.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시형태에 따른 SoC 기반 공간 감지용 적외선 센서는, In addition, the SoC-based space sensor infrared sensor according to another embodiment of the present invention for achieving the above object,

공간상에 존재하는 물체에서 방출되는 적외선을 집광하는 렌즈부; 렌즈부를 통해 집광되는 적외선 중 선택된 특정 주파수를 갖는 적외선만 통과시키는 필터부; 렌즈부의 초점보다 상단에 초점면 배열(focal plane array)되며 필터부를 통과한 적외선을 감지하는 다수의 적외선 감지소자 및 적외선 감지소자를 구동하는 구동회로부가 집적화된 칩(SoC); 렌즈부, 필터부 및 칩을 하나의 패키지로 구현한 하우징; 및 적외선 감지소자에서 감지한 적외선에 대한 감지신호를 처리하는 신호처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.A lens unit for collecting infrared light emitted from an object existing in space; A filter unit configured to pass only infrared rays having a specific frequency selected from infrared rays collected through the lens unit; A chip (Focus plane array) at the top of the focus of the lens unit and a plurality of infrared sensing elements for sensing infrared rays passing through the filter unit and a driving circuit unit for driving the infrared sensing elements (SoC); A housing in which the lens unit, the filter unit, and the chip are implemented in one package; And a signal processor for processing a detection signal for infrared rays detected by the infrared sensing element.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 SoC 기반 공간 감지용 적외선 센서는,In addition, an infrared sensor for SoC-based space sensing according to another embodiment of the present invention for achieving the above object,

공간상에서 입사되는 적외선을 집광하는 렌즈부; 렌즈부를 통해 집광되는 적외선 중 선택된 특정 파장의 적외선을 통과시키는 필터부; 공간상에 구분된 M x N개(M,N≥1, 정수)의 영역과 일대일로 대응하여 필터부를 통과한 특정 파장의 적외선의 광량에 따른 저항 변화를 통해 해당 영역에서 입사되는 적외선을 감지하는 M x N개의 적외선 감지소자; 적외선 감지소자와 하나의 단일 칩(SoC)에 집적화되며 적외선 감지소자를 구동하는 구동회로부; 및 적외선 감지소자에서 감지한 적외선에 대한 감지신호를 처리하여 출력하는 신호처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.A lens unit for collecting infrared rays incident on the space; A filter unit configured to pass infrared rays of a specific wavelength selected from infrared rays collected through the lens unit; One-to-one correspondence with M x N (M, N ≥ 1, integer) zones separated in space to detect infrared rays incident from the corresponding region through a resistance change according to the amount of infrared light passing through the filter unit M x N infrared sensing elements; A driving circuit unit integrated in the infrared sensing element and one single chip (SoC) and driving the infrared sensing element; And a signal processing unit for processing and outputting a detection signal for infrared rays detected by the infrared sensing element.

본 발명에 따른 SoC 기반 공간 감지용 적외선 센서는 적외선을 이용하여 물 체를 감지하는 적외선 감지소자와 그 적외선 감지소자의 구동회로를 단일 칩(SoC)에 집적화함으로써 소형화가 가능하고 생산단가도 줄일 수 있는 효과가 있다.Infrared sensor for SoC-based space sensing according to the present invention can be miniaturized and reduced production cost by integrating the infrared sensing element for detecting objects using infrared rays and the driving circuit of the infrared sensing element in a single chip (SoC). It has an effect.

또한, 본 발명에 따른 SoC 기반 공간 감지용 적외선 센서는 단일 칩에 M x N개의 적외선 감지소자를 배열하고 각 적외선 감지소자와 공간영역이 일대일로 대응하여 물체를 감지할 수 있으므로 여러 개의 적외선 센서와 렌즈 등 별도의 장치가 필요 없어도 검출의 신뢰성이 향상되고 제조공정이 간편해지는 효과가 있다.In addition, the SoC-based space sensing infrared sensor according to the present invention can be arranged in a single chip M x N infrared sensing elements and each of the infrared sensing element and the space area to correspond to the one-to-one to detect the object, so that several infrared sensors and Even if a separate device such as a lens is not required, the detection reliability is improved and the manufacturing process is simplified.

또한, 본 발명에 따른 SoC 기반 공간 감지용 적외선 센서는 다수의 적외선 감지소자 간 적외선 감지신호의 검출 편차를 줄이도록 적외선 감지신호의 옵셋값 및 이득값을 보정하도록 함으로써 물체에 대한 감지 신뢰도를 향상시킬 수 있다.In addition, the SoC-based spatial sensor infrared sensor according to the present invention to improve the detection reliability of the object by correcting the offset value and the gain value of the infrared detection signal to reduce the detection deviation of the infrared detection signal between a plurality of infrared sensing elements. Can be.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.Hereinafter, a detailed description of a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 적외선 센서의 개략적인 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram of an infrared sensor according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 적외선 센서(100)는 외부에서 방출되는 적외선을 집광하는 렌즈부(110), 렌즈부(110)에 의해 집광된 적외선 중 선택된 특정 파장을 갖는 적외선만을 통과시키는 필터부(120), 상기 필터 부(120)를 통과한 적외선을 감지하는 다수의 적외선 감지소자(130), 다수의 적외선 감지소자(130)와 단일 칩(chip)(170)에 집적화(SoC)되고 그 적외선 감지소자(130)를 구동하는 구동회로부(140) 및 적외선 감지소자(130)에서 감지된 적외선에 따른 감지신호를 처리하는 신호처리부(150)를 포함하여 구성된다. Referring to FIG. 1, an infrared sensor 100 according to an exemplary embodiment of the present invention has a specific wavelength selected from a lens unit 110 for collecting infrared rays emitted from the outside and infrared rays collected by the lens unit 110. Filter unit 120 for passing only the infrared rays, a plurality of infrared sensing element 130, a plurality of infrared sensing element 130 and a single chip (170) for sensing the infrared rays passing through the filter unit 120 The integrated circuit (SoC) is configured to include a driving circuit unit 140 for driving the infrared sensing element 130 and a signal processor 150 for processing the detection signal according to the infrared rays detected by the infrared sensing element 130.

렌즈부(110)는 외부로부터 적외선을 집광하는 기능을 수행하는 것으로서 공간상에 존재하는 물체로부터 방출되는 적외선을 수집하여 초점면에 집광시키는 기능을 수행한다. 이러한 렌즈부(110)는 예를 들어 프레넬(Fresnel) 렌즈 또는 볼록 렌즈로 구현될 수 있다. 특히 공간상에서 방출되는 적외선은 렌즈부(110)를 통해 집광되어 적외선 감지소자(130)에 입사된다. 이와 같이 본 발명의 렌즈부(110)를 이용하여 렌즈부(110)의 초점면에 다수의 적외선 감지소자(130)를 배치함으로써 각 적외선 감지소자(130)와 공간상에 구분된 다수의 영역이 일대일로 대응되도록 한다. The lens unit 110 performs a function of condensing infrared rays from the outside and collects infrared rays emitted from an object existing in the space and condenses the focal plane. The lens unit 110 may be implemented as, for example, a Fresnel lens or a convex lens. In particular, the infrared rays emitted from the space are collected through the lens unit 110 and incident on the infrared sensing element 130. As such, by arranging a plurality of infrared sensing elements 130 on the focal plane of the lens unit 110 using the lens unit 110 of the present invention, a plurality of regions separated from each infrared sensing element 130 and space are provided. Try to respond one-on-one.

필터부(120)는 렌즈부(110)에 의해 집광되는 적외선 중에서 선택된 특정 파장을 갖는 적외선만을 통과시키는 기능을 수행한다. 본 발명의 실시형태에서는 바람직하게는8~12㎛ 파장의 적외선을 통과시킨다. 예를 들어 사람은 전 파장에 걸쳐 에너지를 방출하지만 8~12㎛ 파장에서 가장 많은 에너지를 방출하기 때문에 해당 파장을 투과시킴으로써 사람의 존재여부 및 움직임 등을 파악할 수 있다. 그러나 상기한 파장은 본 발명의 일 예시이며 이러한 원리를 이용하여 특정 물체를 감지하 고자 하는 경우에는 해당 물체가 가장 많은 에너지를 방출하는 파장만을 통과시키는 필터부를 적용함이 바람직하다. The filter unit 120 performs a function of passing only infrared rays having a specific wavelength selected from the infrared rays collected by the lens unit 110. In embodiment of this invention, Preferably, infrared rays of 8-12 micrometers wavelength pass. For example, a person emits energy over the entire wavelength, but the most energy is emitted at a wavelength of 8 ~ 12㎛, so that the transmission of the wavelength can determine the presence and movement of the person. However, the above-mentioned wavelength is an example of the present invention, and when it is desired to detect a specific object using this principle, it is preferable to apply a filter unit passing only the wavelength at which the object emits the most energy.

적외선 감지소자(130)는 필터부(120)를 선택적으로 통과한 특정 파장의 적외선을 수신하여 이를 감지하는 기능을 수행한다. 본 발명의 일 실시형태에서 적외선 감지소자는 바람직하게는 적어도 하나 이상 구비되며, 특히 본 발명에서 적어도 하나의 적외선 감지소자(130)는 초점면 배열(focal plane array)된 것을 특징으로 한다. 다시 말하면, 렌즈부(110)에 의해 적외선이 집광되는 경우 적외선 감지소자 어레이가 초점(focus)보다 상부에 위치함으로써 초점면(focal plane)에 적외선 감지소자(130)가 위치되도록 한다. 또한, 보다 바람직하게는 적외선 감지소자(130)는 M x N개의 마이크로 볼로미터(micro bolometer) 어레이로 구현된다. 여기서 M과 N은 1 이상의 정수이다. 필터부(120)를 통과한 적외선이 적외선 감지소자(130)에 입사하게 되면 적외선 감지소자(130)가 이를 감지하여 해당 적외선이 방출되는 물체를 감지하게 된다. 예를 들어 적외선이 특정 마이크로 볼로미터에 입사하게 되면 그 마이크로 볼로미터는 적외선이 갖고 있는 복사 에너지를 흡수하게 되어 해당 마이크로 볼로미터의 전기 저항이 작아지게 되며, 이와 같이 변화된 저항의 값에 대응하는 신호를 구동회로부(140)에서 처리함으로써 공간상의 물체의 존재 및 움직임을 감지하게 된다.The infrared sensing element 130 receives and detects infrared rays having a specific wavelength selectively passing through the filter unit 120. In one embodiment of the present invention preferably at least one infrared sensing element is provided, in particular in the present invention at least one infrared sensing element 130 is characterized in that the focal plane array (focal plane array). In other words, when infrared rays are collected by the lens unit 110, the infrared sensing element array is positioned above the focus so that the infrared sensing element 130 is positioned on the focal plane. In addition, more preferably, the infrared sensing element 130 is implemented as an M × N array of micro bolometers. Where M and N are integers of 1 or greater. When the infrared ray passing through the filter unit 120 is incident on the infrared sensing element 130, the infrared sensing element 130 detects this to detect an object emitting the corresponding infrared ray. For example, when an infrared ray enters a specific microbolometer, the microbolometer absorbs the radiation energy of the infrared ray, so that the electrical resistance of the microbolometer is reduced. Thus, a signal corresponding to the changed resistance value is driven by the driving circuit unit. Processing at 140 detects the presence and movement of objects in space.

구동회로부(140)는 적외선 감지소자(130)가 정확하게 동작할 수 있도록 적외 선 감지소자(130)를 구동하는 기능을 수행한다. 특히 본 발명의 실시형태에 따른 구동회로부(140)는 적외선 감지소자(130)와 전기적으로 연결되어 전원을 공급하고 적외선 감지소자(130)에서의 감지신호를 신호처리부(150)로 전달하도록 제어한다. 이를 위하여 본 발명에 따른 구동회로부(140)는 필터부(120)를 투과한 적외선이 MxN 마이크로 볼로미터에 입사되면, 변화된 마이크로 볼로미터의 저항값을 감지하고 해당 값에 대응하는 소정의 신호를 생성한다. 이러한 신호는 예를 들어 물체의 유무, 위치, 이동 및 해당 물체의 공간 등을 감지할 수 있는 값으로 출력될 수 있다. The driving circuit unit 140 functions to drive the infrared ray sensing element 130 so that the infrared ray sensing element 130 can operate correctly. In particular, the driving circuit unit 140 according to the embodiment of the present invention is electrically connected to the infrared sensing element 130 to supply power and to control the signal transmitted from the infrared sensing element 130 to the signal processor 150. . To this end, the driving circuit unit 140 according to the present invention detects the resistance of the changed microbolometer and generates a predetermined signal corresponding to the value when the infrared ray transmitted through the filter unit 120 is incident on the MxN microbolometer. Such a signal may be output as a value capable of detecting, for example, the presence, position, movement, and space of the object.

신호처리부(150)는 적외선 감지소자(130)에서 감지한 적외선 감지신호를 미리 설정된 절차에 따라 처리하는 기능을 수행한다. 특히 신호처리부(150)는 적외선 감지신호를 보정하는 기능을 수행한다. 즉 신호처리부(150)는 다수의 적외선 검출소자(130) 간에 검출신호의 옵셋(offset)값과 이득(gain)값을 보정함으로써 동일한 물체에 대하여 각 적외선 검출소자(130) 간 검출신호의 편차를 줄일 수 있도록 한다. 예를 들어 신호처리부(150)는 동일 물체에 대하여 제1 적외선 검출소자가 16㎷를 검출하고 제2 적외선 검출소자가 10㎷를 검출한 경우 제2 적외선 검출소자에 대하여 6㎷만큼의 이득값을 조정함으로써 검출 옵셋값을 16㎷로 조정하는 것이 바람직하다. 이러한 옵셋값 및 이득값 조정은 다양한 방법으로 구현할 수 있으며, 이는 당업자가 용이하게 구현할 수 있는 것이므로 상세한 설명은 생략하도록 한다. The signal processor 150 performs a function of processing the infrared sensing signal detected by the infrared sensing element 130 according to a preset procedure. In particular, the signal processor 150 performs a function of correcting the infrared detection signal. That is, the signal processor 150 corrects offsets and gain values of the detection signals between the plurality of infrared detection elements 130 to correct deviations of the detection signals between the infrared detection elements 130 with respect to the same object. To reduce it. For example, when the first infrared detector detects 16 Hz and the second infrared detector detects 10 Hz for the same object, the signal processor 150 may obtain a gain value of 6 dB for the second infrared detector. It is preferable to adjust the detection offset value to 16 ms by adjusting. The offset value and the gain value adjustment can be implemented in various ways, which can be easily implemented by those skilled in the art, so detailed description thereof will be omitted.

이때, 본 발명의 일 실시형태에서 적어도 하나의 적외선 감지소자(130)와 구동회로부(140)는 단일 칩(SoC)(170)에 집적화되는 것이 바람직하다. 이러한 SoC(System on Chip) 기술은 프로세서, 메모리, 각종 센서까지 시스템을 하나의 칩에 통합하는 기술로서 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략한다. 이와 같이 본 발명은 다수의 적외선 감지소자(130)와 이를 구동하는 구동회로(140)를 SoC으로 단일 칩에 집적화함으로써 제조공정이 간편하면서 소형의 센서를 제공할 수 있게 된다. 여기서 보다 바람직하게는 이러한 단일 칩(SoC)(170)은 공지의 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술을 이용하여 집적화함으로써 소형화가 가능하다. 한편, 본 발명의 다른 실시형태에서 적어도 하나의 적외선 감지소자(130), 구동회로부(140) 및 신호처리부(150)가 단일 칩(SoC)에 집적화될 수도 있다.At this time, in one embodiment of the present invention, at least one infrared sensing element 130 and the driving circuit unit 140 is preferably integrated into a single chip (SoC) 170. The SoC (System on Chip) technology is a technology that integrates a system up to a processor, memory, and various sensors into a single chip, and thus a detailed description thereof will be omitted. As described above, the present invention integrates a plurality of infrared ray sensing elements 130 and the driving circuit 140 for driving the same into a single chip in a SoC, thereby providing a compact sensor with a simple manufacturing process. More preferably, such a single chip (SoC) 170 can be miniaturized by integrating using a known Micro Electro Mechanical System (MEMS) technology. Meanwhile, in another embodiment of the present invention, at least one infrared ray sensing element 130, the driving circuit unit 140, and the signal processing unit 150 may be integrated in a single chip SoC.

한편, 도2에서와 같이 본 발명의 다른 실시형태에서 SoC기반 공간 감지용 적외선 센서(100)는 렌즈부(110), 필터부(120), 적외선 감지소자(130) 및 구동회로부(140)를 하나의 단일 패키지로 구성하는 하우징(180)을 더 포함할 수 있다. 이를 위하여 본 발명의 다른 실시형태에서는 하나의 하우징(180) 내에 이러한 구성요소들을 패키지화하여 하나의 패키지화된 적외선 센서를 구현할 수도 있다. 미도시된 신호처리부(150)는 적외선 감지소자(130)에서 감지한 적외선 감지신호를 소정 절차에 따라 연산 처리하여 그 결과를 출력한다.Meanwhile, in another embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, the SoC-based spatial sensing infrared sensor 100 includes the lens unit 110, the filter unit 120, the infrared sensing element 130, and the driving circuit unit 140. It may further include a housing 180 configured as one single package. To this end, in another embodiment of the present invention, these components may be packaged in one housing 180 to implement one packaged infrared sensor. The signal processor 150, which is not shown, calculates and processes the infrared signal detected by the infrared sensor 130 according to a predetermined procedure and outputs the result.

도 3은 본 발명에 따른 적외선 감지소자 및 구동회로부가 집적화된 단일 칩(SoC)의 단면도이다. 3 is a cross-sectional view of a single chip (SoC) integrated with an infrared sensing element and a driving circuit unit according to the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 적외선 감지소자(130), 예컨대, 마이크로 볼로미터(micro bolometer)와 집적회로(IC) 반도체 공정을 거친 구동회로부(140)가 MEMS 기술을 통하여 연결된 단일 칩(SoC)(170)의 단면도가 도시되어 있다.Referring to FIG. 3, an infrared sensing device 130 according to an embodiment of the present invention, for example, a micro bolometer and an integrated circuit (IC) driving circuit unit 140 having undergone a semiconductor process are connected through MEMS technology. A cross-sectional view of a single chip (SoC) 170 is shown.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시형태에서는MEMS 기술을 이용하여 구동회로부(140)와 단일 칩에 집적화된 마이크로 볼로미터(130)는 구동회로부(140)와 마이크로 볼로미터(130)를 전기적으로 연결하는 메탈전극(31), 적외선 흡수를 위해 메탈전극(31)을 통해 적외선을 감지하는 소정의 적외선 감지물질(33)과의 공간을 형성하여 공진 구조를 이루는 금속반사층(32), 적외선 감지물질(33)을 공중에 받치고 있는 지지층(34), 메탈전극(31)과 적외선 감지 물질(33)을 전기적으로 연결하는 메탈레그(35) 및 적외선 감지물질(33)과 메탈레그(35)를 커버함으로써 적외선 감지소자(130) 전체를 보호하는 보호층(36)으로 구성되어 있다. As shown in FIG. 3, in the exemplary embodiment of the present invention, the microbolometer 130 integrated into the driving circuit unit 140 and the single chip using MEMS technology electrically connects the driving circuit unit 140 and the microbolometer 130 to each other. The metal reflection layer 32 and the infrared sensing material forming a resonance structure by forming a space with a predetermined infrared sensing material 33 for sensing infrared rays through the metal electrode 31 to connect the metal electrode 31 and infrared absorption. The support layer 34 supporting the air 33 in the air, the metal leg 35 electrically connecting the metal electrode 31 and the infrared sensing material 33, and the infrared sensing material 33 and the metal leg 35 are covered. As a result, the protective layer 36 protects the entire infrared sensing element 130.

또한, 마이크로 볼로미터(130)는 적외선의 입사로 인해 발생하는 열의 손실을 최소화하기 위하여 금속반사층(32)과 적외선 감지 물질(33) 사이를 일정 거리 띄우는 구조(37)로 되어있다. In addition, the microbolometer 130 has a structure 37 that spaces a predetermined distance between the metal reflection layer 32 and the infrared sensing material 33 in order to minimize the loss of heat generated due to the incident of infrared rays.

도 4는 본 발명에 따른 적외선 센서의 구동에 따른 신호 흐름을 보이는 블럭 도이다. 4 is a block diagram showing a signal flow according to the driving of the infrared sensor according to the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 적외선 센서(100)는 공간상에 존재하는 물체로부터 방사되는 적외선(IR)을 렌즈부(110)에서 집광하고, 필터부(120)에서 그 집광된 적외선의 특정 파장만을 투과시킨다. 이와 같이 투과된 특정 파장의 적외선은 적외선 감지소자(130)에 입사된다. 이때, 바람직하게는 적외선 감지소자(130)는 적외선 감지소자(130)를 구동하는 구동회로부(140)와 하나의 단일 칩(SoC)(170)에 집적화되어 있으며, 보다 바람직하게는 적외선 감지소자(130)는 예를 들어 M x N개의 마이크로 볼로미터가 초점면 배열(focal plane array)로 구현될 수 있다. Referring to FIG. 4, the infrared sensor 100 of the present invention collects infrared rays (IR) emitted from an object existing in a space in the lens unit 110, and the filter unit 120 identifies the focused infrared rays. Only the wavelength is transmitted. Infrared rays of a specific wavelength transmitted in this way is incident on the infrared sensing element 130. At this time, preferably, the infrared sensing element 130 is integrated in the driving circuit unit 140 and one single chip (SoC) 170 for driving the infrared sensing element 130, and more preferably, the infrared sensing element ( 130 may be implemented with, for example, M x N microbolometers in a focal plane array.

신호처리부(150)는 구동회로부(140)를 구동시키는 메인 클럭, 프레임율을 조정하는 프레임 클럭 및 각 클럭의 시작점을 동기화하는 동조 클럭을 생성하는 클럭발생부(151)와, 적외선 감지소자(130)에서 감지된 아날로그 적외선 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환부(ADC)(152)와, 아날로그-디지털 변환부(152)를 통하여 출력된 신호를 일시적으로 저장하는 프레임 메모리부(153), 적외선 감지소자(130)의 검출 옵셋값과 이득값을 보정하기 위하여 신호를 연산 처리하는 데이터 프로세서부(154) 및 데이터 프로세서부(154)에서 출력된 연산값에 대응하는 보정상수를 저장하는 보정상수 메모리부(155)를 포함하여 구성된다. The signal processor 150 includes a clock generator 151 for generating a main clock for driving the driving circuit unit 140, a frame clock for adjusting the frame rate, and a synchronized clock for synchronizing the start points of the respective clocks, and the infrared sensing device 130. Analog-to-digital converter (ADC) 152 for converting the detected analog infrared signal into a digital signal, and frame memory unit 153 for temporarily storing the signal output through the analog-to-digital converter 152 In order to correct the detection offset value and the gain value of the infrared sensing element 130, a correction is performed to store a correction constant corresponding to the operation value output from the data processor 154 and the data processor 154 for processing the signal. The constant memory unit 155 is configured to be included.

적외선 감지소자(130)에서 감지된 아날로그 적외선 감지신호는 아날로그-디지털 변환부(152)를 통해 디지털 신호로 변환된다. 이와 같이 변환된 디지털 신호 는 프레임 단위로 프레임 메모리부(153)에 저장되며, 그 저장된 디지털 신호는 데이터 프로세서부(154)에서 연산 처리되어 소정의 출력신호로 출력된다. 이때, 데이터 프로세서부(154)에서 연산된 신호는 적외선 감지소자(130)의 검출 옵셋값과 이득값 보정을 위하여 보정상수 메모리부(155)에 입력된다. 여기서, 보정상수 메모리부(155)에는 데이터 프로세서부(154)에서 연산 처리된 디지털 신호에 대응하는 보정상수가 미리 저장되어 있으며, 데이터 프로세서부(154)에서 연산 처리된 디지털 신호가 입력되면 그에 대응하는 보정상수를 출력한다. 여기서, 보정상수 메모리부(155)에서 출력된 디지털 신호는 구동회로(140)의 디지털-아날로그 변환부(141)를 통해 아날로그 신호로 변환되어 적외선 감지소자(130)의 검출 옵셋값과 이득값을 보정하도록 한다.The analog infrared sensing signal sensed by the infrared sensing element 130 is converted into a digital signal through the analog-digital converter 152. The digital signal converted as described above is stored in the frame memory unit 153 in units of frames, and the stored digital signal is calculated by the data processor unit 154 and output as a predetermined output signal. In this case, the signal calculated by the data processor unit 154 is input to the correction constant memory unit 155 to correct the detection offset value and the gain value of the infrared sensing element 130. In this case, the correction constant corresponding to the digital signal calculated by the data processor 154 is stored in the correction constant memory unit 155 in advance, and when the digital signal calculated by the data processor 154 is input, Output the correction constant. Here, the digital signal output from the correction constant memory unit 155 is converted into an analog signal through the digital-to-analog converter 141 of the driving circuit 140 to obtain a detection offset value and a gain value of the infrared sensing element 130. Correct it.

도 5는 본 발명에 따른 구동회로의 구성도이다.5 is a configuration diagram of a driving circuit according to the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 적외선 감지소자의 구동회로부(140)는 적어도 하나 이상 배열된 적외선 감지소자 중 선택된 하나의 적외선 감지소자의 기준저항(502), 적외선을 흡수함에 따라 저항값이 가변되는 적외선 감지소자(501)(예:마이크로 볼로미터), 적외선 감지소자(501)와 기준저항(502)에 흐르는 전류의 차이를 적분해서 전압의 형태로 출력하는 적분기(510) 및 보정상수 메모리부(155)에 저장된 보정상수 신호를 적외선 감지소자의 검출 옵셋값과 바이어스 전류를 보정하기 위해 입력하는 디지털-아날로그 변환부(DAC)(503,504)를 포함하여 구성된다. 적분기(510)를 통해 출력되는 전압신호는 도 4에 도시된 바와 같이 증폭부(142) 및 아 날로그 디지털 변환부(152)를 통해 디지털 신호로 변환된다. Referring to FIG. 5, the driving circuit unit 140 of the infrared sensing element according to the present invention has a resistance value as it absorbs the reference resistance 502 of the infrared sensing element selected from at least one infrared sensing element, and infrared rays. Integrator 510 and correction constant memory unit for integrating the difference between the current flowing through the infrared sensing element 501 (for example, a microbolometer), the infrared sensing element 501 and the reference resistor 502 and outputting it in the form of a voltage And a digital-to-analog converter (DAC) 503 and 504 for inputting the correction constant signal stored in 155 to correct the detection offset value and the bias current of the infrared sensing element. The voltage signal output through the integrator 510 is converted into a digital signal through the amplifier 142 and the analog digital converter 152, as shown in FIG.

적외선 감지소자(130)는 적외선이 입사되면 그 적외선의 열 에너지를 흡수하게 됨으로써 감지물질의 종류에 따라 저항, 캐패시턴스, 기전력 등이 달라지는 물리적 성질을 이용하여 그 적외선을 방사하는 물체를 감지하는 소자이다. 예를 들어, 마이크로 볼로미터는 적외선이 입사되는 경우 저항이 변하는 특성을 이용하는 소자로서, 이러한 적외선 감지소자(130)의 일례가 될 수 있다. 기준저항(502)과 적외선 감지소자(501)는 적외선을 흡수하지 않은 상태에서 제1 저항값을 가지며, 적외선을 흡수한 상태에서 가변저항(501)은 제1 저항값보다 낮은 제2 저항값을 가진다. 따라서 전압분배의 법칙에 따라 기준저항(502)과 적외선 감지소자(501)에는 각각 다른 전류가 흐르게 되며, 적분기(510)는 기준저항(502)과 적외선 감지소자(501)에 흐르는 전류의 변화를 전압의 형태로 출력하게 된다.The infrared sensing element 130 is an element that senses an object that emits infrared rays by using physical properties such as resistance, capacitance, electromotive force, and the like that vary depending on the type of sensing material by absorbing thermal energy of the infrared rays when the infrared rays are incident. . For example, the microbolometer is a device using a characteristic that changes resistance when an infrared ray is incident, and may be an example of such an infrared ray sensing element 130. The reference resistor 502 and the infrared sensing element 501 have a first resistance value without absorbing infrared rays, and the variable resistor 501 has a second resistance value lower than the first resistance value while absorbing infrared rays. Have Accordingly, different currents flow through the reference resistor 502 and the infrared sensing element 501 according to the law of voltage distribution, and the integrator 510 changes the current flowing through the reference resistor 502 and the infrared sensing element 501. Output in the form of voltage.

이와 같이 출력된 전압은 증폭부(142) 및 n비트 아날로그-디지털 변환부(152)를 통해서 디지털 신호로 변환되며, 그 디지털 신호는 프레임 메모리부(153)로 저장된다. 프레임 메모리부(153)에 저장된 디지털 신호는 다음 프레임 동안 기준저항(502)과 적외선 감지소자(501)가 적외선을 흡수할 때 옵셋 전압과 바이어스 전류를 보정하기 위하여 디지털-아날로그 변환기(503,504)를 통해서 입력되며, 이러한 과정을 반복하여 디지털 신호를 재 출력한다. 출력된 디지털 신호는 이득값 보정을 거친 후 최종적으로 신호를 출력하여 물체의 유무 및 위치, 물체가 존 재하는 영역을 별로의 외부 회로 없이 판별해 낼 수 있다.　　The output voltage is converted into a digital signal through the amplifier 142 and the n-bit analog-to-digital converter 152, and the digital signal is stored in the frame memory unit 153. The digital signal stored in the frame memory unit 153 passes through the digital-to-analog converters 503 and 504 to correct the offset voltage and bias current when the reference resistor 502 and the infrared sensing element 501 absorb infrared rays during the next frame. Input, and repeats this process to output the digital signal again. The digital signal is output after the gain value is corrected and finally the signal can be discriminated from the presence, location, and region of the object without any external circuit.

도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 적외선 감지소자의 감지영역별 관계를 나타낸 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between sensing regions of an infrared sensing device according to an exemplary embodiment of the present disclosure. FIG.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 적외선 감지소자는 M x N개의 어레이로 배열되어 있다. 외부 공간 상에 존재하는 물체로부터 입사되는 적외선은 렌즈부(110) 및 필터부(120)를 통해 각 적외선 감지소자에 입사된다.Referring to FIG. 6, the infrared sensing elements according to the embodiment of the present invention are arranged in M × N arrays. Infrared light incident from an object existing in an external space is incident on each infrared sensing element through the lens unit 110 and the filter unit 120.

도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 렌즈부(110)는 예를 들어 볼록렌즈로서 공간(61)상에서 방출되는 적외선을 집광하는 역할을 수행함과 동시에, 공간상에서 적외선의 입사 영역(62)을 결정하게 된다. 이와 같이 입사된 적외선은 필터부(120)을 통과하여 초점에 집광된다. 이때 적외선 감지소자(130)는 초점보다 일정거리만큼 상단에 배치되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 적외선 감지소자(130)의 크기를 고려하여 적외선 감지소자(130)의 면적에 적외선이 집광되도록 적절한 거리를 결정한다. As shown in FIG. 6A, the lens unit 110 collects infrared rays emitted from the space 61 as a convex lens, for example, and at the same time, the incident region 62 of the infrared rays in the space. Will be determined. The incident infrared rays pass through the filter unit 120 and are focused at the focal point. In this case, the infrared sensing element 130 is preferably disposed at an upper end by a predetermined distance from the focal point, and more preferably in consideration of the size of the infrared sensing element 130, the infrared ray is concentrated on the area of the infrared sensing element 130. Determine the distance.

이로써 공간(61)상에서 구분된 적외선의 입사 영역(62) 안에 해당하는 특정 공간(81)은 렌즈부(110)를 통해 집광되고 초점면 배열된 하나의 적외선 감지소자(130) 위에 그 상이 그대로 맺히게 된다. 즉, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 초점면 상단에 배열된 M x N개의 적외선 감지소자(130)에 의해 공간은 적외선 감지소 자(130)의 개수만큼 M x N개의 영역으로 구분될 수 있고, 이와 같이 공간상에서 구분된 각 영역별 공간은 M x N개의 적외선 감지소자(130)와 일대일로 각각 매치된다.As a result, the specific space 81 corresponding to the incident region 62 of the infrared rays separated on the space 61 is condensed through the lens unit 110 and the image is formed on the one infrared sensing element 130 arranged in the focal plane. do. That is, as shown in (b) of FIG. 6, the space is divided into M x N areas by the number of infrared sensing devices 130 by the M x N infrared sensing devices 130 arranged on the focal plane. In this way, the space for each area divided in the space is matched one-to-one with M x N infrared sensing elements 130, respectively.

예를 들어, 도 6의 (b)에서 제1 공간(81a)와 제2 공간(81b)에 물체가 존재하는 경우 제1 적외선 감지소자(82a) 및 제2 적외선 감지소자(82b)에 각각 그 상이 맺히게 되고 광량에 의한 저항 변화로 인해 공간상에서 물체의 존재 유무 및 그의 움직임을 감지해 낼 수 있게 된다. For example, when an object exists in the first space 81a and the second space 81b in FIG. 6 (b), the first and second infrared sensing devices 82a and 82b may be respectively attached to each other. The image is formed and the change in resistance due to the amount of light makes it possible to detect the presence and movement of an object in space.

상기 도면과 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시형태가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.The drawings and detailed description of the invention are merely exemplary of the invention, which are used for the purpose of illustrating the invention only and are not intended to limit the scope of the invention as defined in the appended claims or claims. Therefore, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible from this. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 적외선 감지소자와 이를 구동하는 구동회로가 MEMS 기술을 이용하여 단일 칩(SoC)에 집적화하여 구현하며, SoC 칩 내 구동회로에서 나온 감지신호는 외부의 보정신호회로에서 신호가 보정되어 원하는 신호를 얻을 수 있다. 이러한 구성을 통해 적외선 센서의 간소화 및 소형화가 가능하고 생산원가를 절감할 수 있으므로 산업상 이용이 촉진될 수 있을 것이다.As described above, the present invention implements the infrared sensing element and its driving circuit integrated in a single chip (SoC) using MEMS technology, and the detection signal from the driving circuit in the SoC chip is The signal is corrected to obtain the desired signal. Such a configuration may simplify and miniaturize the infrared sensor and reduce production costs, thereby facilitating industrial use.

또한, 다수의 적외선 감지소자를 M x N개로 배열하고 하나의 렌즈를 이용하여 공간상에서 구분된 영역과 적외선 감지소자가 각각 일대일로 대응되어 각 영역의 정보를 감지해 낸다. 따라서 본 발명에 의한 적외선 센서는 별도의 외부 적외선 센서 구동 회로 없이 단일 SoC 칩과 단일 렌즈로 물체의 움직임, 위치, 영역 등을 정확하게 판별할 수 있다. 이러한 장점은 적외선 센서의 응용 분야가 확대되는 이유가 될 것이다. 따라서 본 발명에 따른 적외선 센서는 산업분야에서 다양하게 적용될 수 있을 것이다.In addition, by arranging a plurality of infrared sensing elements in M x N and using one lens, the separated regions in the space and the infrared sensing elements correspond to each other one-to-one to detect information of each region. Therefore, the infrared sensor according to the present invention can accurately determine the movement, position, area, etc. of an object with a single SoC chip and a single lens without a separate external infrared sensor driving circuit. This advantage will be the reason for the widespread application of infrared sensors. Therefore, the infrared sensor according to the present invention may be variously applied in the industrial field.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 적외선 센서의 구성도이다.1 is a configuration diagram of an infrared sensor according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 적외선 센서의 구성도이다.2 is a configuration diagram of an infrared sensor according to another embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 적외선 감지소자 및 구동회로의 SoC 단면도이다.3 is a sectional view of an SoC of an infrared sensing device and a driving circuit according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 적외선 센서의 신호흐름에 따른 블록도이다.Figure 4 is a block diagram according to the signal flow of the infrared sensor according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 구동회로의 구성도이다.5 is a configuration diagram of a driving circuit according to the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 적외선 감지소자와 공간상의 감지영역별 관계를 나타낸 도면이다.6 is a view showing the relationship between the infrared sensing element and the sensing region in the space according to the present invention.

Claims (12)

공간상에 존재하는 물체에서 방출되는 적외선을 집광하는 렌즈부;A lens unit for collecting infrared light emitted from an object existing in space; 상기 렌즈부를 통해 집광되는 적외선 중 선택된 특정 파장의 적외선을 통과시키는 필터부;A filter unit configured to pass infrared rays of a specific wavelength selected from infrared rays collected through the lens unit; 상기 필터부를 통과한 적외선을 감지하는 적어도 하나의 적외선 감지소자;At least one infrared ray sensing element for sensing infrared rays passing through the filter unit; 상기 적외선 감지소자를 구동하는 구동회로부; 및A driving circuit unit driving the infrared sensing element; And 상기 적외선 감지소자에서 감지한 적외선에 대한 감지신호를 처리하는 신호처리부; 를 포함하고,A signal processor for processing a detection signal for infrared rays detected by the infrared sensing element; Including, 상기 적외선 감지소자 및 구동회로부는 단일 칩(SoC:System on Chip)에 집적화되고, The infrared sensing device and the driving circuit unit are integrated in a single chip (System on Chip), 상기 신호처리부는 상기 각 적외선 감지소자 간 적외선 감지신호의 검출 편차를 줄이도록 적외선 감지신호의 옵셋값 및 이득값을 보정하는 것을 특징으로 하는 SoC 기반 공간 감지용 적외선 센서.The signal processor is a SoC-based spatial sensing infrared sensor, characterized in that for correcting the offset value and the gain value of the infrared detection signal to reduce the detection deviation of the infrared detection signal between each infrared sensing element. 삭제delete 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 렌즈부는 프레넬렌즈 및 볼록렌즈 중 선택된 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 SoC 기반 공간 감지용 적외선 센서.And the lens unit comprises one selected from a Fresnel lens and a convex lens. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 각 적외선 감지소자는 상기 공간 상에 구분된 다수의 영역별로 상기 적외선을 감지하는 것을 특징으로 하는 SoC 기반 공간 감지용 적외선 센서.The infrared sensor for each SoC-based space sensing, characterized in that for detecting the infrared rays by a plurality of areas separated on the space. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 각 적외선 감지소자와 공간 상에 구분된 다수의 영역은 일대일로 매칭되는 것을 특징으로 하는 SoC 기반 공간 감지용 적외선 센서.SoC-based space sensing infrared sensor, characterized in that the plurality of areas separated on each of the infrared sensing element and the space is matched one-to-one. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 적외선 감지소자는 M x N개(M,N≥1, 정수)로 배열된 것을 특징으로 하는 SoC 기반 공간 감지용 적외선 센서.The infrared sensor is a SoC-based space sensing infrared sensor, characterized in that arranged in M x N (M, N≥1, integer). 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 적외선 감지소자는 초점면 배열(focal plane array)된 것을 특징으로 하는 SoC 기반 공간 감지용 적외선 센서.The infrared sensor is a SoC-based space sensing infrared sensor, characterized in that the focal plane array (focal plane array). 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 8. The method according to claim 6 or 7, 상기 적외선 감지소자는 마이크로 볼로미터(micro bolometer)를 포함하는 것을 특징으로 하는 SoC 기반 공간 감지용 적외선 센서.The infrared sensor is a SoC-based space sensing infrared sensor, characterized in that it comprises a micro bolometer (micro bolometer). 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 필터부는 8~12㎛ 파장의 적외선을 선택적으로 투과시키는 것을 특징으로 하는 SoC 기반 공간 감지용 적외선 센서.The filter unit SoC-based space sensing infrared sensor, characterized in that for selectively transmitting the infrared ray of 8 ~ 12㎛ wavelength. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 단일 칩(SoC)는 MEMS 기술을 이용하여 집적화한 것을 특징으로 하는 SoC 기반 공간 감지용 적외선 센서.The single chip (SoC) is SoC-based spatial sensor infrared sensor, characterized in that integrated using the MEMS technology. 제 1 항에 있어서, 상기 적외선 감지소자는,The method of claim 1, wherein the infrared sensing element, 입사되는 적외선을 감지하는 적외선 감지부;An infrared detector for detecting an incident infrared ray; 상기 적외선 감지부를 공중에 받치고 있는 지지층;A support layer supporting the infrared detector in the air; 상기 구동회로부와 적외선 감지소자와 전기적으로 연결하는 메탈전극;A metal electrode electrically connected to the driving circuit unit and the infrared sensing element; 상기 입사하는 적외선 흡수를 위하여 상기 메탈전극을 통해 상기 적외선 감지부와의 공간을 형성하고 공진구조를 이루는 금속반사층;A metal reflection layer forming a resonance structure and forming a space with the infrared sensing unit through the metal electrode to absorb the incident infrared rays; 상기 메탈전극과 적외선 감지부를 전기적으로 연결하는 메탈레그; 및A metal leg electrically connecting the metal electrode and the infrared detector; And 상기 적외선 감지부 및 메탈레그를 보호하는 보호층; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 SoC 기반 공간 감지용 적외선 센서.A protective layer protecting the infrared sensing unit and the metal leg; SoC-based space detection infrared sensor comprising a. 제 1 항에 있어서, 상기 신호처리부는,The method of claim 1, wherein the signal processing unit, 구동회로부를 구동시키는 메인 클럭, 프레임율을 조정하는 프레임 클럭 및 각 클럭의 시작점을 동기화하는 동조 클럭을 생성하는 클럭발생부;A clock generator for generating a main clock for driving the driving circuit unit, a frame clock for adjusting the frame rate, and a tuning clock for synchronizing the starting point of each clock; 상기 적외선 감지소자에서 감지된 아날로그 감지신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환부;An analog-digital converter for converting the analog sense signal detected by the infrared sensing element into a digital signal; 상기 아날로그-디지털 변환부를 통해 출력된 신호를 일시적으로 저장하는 프레임 메모리부;A frame memory unit to temporarily store a signal output through the analog-digital converter; 상기 적외선 감지소자의 검출 옵셋값과 이득값을 보정하기 위하여 신호를 연산 처리하는 데이터 프로세서부; 및A data processor configured to process a signal to correct a detection offset value and a gain value of the infrared sensing element; And 상기 데이터 프로세서부에서 출력된 신호에 대응하는 보정상수를 저장하는 보정상수 메모리부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 SoC 기반 공간 감지용 적외선 센서.A correction constant memory unit for storing a correction constant corresponding to the signal output from the data processor unit; SoC-based space sensing infrared sensor comprising a.
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