KR101192562B1 - 조도 검출 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
광원으로부터 광 전류를 인가하여 상기 광 전류를 디지털 값으로 변환하고, 상기 광원에 대한 조도 검출 범위 및 적분 시간(integration Time)을 조절하여 상기 광원에 대한 조도를 검출하는 조도 검출 장치 및 방법을 제공한다.
Description
본 발명의 실시예들은 조도 검출 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광원에 대한 조도를 디지털 신호로 출력함과 동시에 조도 검출 범위를 조절할 수 있는 조도 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 포토 다이오드는 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 광 센서의 한 종류라 할 수 있다.
포토 다이오드는 응답 속도가 빠르고, 감도 파장이 넓으며, 광 전류의 직진성이 양호하다는 특징이 있어, 주로 CD 플레이어, 화재경보기, 텔레비전의 리모컨 수신부와 같은 전자제품 소자에 사용되며, 빛의 세기를 정확하게 측정하기 위하여 활용되기도 한다.
또한, 포토 다이오드는 광 에너지를 전기 에너지로 변환하여 광 신호로부터 전기적 신호(전류 또는 전압)를 얻는 일종의 광 센서로서, 다이오드의 접합부에 광 검출 기능을 부여하여 이루어진 반도체 소자이다.
이러한 포토 다이오드로부터 광원로부터 변환된 광 전류를 인가하여 주변의 밝기를 측정할 수 있는 소자를 조도 센서라 한다.
일반적으로 사용되는 조도 센서는 주변 밝기에 대해 아날로그 전류로 출력한다. 조도 센서의 출력 전류에 저항을 연결하여 전압으로 변환하고 상기 아날로그 신호가 다시 아날로그-디지털 변환 회로(ADC: Analog-Digital Converter)를 거쳐 디지털 값으로 변환되는 과정을 가진다.
조도 센서는 일반적으로 주변 잡음에 대한 영향을 많이 받기 때문에 광원의 잡음에 강한 센서 개발이 이루어질 필요가 있다.
본 발명의 일실시예는 광원에 대한 조도를 디지털 신호로 출력함과 동시에 조도 검출 범위를 조절할 수 있는 조도 검출 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 일실시예는 주변 조도를 감지하여 밝기에 따른 어플리케이션을 제공한다.
또한, 본 발명의 일실시예는 디스플레이 장치 주변 밝기에 따라 화면 밝기를 조절하여 소비 전력을 감소시킬 수 있는 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 일실시예는 광원의 잡음에 강한 조도 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 조도 검출 장치는 광원으로부터 광 전류를 인가하여 상기 광 전류를 디지털 값으로 변환하는 신호 변환부를 포함하고 상기 신호 변환부는 상기 광원에 대한 조도 검출 범위 및 적분 시간(integration Time)을 조절하여 상기 광원에 대한 조도를 검출한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 조도 검출 장치는 상기 검출된 조도의 잡음을 제거하는 디지털 필터를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 조도 검출 방법은 광원으로부터 광 전류를 인가하여 상기 광 전류를 디지털 값으로 변환하는 단계 및 상기 광원에 대한 조도 검출 범위 및 적분 시간(integration Time)을 조절하여 상기 광원에 대한 조도를 검출하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 조도 검출 방법은 상기 검출된 조도의 잡음을 제거하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면 광원에 대한 조도를 디지털 신호로 출력함과 동시에 조도 검출 범위를 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면 주변 조도를 감지하여 밝기에 따른 어플리케이션을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면 디스플레이 장치 주변 밝기에 따라 화면 밝기를 조절하여 소비 전력을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면 광원의 잡음에 강한 조도 센서를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 조도 검출 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 조도 검출 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 신호 변환부의 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 조도 검출의 아날로그 동작 신호를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 조도 검출에 따른 아날로그 동작의 예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 조도 검출 범위를 조절하기 위한 적분 시간을 조절하는 예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 조도 검출 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 신호 변환부의 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 조도 검출의 아날로그 동작 신호를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 조도 검출에 따른 아날로그 동작의 예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 조도 검출 범위를 조절하기 위한 적분 시간을 조절하는 예를 도시한 도면이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 조도 검출 장치의 구성을 도시한 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 조도 검출 방법을 도시한 흐름도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 조도 검출 장치는 신호 변환부(120)를 이용하여 광원으로부터 광 전류를 인가하여 상기 광 전류를 디지털 값으로 변환한다(210). 이때, 본 발명의 일실시예에 따르면 상기 광원으로부터 발생하는 광 전류는 포토 다이오드(110)를 통하여 전환 가능하다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 신호 변환부(120)는 상기 광원에 대한 조도 검출 범위 및 적분 시간(integration Time)을 조절하여 상기 광원에 대한 조도를 검출할 수 있다(120).
아래에서는 본 발명의 일실시예에 따른 신호 변환부(120)를 이용하여 광 전류를 인가하여 디지털 조도 값으로 변환시키는 방법을 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 신호 변환부의 구성을 도시한 블록도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 신호 변환부(120)는 각 동작 구간에 따른 하나 이상의 스위치, 적분 캐패시터(intergration capacitor), 증폭기(AMP) 또는 비교 측정기(comparator) 등을 이용하여 상기 광 전류를 디지털 조도 값으로 변환시킬 수 있다.
예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 신호 변환부는 초기화부(reset unit), 재충전부(Precharge unit), 적분부(Photo Current Integration unit) 및 방전부(Reference Current Integration unit)의 4개의 스위치를 이용하여 상기 광 전류를 순차적으로 디지털 조도 값으로 변환시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 조도 검출의 아날로그 동작 신호를 도시한 도면이다. 예를 들어, 본 발명의 일실시예에 따른 조도 검출 장치는 상기와 같은 과정을 거침에 따라, 도 4에 도시된 바와 같이 아날로그 영역의 동작에 따른 노드(node) B의 신호를 측정할 수 있다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 조도 검출 장치는 아날로그 동작을 통하여 광 전류를 디지털 값으로 변환시킬 수 있는 바, 도 5를 참조하여 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 조도 검출에 따른 아날로그 동작의 예를 도시한 도면이다.
먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 초기화부(310)는 상기 적분 캐패시터 및 충전된 전류 값(charge)을 초기화시킨다(510).
다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 재충전부(320)는 상기 증폭기 및 상기 비교 측정기의 자체 랜덤 오프셋(random offset)을 상쇄시킨다(520).
이때, 본 발명의 일실시예에 따른 조도 검출 장치는 조도 검출 동작 주파수(DPHOTO)가 낮은지 여부를 판단하고(530) 높은 경우, 다시 초기화 단계(510)를 수행하도록 제어한다.
반대로, 본 발명의 일실시예에 따른 조도 검출 장치는 상기 조도 검출 동작 주파수가 낮은 경우, 적분부(330)를 이용하여 상기 광원에 의한 상기 광 전류를 기설정된 시간만큼 적분한다(540).
다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 방전부(340)는 상기 광원에 의해 상기 적분 캐패시터에 충전된 양을 기준 전류로 방전한다(550).
이때, 본 발명의 일실시예에 따른 조도 검출 장치는 조도 검출 동작 주파수(DPHOTO)가 높은지 여부를 판단하고(560) 낮은 경우, 조도 측정 범위를 초과한 것으로 판단하여(580) 초기화 단계(510)를 수행하도록 제어한다.
반면, 본 발명의 일실시예에 따른 조도 검출 장치는 상기 조도 검출 동작 주파수가 높은 경우, 최종적으로 상기 적분된 광 전류에 대응하는 조도를 검출한다 (570).
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 조도 검출 장치는 광 전류를 기준 전류에 대비하여 하기 수학식 1과 같은 값으로 설정할 수 있다.
[수학식 1]
IREF/IPHOTO=TINT/TREF
이때, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 IREF는 상기 기준 전류, 상기 IPHOTO는 상기 광 전류, 상기 TINT는 동작 범위에 따라 고정된 시간, 상기 TREF는 상기 광 전류에 의하여 충전된 전류의 양에 대응하여 변화된 시간을 의미한다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따르면 상기 조도에 대한 상기 디지털 값은 상기 TREF의 카운터(counter) 값에 의하여 결정될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 조도 검출 범위는 상기 광 전류의 상기 적분 시간의 조절하여 변경할 수 있는 바, 도 6을 참조하여 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 조도 검출 범위를 조절하기 위한 적분 시간을 조절하는 예를 도시한 도면이다.
예를 들어, 본 발명의 일실시예에 따라 조도 검출 동작의 기본 동작이라 가정하는 경우, (B)는 조도의 검출 범위를 1/2로 설정한 동작이라 할 수 있다. 또 다른 예로, 본 발명의 일실시예에 따르면 (C)의 경우에는 광원의 입력 시간인 적분 시간을 2배로 동작하는 것을 의미한다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 조도 검출 장치의 조도 검출 범위는 광 전류 적분 시간(Photo Current Integration Time(TINT))을 조절 함으로써, 쉽게 변경이 가능하다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 조도 검출 장치는 조도 범위 변화 없이 광원 잡음에 영향을 덜 받기 위해 적분 시간을 증가시키기 위한 하나의 방법으로 모든 구간에 대한 동작 시간을 증가 시키는 것으로 가능하다. 즉, 본 발명의 일실시예에 따르면 상기 적분 시간은, 신호 변화부(120)의 동작 주파수를 줄이는 경우 증가하고, 상기 신호 변환부의 동작 주파수를 높이는 경우 감소한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면 적분 시간을 증가 시킴으로써, 광원에 대한 잡음을 최소화 할 수 있다.
예를 들어, 형광등과 같은 50/60Hz의 플릭커(flicker) 잡음은 조도 센서의 출력에 많은 잡음이 발생하므로, 본 발명의 일실시예에 따른 조도 검출 장치는 이러한 잡음에 면역력을 증가시키기 위해 광원의 입력을 길게 받아 적분 함으로써 그 영향을 최소화 시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 조도 검출 장치는 디지털 필터(130)를 이용하여 상기 검출된 조도의 잡음을 제거할 수 있다(230).
본 발명에 따른 실시예들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(Floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110: 포토 다이오드
120: 신호 변환부
130: 디지털 필터
120: 신호 변환부
130: 디지털 필터
Claims (17)
- 광원으로부터 광 신호를 인가하고, 상기 광 신호에 대한 광 전류를 디지털 값으로 변환하는 신호 변환부를 포함하고,
상기 신호 변환부는 상기 광원에 대한 상기 광 전류의 적분 시간(integration Time)을 조절하여 상기 광원에 대한 조도를 검출하고,
하나 이상의 스위치, 적분 캐패시터(intergration capacitor), 증폭기(AMP) 또는 비교 측정기(comparator) 중 어느 하나 이상을 이용하여 상기 광 전류를 상기 디지털 값으로 변환하며,
상기 적분 캐패시터 및 충전된 전류 값(charge)을 초기화시키는 초기화부를 포함하는 조도 검출 장치. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 신호 변환부는,
상기 증폭기 및 상기 비교 측정기의 자체 랜덤 오프셋(random offset)을 상쇄시키는 재충전부
를 포함하는 조도 검출 장치. - 제1항에 있어서,
상기 신호 변환부는,
상기 광원에 의한 상기 광 전류를 기설정된 시간만큼 적분하는 적분부;
를 포함하는 조도 검출 장치. - 제1항에 있어서,
상기 신호 변환부는,
상기 광원에 의해 상기 적분 캐패시터에 충전된 양을 기준 전류로 방전하는 방전부
를 포함하는 조도 검출 장치. - 제1항에 있어서,
상기 광 전류는 기준 전류에 대비하여 하기 수학식 1과 같은 값으로 설정되고,
[수학식 1]
IREF/IPHOTO=TINT/TREF
여기서, 상기 IREF는 상기 기준 전류, 상기 IPHOTO는 상기 광 전류, 상기 TINT는 동작 범위에 따라 고정된 시간, 상기 TREF는 상기 광 전류에 의하여 충전된 전류의 양에 대응하여 변화된 시간인 조도 검출 장치. - 제1항에 있어서,
상기 신호 변환부는,
상기 광 전류의 상기 적분 시간을 조절하여 변경되는 조도 검출 범위를 조절하여 상기 조도를 검출하는 조도 검출 장치. - 제8항에 있어서,
상기 적분 시간은,
상기 신호 변화부의 동작 주파수를 줄이는 경우 증가하고, 상기 신호 변환부의 동작 주파수를 높이는 경우 감소하는 조도 검출 장치. - 제1항에 있어서,
상기 검출된 조도의 잡음을 제거하는 디지털 필터
를 더 포함하는 조도 검출 장치. - 광원으로부터 광 신호를 인가하고, 상기 광 신호에 대한 광 전류를 디지털 값으로 변환하는 단계;
상기 광원에 대한 상기 광 전류의 적분 시간(integration Time)을 조절하여 상기 광원에 대한 조도를 검출하는 단계; 및
적분 캐패시터 및 충전된 전류 값(charge)을 초기화시키는 단계
를 포함하는 조도 검출 방법. - 제11항에 있어서,
상기 광원에 대한 조도를 검출하는 단계는,
증폭기 및 비교 측정기의 자체 랜덤 오프셋(random offset)을 상쇄시키는 단계;
상기 광원에 의한 상기 광 전류를 기설정된 시간만큼 적분하는 단계; 및
상기 광원에 의해 상기 적분 캐패시터에 충전된 양을 기준 전류로 방전하는 단계
를 포함하는 조도 검출 방법. - 제11항에 있어서,
상기 광 전류는 기준 전류에 대비하여 하기 수학식 2와 같은 값으로 설정되고,
[수학식 2]
IREF/IPHOTO=TINT/TREF
여기서, 상기 IREF는 상기 기준 전류, 상기 IPHOTO는 상기 광 전류, 상기 TINT는 동작 범위에 따라 고정된 시간, 상기 TREF는 상기 광 전류에 의하여 충전된 전류의 양에 대응하여 변화된 시간인 조도 검출 방법. - 제11항에 있어서,
상기 광원에 대한 조도를 검출하는 단계는,
상기 광 전류의 상기 적분 시간을 조절하여 변경되는 조도 검출 범위를 조절하여 상기 조도를 검출하는 조도 검출 방법. - 제14항에 있어서,
상기 적분 시간은,
상기 조도를 검출하는 동작 주파수를 줄이는 경우 증가하고, 상기 조도를 검출하는 동작 주파수를 높이는 경우 감소하는 조도 검출 방법. - 제11항에 있어서,
상기 검출된 조도의 잡음을 제거하는 단계
를 더 포함하는 조도 검출 방법. - 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항의 방법을 수행하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.
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