KR101774091B1 - 적외선 카메라 시스템 구조 - Google Patents

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Abstract

소형 폼 팩터를 나타내는, 그리고, 하나 이상의 휴대용 장치와 사용될 수 있는, 적외선 이미징 모듈을 제공하기 위한 다양한 기술이 개시된다. 이러한 적외선 이미징 모듈은 적외선 이미징 모듈의 다양한 구성요소들을 전기적으로 연결하는데 사용될 수 있는 전기 연결부를 포함하는 하우징과 함께 구현될 수 있다. 추가적으로, 적외선 이미징 모듈의 프로세싱 모듈을 위한 시스템 구조를 제공하기 위한 다양한 기술이 개시된다. 일례로서, 적외선 이미징 모듈의 프로세싱 모듈은 적외선 이미징 모듈의 적외선 이미지 센서로부터 캡처된 적외선 이미지를 수신하도록 구성되는 제 1 인터페이스를 포함한다. 프로세싱 모듈은 처리된 적외선 이미지를 제공하도록 캡처된 적외선 이미지에 대한 디지털 적외선 이미지 프로세싱을 수행하도록 구성되는 프로세서를 또한 포함할 수 있다. 프로세싱 모듈은 호스트 장치에 처리된 적외선 이미지를 전달하도록 구성되는 제 2 인터페이스를 또한 포함할 수 있다.

Description

적외선 카메라 시스템 구조{INFRARED CAMERA SYSTEM ARCHITECTURES}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2011년 6월 10일 출원된 미국특허가출원 제61/495,874호(발명의 명칭: "INFRARED CAMERA PACKAGING SYSTEMS AND METHODS")의 우선권을 또한 주장하며, 그 내용은 여기서 참고자료로 포함된다.
본 출원은 2011년 6월 10일 출원된 미국특허가출원 제61/495,879호(발명의 명칭: "INFRARED CAMERA SYSTEMS ARCHITECTURES")의 우선권을 또한 주장하며, 그 내용은 여기서 참고자료로 포함된다.
본 출원은 2011년 6월 10일 출원된 미국특허가출원 제61/495,888호(발명의 명칭: "INFRARED CAMERA CALIBRATION TECHNIQUES")의 우선권을 또한 주장하며, 그 내용은 여기서 참고자료로 포함된다.
기술 분야
발명의 하나 이상의 실시예는 일반적으로 이미징 장치에 관한 것이고, 특히, 예를 들어, 적외선 이미징 장치에 관한 것이다.
적외선 카메라와 같은 기존 적외선 이미징 장치는 고정 또는 이동 플랫폼 상에 장착될 수 있는 대형 시스템으로 구현되는 것이 일반적이다. 다른 적외선 카메라도 핸드헬드 용으로 구성될 수 있지만, 대체로 큰 전용 장치다.
이러한 관점에서, 종래의 적외선 카메라는 다른 장치에 사용하기 적합한 소형 폼 팩터가 대체로 가용하지 않다. 이러한 팩터는 대형 카메라 시스템이 실용적이지 못한 환경과, 다른 휴대용 장치와 연계하여 적외선 이미징 장치를 이용하기 위한 능력을 대체로 제한한다. 따라서, 다른 휴대용 장치와 함께 사용할 수 있는, 소형 폼 팩터를 나타내는, 개선된 적외선 이미징 장치가 필요하다.
추가적으로, 기존 적외선 이미징 장치는 다양한 이미지 처리 장치와 함께 이용하도록 종종 구현된다. 이미지 처리 장치는 종종 전용 하드웨어로 구현된다.
불행하게도, 이러한 전용 하드웨어는 유연성이 제한된다. 예를 들어, 소정의 이미지 프로세싱 작업을 수행하기 위해 최적화될 수 있는 회로는, 특히, 이미지 처리 장치가 적외선 카메라 자체 내에 위치하여야 하고 따라서 제한된 공간 및 전력 사양에 놓일 때, 추가적인 이미지 프로세싱 작업을 수행하기 위한 용도로 쉽게 적응되지 못할 수 있다.
따라서, 예를 들어, 소형 폼 팩터 응용예에 더욱 적합할 수 있는, 적외선 이미징 장치용 이미지 처리 장치에 대한 개선된 접근법이 필요하다.
소형 폼 팩터를 나타내는, 그리고, 하나 이상의 휴대용 장치와 사용될 수 있는, 적외선 이미징 모듈을 제공하기 위한 다양한 기술이 개시된다. 예를 들어, 다른 신규한 적외선 카메라 패키징 기술과 함께 웨이퍼 레벨 패키징 기술을 이용하여 적외선 이미징 모듈이 제공될 수 있다. 이러한 적외선 이미징 모듈은 적외선 이미징 모듈의 다양한 구성요소들을 전기적으로 연결하는데 사용될 수 있는 전기 연결부를 포함하는 하우징과 함께 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 적외선 이미징 모듈은 호스트 장치의 소켓 내에 삽입되도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예는 이러한 호스트 장치에 적외선 이미지 검출 기능을 제공하도록 서로 다른 다양한 호스트 장치에서 적외선 이미징 모듈을 구현할 수 있다. 더욱이, 이러한 소켓-기반 구현예를 이용함으로써, 적외선 이미징 모듈은 호스트 장치의 제조 후 또는 적외선 이미징 모듈의 제조와는 다른 시간에 호스트 장치에 추가될 수 있다.
일 실시예에서, 장치는 적외선 이미징 모듈을 포함하며, 상기 적외선 이미징 모듈은, 소켓과 결합하도록 구성되는 하우징과, 적외선 이미지 데이터를 캡처하도록 구성되는, 상기 하우징 내의 적외선 센서 조립체와, 이미지 데이터를 처리하도록 구성되는, 상기 하우징 내의 프로세싱 모듈과, 하우징에 연결되고, 상기 하우징 내에 적어도 부분적으로 위치하며, 적외선 센서 조립체에 적외선 에너지를 전달하도록 구성되는, 렌즈를 포함한다.
다른 실시예에서, 방법은 장치의 적외선 이미징 모듈의 하우징에 연결되는, 그리고, 상기 하우징 내에 적어도 부분적으로 위치하는, 렌즈를 통해 적외선 에너지를 전달하는 단계 - 상기 하우징은 소켓 내에 결합하도록 구성됨 - 와, 상기 하우징 내의 적외선 센서 조립체에서 통과된 적외선 에너지로부터 적외선 이미지 데이터를 캡처하는 단계와, 적외선 센서 조립체로부터 하우징 내의 프로세싱 모듈에 전기 신호를 제공하는 단계를 포함한다.
추가적으로, 적외선 이미징 모듈의 프로세싱 모듈을 위한 시스템 구조를 제공하기 위한 다양한 기술이 개시된다. 다양한 실시예에서, 프로세싱 모듈은 적외선 이미징 모듈의 적외선 센서에 의해 캡처되는 적외선 이미지의 디지털 적외선 이미지 프로세싱을 수행할 수 있다. 일 실시예에서, 적외선 센서는 높은 프레임 속도로 적외선 이미지를 적외선 센서로 하여금 캡처 및 제공할 수 있게 하는 적절한 판독 회로 및 소형 어레이 크기로 구현될 수 있다. 프로세싱 모듈은 캡처된 적외선 이미지를 처리하도록, 그리고, 낮은 프레임 속도로 처리된 이미지를 호스트 장치에 제공하도록 구현될 수 있어서, 각각의 처리된 이미지는 복수의 캡처된 적외선 이미지의 처리에 기초한다.
일 실시예에서, 적외선 이미징 모듈의 프로세싱 모듈은, 적외선 이미징 모듈의 적외선 이미지 센서로부터 캡처된 적외선 이미지를 수신하도록 구성되는 제 1 인터페이스와, 처리된 적외선 이미지를 제공하도록 캡처된 적외선 이미지에 대한 디지털 적외선 이미지 프로세싱을 수행하도록 구성되는 프로세서와, 처리된 적외선 이미지를 호스트 장치에 전달하도록 구성되는 제 2 인터페이스를 포함한다.
다른 실시예에서, 적외선 이미징 모듈의 프로세싱 모듈의 작동 방법은, 프로세싱 모듈의 제 1 인터페이스를 통해 적외선 이미징 모듈의 적외선 이미지 센서로부터 캡처된 적외선 이미지를 수신하는 단계와, 처리된 적외선 이미지를 제공하도록 캡처된 적외선 이미지에 대한 디지털 적외선 이미지 프로세싱을 수행하는 단계와, 제 2 인터페이스를 통해 호스트 장치에 처리된 적외선 이미지를 전달하는 단계를 포함한다.
발명의 범위는 청구범위에 의해 규정된다.
도 1은 발명의 일 실시예에 따른 호스트 장치에서 구현되도록 구성된 적외선 이미징 모듈을 예시한다.
도 2는 발명의 일 실시예에 따른 조립 적외선 이미징 모듈을 예시한다.
도 3은 발명의 일 실시예에 따라 소켓 위에 병치된 적외선 이미징 모듈의 전개도를 예시한다.
도 4는 발명의 일 실시예에 따른 적외선 센서들의 어레이를 포함하는 적외선 센서 조립체의 블록도를 도시한다.
도 5는 발명의 일 실시예에 따라 NUC 항목을 결정하기 위한 다양한 작동들의 순서도를 예시한다.
도 6은 발명의 일 실시예에 따른 인접 화소들 사이의 차이를 예시한다.
도 7은 발명의 일 실시예에 따른 플랫 필드 교정 기술을 예시한다.
도 8은 발명의 일 실시예에 따라 도 5의 다양한 이미지 프로세싱 기술 및 이미지 프로세싱 파이프라인에서 적용되는 다른 작동을 예시한다.
도 9는 발명의 일 실시예에 따른 일시적 노이즈 감소 프로세스를 예시한다.
도 10은 발명의 일 실시예에 따른 도 6의 이미지 프로세싱 파이프라인의 여러 프로세스들의 특정 구현 세부사항을 예시한다.
도 11은 발명의 일 실시예에 따른 화소들의 이웃에서 공간적으로 상관된 FPN을 예시한다.
도 1은 발명의 일 실시예에 따른 호스트 장치(102)에서 구현되도록 구성된 적외선 이미징 모듈(100)(가령, 적외선 카메라 또는 적외선 이미징 장치)를 예시한다. 적외선 이미징 모듈(100)은 여기서 논의되는 바와 같이 다른 신규한 적외선 카메라 패키징 기술과 함께 웨이퍼 레벨 패키징 기술에 따라 소형 폼 팩터로, 하나 이상의 실시예에 대해 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 적외선 이미징 모듈(100)은 이동 전화, 태블릿 컴퓨팅 장치, 랩탑 컴퓨팅 장치, PDA, 가시광 카메라, 음악 재생기, 또는 그외 다른 적절한 장치와 같은, 소형 휴대용 호스트 장치(102)에서 구현되도록 구성될 수 있다. 이러한 관점에서, 적외선 이미징 모듈(100)은 호스트 장치(102)에 적외선 이미징 특징부를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 적외선 이미징 모듈(100)은 적외선 이미지를 캡처, 처리, 및/또는 그렇지 않을 경우 관리하도록, 그리고, 요망되는 임의의 방식으로 사용하기 위해(예를 들어, 추가적인 프로세싱을 위해, 메모리에 저장을 위해, 디스플레이를 위해, 호스트 장치(102) 상에서 구동되는 다양한 애플리케이션에 의한 이용을 위해, 타 장치에 내보내기 위해, 또는 기타 용도로) 호스트 장치(102)에 이러한 적외선 이미지를 제공하도록, 구성될 수 있다.
다양한 실시예에서, 적외선 이미징 모듈(100)은 넓은 온도 범위에 걸쳐 저전압 레벨에서 작동하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 적외선 이미징 모듈(100)은 대략 2.4 볼트, 2.5 볼트, 2,8 볼트, 또는 그 이하의 전압의 전력 공급을 이용하여 작동할 수 있고, 대략 -20℃ 내지 대략 +60℃의 온도 범위에 걸쳐 작동할 수 있다(가령, 대략 80℃에 걸쳐 적절한 동적 범위 및 성능을 제공함). 일 실시예에서, 저전압 레벨에서 적외선 이미징 모듈(100)을 작동시킴으로써, 적외선 이미징 모듈(100)은 다른 타입의 적외선 이미징 장치와 비교하여 자체 발열의 감소 효과를 느낄 수 있다. 그 결과, 적외선 이미징 모듈(100)은 이러한 자체 발열을 보상하기 위해 상당한 추가 수단을 요하지 않으면서 작동할 수 있다.
도 1에 도시되는 바와 같이, 호스트 장치(102)는 소켓(104), 셔터(105), 프로세서(195), 메모리(196), 디스플레이(197), 및/또는 다른 구성요소(198)를 포함할 수 있다. 소켓(104)은 화살표(101)로 표시되는 바와 같이 적외선 이미징 모듈(100)을 수용하도록 구성될 수 있다. 이러한 관점에서, 도 2는 발명의 일 실시예에 따라 소켓(104)에 조립되는 적외선 이미징 모듈(100)을 예시한다.
프로세서(195)는 메모리(196)에 제공되는 소프트웨어 명령어와 같이 적절한 명령어를 실행하기 위해 호스트 장치(102)에 의해 사용될 수 있는, 임의의 적절한 프로세싱 장치(가령, 로직 장치, 마이크로컨트롤러, 프로세서, 애플리케이션 전용 집적 회로(ASIC), 또는 기타 장치)로 구현될 수 있다. 디스플레이(197)는 캡처된 및/또는 프로세싱된 적외선 이미지 및/또는 다른 이미지, 데이터, 및 정보를 디스플레이하는데 사용될 수 있다. 다른 구성요소(198)들은 다양한 애플리케이션용으로 요망되는 호스트 장치(102)의 임의의 특징부들(가령, 가시광 카메라, 또는 기타 구성요소)을 구현하는데 사용될 수 있다.
다양한 실시예에서, 적외선 이미징 모듈(100) 및 소켓(104)은 (가령, 소형 폼 팩터를 요하는) 이동 전화 또는 기타 장치에서의 구현을 위해서와 같이, 하이-볼륨 애플리케이션을 촉진시키도록 대량 생산을 위해 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 적외선 이미징 모듈(100) 및 소켓(104)의 조합은, 적외선 이미징 모듈(100)이 소켓(104) 내에 설치될 때, 대략 8.5mm x 8.5mm x 5.9mm의 전체 치수를 나타낼 수 있고,
도 3은 발명의 일 실시예에 따라 소켓(104) 위에 병치된 적외선 이미징 모듈(100)의 분해 조립도를 도시한다. 적외선 이미징 모듈(100)은 렌즈 배럴(110), 하우징(120), 적외선 센서 조립체(128), 회로 보드(170), 베이스(150), 및 프로세싱 모듈(160)을 포함할 수 있다.
렌즈 배럴(110)은 렌즈 배럴(110) 내 개구(112)를 통해 도 3에 부분적으로 보이는 광학 요소(180)를 적어도 부분적으로 에워쌀 수 있다. 렌즈 배럴(110)은 하우징(120) 내 개구(122)와 렌즈 배럴(110)을 인터페이싱하는데 사용될 수 있는 실질적 원통형 연장부(114)를 포함할 수 있다.
적외선 센서 조립체(128)는 예를 들어, 기판(140) 상에 장착되는 캡(130)(가령, 리드(lid))을 갖도록 구현될 수 있다. 적외선 센서 조립체(128)는 (도 5A-K, 5M-P, 및 도 8에 도시되는 바와 같이) 기판(140) 상에 어레이로 또는 다른 방식으로 구현되는, 그리고, 캡(130)에 의해 덮히는, 복수의 적외선 센서(132)(가령, 적외선 검출기)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 적외선 센서 조립체(128)는 초점 평면 어레이(FPA)로 구현될 수 있다. 이러한 초점 평면 어레이는 예를 들어, (가령, 캡(130) 및 기판(140)에 의해 밀봉되는) 진공 패키지 조립체로 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 적외선 센서 조립체(128)는 웨이퍼 레벨 패키지로 구현될 수 있다(가령, 적외선 센서 조립체(128)는 웨이퍼 상에 제공되는 한 세트의 진공 패키지 조립체들로부터 싱귤레이션될 수 있다). 일 실시예에서, 적외선 센서 조립체(128)는 대략 2.4볼트, 2.5볼트, 2.8볼트, 또는 유사 전압의 전력 공급을 이용하여 작동하도록 구현될 수 있다.
적외선 센서(132)는 특정 구현예에서 요망되는 바와 같이, 예를 들어, 중파 적외선파 대역(MWIR), 장파 적외선파 대역(LWIR) 및/또는 다른 열 이미징 대역을 포함한, 표적 장면으로부터 적외선 복사(가령, 적외선 에너지)를 검출하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 적외선 센서 조립체(128)는 웨이퍼 레벨 패키징 기술에 따라 제공될 수 있다.
적외선 센서(132)는 복수의 화소를 제공하기 위해 임의의 요망 어레이 패턴으로 배열되는, 마이크로볼로미터(microbolometer) 또는 다른 타입의 열 이미징 적외선 센서로 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 적외선 센서(132)는 17㎛ 화소 피치를 갖는 바나듐 옥사이드(VOx) 검출기로 구현될 수 있다. 다양한 실시예에서, 대략 32x32 적외선 센서(132), 대략 64x64 적외선 센서(132), 대략 80x64 적외선 센서(132)의 어레이, 또는 다른 어레이 크기가 사용될 수 있다.
기판(140)은 일 실시예에서, 예를 들어, 대략 5.5mm x 5.5mm 미만의 치수를 갖는 리드-아웃 집적 회로(ROIC)를 포함한, 다양한 회로를 포함할 수 있다. 기판(140)은 적외선 이미징 모듈(100)이 도 5A, 5B, 5C에 도시되는 바와 같이 조립될 때, 하우징(120)의 내부 표면 상에 위치하는 상보형 연결부와 접촉하는데 사용될 수 있는 본드 패드(142)를 또한 포함할 수 있다. 일 실시예에서, ROIC는 전압 통제를 수행하도록 로우-드롭아웃 레귤레이터(LDO)로 구현될 수 있어서, 적외선 센서 조립체(128)에 나타나는 전력 공급 노이즈를 감소시킬 수 있고, 따라서, 개선된 전력 공급 거절비(PSRR)를 제공할 수 있다. 더욱이, (예를 들어, 웨이퍼 레벨 패키지 내에서) ROIC로 LDO를 구현함으로써, 더 작은 다이 면적이 소모되고 더 적은 개별 다이(또는 칩)가 필요하다.
적외선 센서 조립체(128)는 이미지(가령, 이미지 프레임)를 캡처할 수 있고, 다양한 속도로 ROIC로부터 이러한 이미지를 제공할 수 있다. 프로세싱 모듈(160)은 캡처된 적외선 이미지의 적절한 프로세싱을 수행하는데 사용될 수 있고, 임의의 적절한 구조에 따라 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 프로세싱 모듈(160)은 ASIC로 구현될 수 있다. 이러한 관점에서, 이러한 ASIC는 고성능 및/또는 고효율로 이미지 프로세싱을 수행하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 프로세싱 모듈(160)은 이미지 프로세싱의 수행, 이미지 프로세싱을 다양한 이미지 프로세싱 블록과 조율 및 수행, 프로세싱 모듈(160)과 호스트 장치(102) 사이의 인터페이싱 조율, 및/또는 기타 작동을 위한 적절한 소프트웨어 명령어를 실행하도록 구성될 수 있는 범용 중앙 프로세싱 유닛(CPU)으로 구현될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 프로세싱 모듈(160)은 당 업자에 의해 이해되듯이, 다른 실시예에서 다른 타입의 프로세싱 및/또는 로직 회로로 구현될 수 있다.
이러한 그리고 다른 실시예에서, 프로세싱 모듈(160)은 휘발성 메모리, 비-휘발성 메모리, 및/또는 하나 이상의 인터페이스(가령, 적외선 검출기 인터페이스, 집적 회로-간(I2C) 인터페이스, 모바일 인더스트리 프로세서 인터페이스(MIPI), 조인트 테스트 액션 그룹(JTAG) 인터페이스(가령, IEEE 1149.1 표준 테스트 액세스 포트 및 바운더리-스캔 구조) 및/또는 기타 인터페이스)와 같이, 적절한 경우, 다른 구성요소들과 함께 또한 구현될 수 있다.
적외선 이미징 모듈(100)이 조립될 때, 하우징(120)은 적외선 센서 조립체(128), 베이스(150), 및 프로세싱 모듈(160)을 실질적으로 에워쌀 수 있다. 하우징(120)은 적외선 이미징 모듈(100)의 다양한 구성요소들의 연결을 촉진시킬 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 하우징(120)은 더 설명되는 바와 같이 다양한 구성요소들을 연결하기 위해 전기 연결부(126)를 제공할 수 있다.
전기 연결부(126)(가령 전도성 전기 경로, 트레이스, 또는 다른 타입의 연결부)는 적외선 이미징 모듈(100)이 조립될 때 본드 패드(142)와 전기적으로 연결될 수 있다. 다양한 실시예에서, 전기 연결부(126)는 하우징(120) 내에 매립될 수 있고, 하우징(120)의 내측 표면 상에 제공될 수 있고, 및/또는 그렇지 않을 경우 하우징(120)에 의해 제공될 수 있다. 전기 연결부(126)는 도 3에 도시되는 바와 같이 하우징(120)의 하측 표면으로부터 돌출하는 연결부(124)에서 종료될 수 있다. 연결부(124)는 적외선 이미징 모듈(100)이 조립될 때 회로 보드(170)와 연결될 수 있다(가령, 도 5A-C 및 도 5F-I에도시되는 바와 같이 하우징(120)이 다양한 실시예에서 회로 보드(170) 상에 놓일 수 있다). 프로세싱 모듈(160)은 적절한 전기 연결부를 통해 회로 보드(170)에 전기적으로 연결될 수 있다. 그 결과, 적외선 센서 조립체(128)가 본드 패드(142), 하우징(120)의 내측 표면 상의 상보형 연결부, 하우징(120)의 전기 연결부(126), 연결부(124), 및 회로 보드(170)에 의해 제공되는 전도성 전기 경로를 통해 프로세싱 모듈(160)과 전기적으로 연결될 수 있다. 유리하게도, 이러한 배열은 적외선 센서 조립체(128)와 프로세싱 모듈(160) 사이에서 와이어 본드를 제공할 필요없이 구현될 수 있다.
다양한 실시예에서, 하우징(120) 내 전기 연결부(126)는 임의의 요망 물질로 제조될 수 있다(가령, 구리 또는 그외 다른 적절한 전도성 물질). 일 실시예에서, 전기 연결부(126)는 적외선 이미징 모듈(100)로부터 열의 소산을 도울 수 있다.
적외선 센서 조립체(128)의 기판(140)은 베이스(150) 상에 장착될 수 있다. 다양한 실시예에서, 베이스(150)(가령, 받침대)는 블랙 옥사이드 또는 니켈-코팅 피니시를 구비한, 금속 사출 성형(MIM)에 의해 형성되는, 구리로 제조될 수 있다. 다양한 실시예에서, 베이스(150)는 주어진 애플리케이션에 대해 요망되는 바와 같이, 예를 들어, 아연, 알루미늄, 또는 마그네슘과 같은 임의의 요망 금속으로 제조될 수 있고, 특정 응용예에 대해 요망되는 바와 같이, 예를 들어, 알루미늄 주조, MIM, 또는 아연 고속 주조와 같은 임의의 요망되는 적용가능 프로세스에 의해 형성될 수 있다. 다양한 실시예에서, 베이스(150)는 구조적 지지, 다양한 회로 경로, 히트 싱크 성질, 및 그외 다른 적절한 특징을 제공하도록 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 베이스(150)는 적어도 부분적으로 세라믹 물질을 이용하여 구현되는 다층 구조일 수 있다.
다양한 실시예에서, 회로 보드(170)는 하우징(120)을 수용할 수 있고, 따라서, 적외선 이미징 모듈(100)의 다양한 구서요소들을 물리적으로 지지할 수 있다. 다양한 실시예에서, 회로 보드(170)는 인쇄 회로 보드(가령, FR4 회로 보드 또는 다른 타입의 회로 보드), 강체형 또는 가요성 인터커넥트(가령, 테이프 또는 다른 타입의 인터커넥트), 가요성 회로 기판, 가요성 플라스틱 기판, 또는 다른 적절한 구조로 구현될 수 있다. 다양한 실시예에서, 베이스(150)는 회로 보드(170)용으로 설명된 다양한 특징 및 속성을 갖도록 구현될 수 있고, 그 역도 성립한다.
소켓(104)은 (가령, 도 2의 조립도에 도시되는 바와 같이) 적외선 이미징 모듈(100)을 수용하도록 구성되는 공동(106)을 포함할 수 있다. 적외선 이미징 모듈(100) 및/또는 소켓(104)은 마찰, 장력, 접착, 및/또는 그외 다른 적절한 방식을 이용하여 소켓(104)에 또는 소켓(104) 내에 적외선 이미징 모듈(100)을 고정시키는데 사용될 수 있는, 적절한 탭, 암, 핀, 파스너, 또는 그외 다른 적절한 결합 부재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2-3, 5A-F, 5H, 5J, 5L-M, 및 5O-P에 도시되는 바와 같이, 소켓(104)은 적외선 이미징 모듈(100)이 소켓(104)의 공동(106) 내로 삽입될 때 하우징(120)의 표면(109)과 결합할 수 있는 결합 부재(107)를 포함할 수 있다. 다른 타입의 결합 부재가 다른 실시예에서 사용될 수 있다.
적외선 이미징 모듈(100)은 적절한 전기 연결부(가령, 접촉부, 핀, 와이어, 또는 그외 다른 적절한 연결부)를 통해 소켓(104)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 3 및 5A-P에 도시되는 바와 같이, 소켓(104)은 적외선 이미징 모듈(100)의 대응하는 전기 연결부와 접촉할 수 있는 전기 연결부(108)를 포함할 수 있다(가령, 인터커넥트 패드, 접촉부, 또는 회로 보드(170)의 측부 또는 하측 표면 상의 다른 전기 연결부, 본드 패드(142), 또는 베이스(150) 상의 다른 전기 연결부, 또는 다른 연결부). 전기 연결부(108)는 임의의 요망 물질로 제조될 수 있다(가령, 구리 또는 그외 다른 적절한 전도성 물질). 일 실시예에서, 전기 연결부(108)는 적외선 이미징 모듈(100)이 소켓(104)의 공동(106) 내로 삽입될 때 적외선 이미징 모듈(100)의 전기 연결부에 대해 가압되도록 기계적으로 바이어스될 수 있다. 일 실시예에서, 전기 연결부(108)는 소켓(104) 내 적외선 이미징 모듈(100)을 적어도 부분적으로 고정할 수 있다. 다른 타입의 전기 연결부가 다른 실시예에서 사용될 수 있다.
소켓(104)은 유사 타입의 전기 연결부를 통해 호스트 장치(102)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 호스트 장치(102)는, 도 2-3, 및 5A-P에 도시되는 바와 같이, 개구(190)를 통과하는 전기 연결부(108)와 연결되는 전기 연결부(가령, 솔더링된 연결부, 스탭-인 연결부, 또는 기타 연결부)를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 이러한 전기 연결부는 소켓(104)의 측부 및/또는 하부에 이루어질 수 있다.
적외선 이미징 모듈(100)의 다양한 구성요소들은, 와이어 본드 연결에 통상적으로 필요한 추가적인 틈새없이 회로 보드에 직접 구성요소들을 장착하는데 사용될 수 있는 플립 칩 기술로 구현될 수 있다. 플립 칩 연결은 예를 들어, 컴팩트한 소형 폼 팩터 응용예에 사용하기 위해 적외선 이미징 모듈(100)의 전체 크기를 감소시키는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 프로세싱 모듈(160)은 플립 칩 연결을 이용하여 회로 보드(170)에 장착될 수 있다. 예를 들어, 도 5A-C, 5F-I, 5L에서(여기서 추가적으로 설명되는 바와 같이), 적외선 이미징 모듈(100)은 이러한 플립 칩 구조를 이용하여 구현될 수 있다.
다양한 실시예에서, 적외선 이미징 모듈(100) 및/또는 관련 구성요소들은 2010년 7월 27일 출원된 미국특허출원 제12/844,124호, 및 2011년 3월 30일 출원된 미국특하가출원 제61/469,651호에 제시되는 바와 같은 다양한 기술(가령, 웨이퍼 레벨 패키징 기술)에 따라 구현될 수 있고, 그 내용 전체는 본 발명에 참고자료로 포함된다. 더욱이, 하나 이상의 실시예에 따르면, 적외선 이미징 모듈(100) 및/또는 관련 구성요소들은 2008년 12월 30일 등록된 미국특허 제7,470,902호, 2000년 2월 22일 등록된 미국특허 제6,028,309호, 2004년 11월 2일 등록된 미국특허 제6,812,465호, 2006년 4월 25일 등록된 미국특허 제7,034,301호, 2010년 3월 16일 등록된 미국특허 제7,679,048호, 2008년 12월 30일 등록된 미국특허 제7,470,904호, 2008년 9월 2일 출원된 미국특허출원 제12/202,880호, 및 2008년 9월 2일 출원된 12/202,896호에 제시되는 바와 같은 다양한 기술에 따라 구현, 교정, 테스트, 및/또는 사용될 수 있고, 그 내용 전체는 본 발명에 참고자료로 포함된다.
도 4는 발명의 일 실시예에 따라 적외선 이미징 모듈(100)에서 구현될 수 있는 광학 요소(180)의 예시적 구현예를 예시한다. 일 실시예에서, 광학 요소(180)는 도 4에 도시되는 다양한 치수에 따라 실리콘 식각된 웨이퍼 레벨 단일 광학 요소로 구현될 수 있다.
도 4에 또한 도시되는 바와 같이, 광학 요소(180)는 실질적으로 큐브로 구현될 수 있지만, 개구를 제공하는 면 상에 약간 볼록한 2개의 면을 갖는다. 예를 들어, 광학 요소(180)는 물리적 개구(182) 및 더 작은 틈새 개구(184)를 포함할 수 있다. 광학 요소(180)는 적외선 센서 조립체(128)에 요망 적외선 파장을 통해 이를 수 있다.
일 실시예에서, 광학 요소(180)는 다음의 사양을 갖는 실리콘으로 제조된 단일 식각 웨이퍼 레벨 광학 요소일 수 있다: 0.54mm x 0.54mm의 이미지 평면(가령, 17㎛ 화소 피치를 갖는 32x32개의 적외선 센서(132)들의 어레이를 구비한 적외선 센서 조립체(128)용으로 구현될 때), 대략 55.7도의 수평 화각, 대략 0.91의 F/#, 29cymm에서 대략 0.46의 변조 전달 함수(MTF), 표면 당 대략 2% 미만의 손실을 갖는 반사-방지 코팅, 그리고 무한대 포커싱.
일부 실시예에서, 광학 요소(180)는 적외선 센서 조립체(128)를 포함하는 웨이퍼 레벨 패키지의 일부분으로 통합될 수 있다. 예를 들어, 광학 요소(180)는 적외선 센서 조립체(128)의 다양한 구성요소들 상에 적층되는 캡(130)의 일부분으로 구현될 수 있고(사이에 적절한 스페이서 제공), 그렇지 않을 경우, 적외선 센서 조립체(128)의 다양한 구성요소들에 통합될 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 다양한 실시예에서, 호스트 장치(102)는 셔터(105)를 포함할 수 있다. 이러한 관점에서, 셔터(105)는 적외선 이미징 모듈(100)이 내부에 설치될 때 (가령, 화살표(103)에 의해 식별되는 바와 같이) 소켓(104) 위에 선택적으로 위치할 수 있다. 이러한 관점에서, 셔터(105)는, 예를 들어, 사용되지 않을 때 적외선 이미징 모듈(100)을 보호하는데 사용될 수 있다. 셔터(105)는 당 업자에 의해 이해되듯이, 적외선 이미징 모듈(100)에 대한 교정(calibration) 프로세스(가령, 불균일성 교정(NUC) 프로세스 또는 다른 교정 프로세스)의 일부분으로 온도 기준으로 또한 사용될 수 있다.
다양한 실시예에서, 셔터(105)는 예를 들어, 폴리머, 글래스, 또는 다른 물질과 같은 다양한 물질로 제조될 수 있다. 다양한 실시예에서, 셔터(105)는 하나 이상의 코팅을 포함하여, 전자기 복사를 선택적으로 필터링할 수 있고 및/또는 셔터(105)의 다양한 광학적 성질(가령 균일한 흑체 코팅 또는 반사성 금 코팅)을 조정할 수 있다.
다른 실시예에서, 셔터(105)는 항상 적외선 이미징 모듈(100)을 보호하기 위해 자리에 고정될 수 있다. 이러한 경우에, 셔터(150) 또는 셔터(105)의 일부분은 요망 적외선 파장을 실질적으로 필터링하지 않는 적정 물질(가령, 폴리머)로 제조될 수 있다. 다른 실시예에서, 셔터는 당 업자에 의해 이해되는 바와 같이, 적외선 이미징 모듈(100)의 일부분으로(가령, 렌즈 배럴의, 또는, 적외선 이미징 모듈(100)의 다른 구성요소의, 일부분으로, 또는 그 내부에) 구현될 수 있다.
대안으로서, 다른 실시예에서, 셔터(가령, 셔터(105) 또는 다른 타입의 외부 또는 내부 셔터)가 제공될 필요가 없고, 대신에, NUC 프로세스 또는 다른 타입의 교정이 무-셔터 기술을 이용하여 수행될 수 있다.
도 5A-5E는 발명의 다양한 실시예에 따라 여러 폼 팩터로 구현되는 적외선 이미징 모듈(100)의 단면도를 도시한다. 특히, 각각의 도 5A-5E는 대응하는 소켓(104) 내에 설치될 때 적외선 이미징 모듈(100)의 단면도와, 대응하는 소켓(104)으로부터 분리된, 동일 적외선 이미징 모듈(100)의 다른 단면도를 도시한다.
도 5A-5E는 도 1-4에서 식별된 다양한 구성요소들의 다양한 물리적 구현예를 보여준다. 예를 들어, 도 5A는 도 2-3에 예시되는 실시예에 대응하는 적외선 이미징 모듈(100) 및 소켓(104)의 물리적 구현예를 보여주고, 도 5B-5E는 물리적 구현예의 다른 예를 보여준다.
도 5A-5C에서, 전기 연결부(126)는 적외선 센서 조립체(128) 및 회로 보드(170)에 대해 논의한 바와 같이 하우징(120) 내에 제공될 수 있다. 이에 반해, 도 5D-5E에서, 와이어 본드(143, 145)는 적외선 센서 조립체(128)를 프로세싱 모듈(160)에 연결하는데 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 와이어 본드(143, 145)는 베이스(150)를 통과할 수 있다. 다른 실시예에서, 와이어 본드(143, 145)는 베이스(150) 통과없이 베이스(150) 내 회로에 연결될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 와이어 본드(143, 145)는 소켓(104) 및/또는 호스트 장치(102)에 적외선 이미징 모듈(100)의 다양한 부분들 사이의 전기 연결부를 제공하도록 전기 연결부(147)에 연결될 수 있다.
일부 실시예에서, 도 5A-5E에 도시되는 소켓(104)은 아래 표 1에 제시되는 다양한 부품 번호에 따라 미국, Illinois, Lisle에 소재한 Molex® Incorporated 사의 제품을 이용할 수 있는 이동 전화 카메라 소켓으로 구현될 수 있다. 표 1은 도 5A-5E에서 도시되는 소켓(104)의 다양한 예시적 형태들을 또한 식별한다.
내부 소켓 크기 LxW(mm) 소켓 타입 부품
번호		 프레임 보드 전체 패키지 치수 LxWxH
(mm)		 카메라
서브조립체 치수
LxWxH
(mm)		 센서 크기
(mm)		 윈도
크기
(mm)		 프레임
두께
(mm)
도 5A 8.50x8.50 측부
접촉		 SD-47337-001 LDS-MID PCB 10.60x10.60x5.90 8.50x8.50x5.65 6.5x
7.5		 4.0x
4.0		 0.300
도 5B 6.50x6.50 측부
접촉		 SD-47586-001 LDS-MID PCB 8.60x8.60x5.90 6.50x6.50x5.65 5.0x
5.5		 3.0x
3.0		 0.100-0.250
도 5C 6.50x6.50 하부
접촉		 SD-47586-001 LDS-MID PCB 8.00x8.00.5.80 6.50x6.50x5.55 4.8x
5.7		 3.0x
3.0		 0.100-0.250
도 5D 6.50x6.50 하부
접촉		 SD-47586-001 LCP 세라믹 8.60x8.60x5.00 6.50x6.50x4.75 4.4x
5.3		 3.0x
3.0		 0.250
도 5E 8.50x8.50 하부
접촉		 SD-47337-001 LCP 세라믹 10.60x10.60x5.00 8.50x8.50x4.75 5.5x
5.5		 4.0x
4.0		 0.400
도 5F-5P는 발명의 다양한 실시예에 따라 여러 개의 폼 팩터로 구현되는 적외선 이미징 모듈(100)의 추가적인 도면을 예시한다. 예를 들어, 도 5F는 도 5A와 유사한 적외선 이미징 모듈(100)의 일 실시예를 예시한다. 도 5F에서, 전기 연결부(126)는 하우징(120)의 내부 표면 상에 도시된다. 추가적으로, 전기 연결부(108)는 명료함을 위해 콘트래스팅 칼라로 묘사된다. 또한, 전기 연결부(147)는 전기 연결부(108)에 연결될 수 있는 회로 보드(170)의 측부 표면 상에 도시된다.
도 5G는 호스트 장치(102)의 적절한 연결부와 인터페이싱하는데 사용될 수 있는 소켓(104)의 하부 표면 상에 명료성을 위해 콘트래스팅 칼라로 묘사되는 전기 연결부(108)를 갖는, 도 5A와 유사한 적외선 이미징 모듈(100)의 일 실시예를 예시한다.
도 5H는 도 5C와 유사한 적외선 이미징 모듈(100)의 일 실시예를 도시한다. 도 5H에서, 전기 연결부(126)는 하우징(120)의 내부 표면 상에 도시된다. 추가적으로, 전기 연결부(108)는 명료성을 위해 콘트래스팅 칼라로 도시된다.
도 5I는 도 5H에 도시되는 실시예의 다른 모습을 제공하는 적외선 이미징 모듈(100)의 일 실시예를 예시한다. 도 5I에서, 접촉부(172)는 적외선 이미징 모듈(100)이 소켓(104) 내로 삽입될 때 전기 연결부(108)와 접촉할 수 있는 회로 보드(170)의 하부 표면 상에 도시된다. 따라서, 적외선 이미징 모듈(100)의 다양한 구성요소들은 접촉부(172) 및 전기 연결부(108)를 통해 호스트 장치(102)에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 5J는 도 5E에 예시되는 것과 유사한 소켓(104)을 갖는, 도 5D와 유사한 적외선 이미징 모듈(100)의 일 실시예를 예시한다. 도 5J에서, 전기 연결부(108)는 명료성을 위해 콘트래스팅 칼라로 묘사된다. 또한, 전기 연결부(147)는 전기 연결부(108)에 연결될 수 있는 회로 보드(170)의 측부 표면 상에 도시된다.
도 5K는 도 5J에 도시되는 실시예의 다른 모습을 제공하는 적외선 이미징 모듈(100)의 일 실시예를 예시한다. 도 5K에서, 전기 연결부(147)는 적절한 전기 연결부(108)와 연결될 수 있는 회로 보드(170)의 하부 표면 상에 추가적으로 도시된다.
도 5L은 적외선 이미징 모듈(100)의 여러 실시예를 분해 조립도로 예시한다. 예를 들어, 도 5L에서, 전기 연결부(126)는 하우징(120)의 내부 표면 상에 도시된다. 또한, 전기 연결부(147)는 전기 연결부(108)에 연결될 수 있는 회로 보드(170)의 측부 표면 상에 도시된다. 추가적으로, 전기 연결부(108)는 적외선 이미징 모듈(100) 및 호스트 장치(102)와의 인터페이싱에 사용될 수 있는 소켓(104)의 하부 표면 상에, 그리고 소켓 내부에서 명료성을 위해 콘트래스팅 칼라로 도시된다.
도 5M은 실질적으로 균일한 폭을 갖는 적외선 센서 조립체(128)의 다양한 구성요소(가령, 캡(130) 및 기판(140))들과 함께 구현되는 적외선 이미징 모듈(100)의 일 실시예를 예시한다. 일 실시예에서, 이러한 구현예는 적외선 센서 조립체(128)의 다양한 구성요소들을 제조 중 함께 싱귤레이션할 수 있다. 도 5M에서, 기판(140)은 층을 통해(가령, 적절한 실리콘 비아 또는 다른 연결부를 통해) 기판(140)의 다른 회로에 연결되는, 그리고 한 층 또는 두 층 모두 상에 제공되는, ROIC를 갖는 스플릿(가령, 다층) 구현으로 구현될 수 있다. 또한 도 5M에 도시되는 바와 같이, 기판(140)은 (플립 칩 마운팅 구현을 위해) 솔더 볼(144)을 통해 베이스(150)에 연결될 수 있고, 프로세싱 모듈(160)은 와이어 본드(145)를 통해 베이스(150)에 연결될 수 있다. 도 5N은 도 5M에 도시되는 실시예의 다른 모습을 제공하는 적외선 이미징 모듈(100)의 일 실시예를 예시한다.
도 5O는 도 5M-5N에서와 유사한 방식으로 구현되는 적외선 센서 조립체(128)를 갖는 적외선 이미징 모듈(100)의 일 실시예를 예시한다. 도 5O에서, 프로세싱 모듈(160)은 기판(140)의 일부분으로 통합될 수 있다.
도 5P는 도 5O에 도시되는 실시예의 다른 모습을 제공하는 적외선 이미징 모듈(100)의 일 실시예를 예시한다. 도 5P는 소켓(104)의 하부 표면 상에 전기 연결부(108)를 또한 예시한다.
적외선 이미징 모듈(100)의 추가적인 구현예가 또한 고려된다. 예를 들어, 도 6-8은 발명의 다양한 실시예에 따른 여러 토폴로지로 구현되는 적외선 이미징 모듈(100)을 예시한다.
예를 들어, 도 6은 캡슐화 후 적외선 이미징 모듈(100)을 예시한다. 도 7은 이미지 모듈(100)에 대한 하측 전체 프로파일을 제공하도록 회로 보드(170) 상에 장착되는, 그리고 하우징(120)에 대해 외부에 놓이는, 프로세싱 모듈(160)을 구비한 적외선 이미징 모듈(100)을 예시한다.
도 8은 캡(130), 적외선 센서(132)들의 어레이, 및 와이어 본드(143)의 예를 예시하는 용도로 투명하게 도시되는 하우징(120)을 구비한, 도 7의 적외선 이미징 모듈(100)을 예시한다. 도 8에 도시되는 바와 같이, 적외선 센서 조립체의 다양한 구성요소들을 와이어 본드(143)를 통해 회로 보드(170)에 연결될 수 있다.
도 9는 발명의 일 실시예에 따라 적외선 이미징 모듈(100)에 대한 프로세싱 모듈(160)을 구현하는데 사용되는 시스템 구조(900)의 블록도를 예시한다. 시스템 구조(900)는 예를 들어, 적외선 센서 인터페이스(902), 이미지 프로세싱 블록(904)(가령, #1-#n으로 표시됨), 메모리 인터페이스(906), 휘발성 메모리(908)(가령, 정적 읽기 전용 메모리(SRAM) 또는 다른 타입의 휘발성 메모리), 중앙 프로세싱 유닛(CPU)(910), 비-휘발성 메모리(912)(가령, 플래시 읽기 전용 메모리(ROM) 또는 다른 타입의 비-휘발성 메모리), I2C 인터페이스(914), MIPI 인터페이스(916), LDO 레귤레이터(918), 및 다양한 다른 구성요소(920)(가령, 2.4볼트 인터페이스, 2.5볼트 인터페이스, 2.8볼트 인터페이스, JTAG 인터페이스, 위상 동기 루프(PLL), 결정 발진기, 수퍼바이저 및 리셋 인터페이스, 및 다양한 실시예에서 적절한 기타 인터페이스 또는 구성요소)를 포함한다.
적외선 센서 인터페이스(902)는 시스템 구조(900)와 적외선 센서 조립체(128) 사이의 통신을 지원할 수 있다. 예를 들어, 적외선 센서 인터페이스(902)는 하우징(120) 내 전기 연결부(126)를 통해 또는 와이어 본드(143, 145)를 통해, 적외선 센서 조립체(128) 내외로 통신을 송신 및 수신할 수 있다.
도 9에 도시되는 바와 같이, 적외선 센서 인터페이스(902)는 이미지 프로세싱 블록(904)에 통신(가령, 아날로그 전압 또는 디지털 데이터 값의 형태의 적외선 이미지)을 전송할 수 있다. 추가적으로, 적외선 센서 인터페이스(902)는 메모리 인터페이스(906)로부터 통신(가령, 디지털 데이터 값)을 수신할 수 있다.
다양한 실시예에서, 적외선 센서 인터페이스(902)는 적외선 센서 조립체(128)에 전압 레일, 클럭, 동기화 정보, 및 교정 데이터(calibration data)(가령, 바이어싱 정보)를 제공할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 적외선 센서 인터페이스(902)는 적외선 센서 조립체(128)와 프로세싱 모듈(160) 간의 통신을 제어하기 위해 하드 코딩된 상태 기계로 구현될 수 있다.
다른 실시예에서, 교정 데이터가 비-휘발성 메모리(912)에 저장될 수 있고, CPU(910)에 의해 비-휘발성 메모리(912)로부터 액세스될 수 있으며, 메모리 인터페이스(906)를 통해 휘발성 메모리(908)에 CPU(910)에 의해 저장될 수 있고, 적외선 센서 인터페이스(902)에 의해 휘발성 메모리(908)로부터 메모리 인터페이스(906)를 통해 액세스될 수 있으며, 적외선 센서 인터페이스(902)에 의해 적외선 센서 조립체(128)에 제공될 수 있다.
이미지 프로세싱 블록(904)은 적외선 센서 조립체(128)에 의해 캡처되는 캡처된 적외선 이미지(가령, 화소 값 또는 다른 적절한 형태로 제공되는 이미지 데이터)에 대해 다양한 이미지 프로세싱 작업을 수행할 수 있다.
메모리 인터페이스(906)는 이미지 프로세싱 블록(904), 휘발성 메모리(908), 및 CPU(910) 사이의 통신을 지원하는데 사용될 수 있다. 비-휘발성 메모리(912)는 데이터 및/또는 소프트웨어 명령어의 저장을 위해 CPU와 이미지 프로세싱 블록(904)에 의해 사용될 수 있다.
CPU(910)는 예를 들어, 프로세싱 모듈(160)과 호스트 장치(102) 간의 인터페이승과 이미지 프로세싱 블록(904)에 의해 수행되는 프로세싱을 조율(가령, 관리)하는데 사용될 수 있다.
I2C 인터페이스(914)는 CPU(910)와 호스트 장치(102) 간의 통신을 지원하는데 사용될 수 있다. MIPI 인터페이스(916)는 이미지 프로세싱 블록(904)과 적외선 이미징 모듈(100) 및/또는 호스트 장치(102)의 다른 구성요소들 간의 통신을 지원하는데 사용될 수 있다.
LDO 레귤레이터(918)는 시스템 구조(900)의 다양한 구성요소와, 적외선 이미징 모듈(100)의 다른 구성요소들의 전압을 조정하는데 사용될 수 있다(가령, LDO 레귤레이터(918)는 적외선 센서 조립체(128)에 야기되는 전력 공급 노이즈를 감소시키도록 전압 조정을 수행할 수 있다). 다른 구성요소(920)들을 이용하여, 예를 들어, 다양한 포트 및 인터페이스를 제공할 수 있고, 클러킹, 동기화, 수퍼바이저 및 리셋 작동, 및 시스템 구조(900)를 위한 기타 작동을 수행할 수 있다.
작동시, 적외선 센서 인터페이스(902)는 적외선 센서 조립체(128)로부터 적외선 이미지를 수신할 수 있다. 일 실시예에서, 적외선 센서 조립체(128)는 ROIC에 의해 제공되는 아날로그 전압을, 적외선 센서 인터페이스(902)에 제공되는 디지털 데이터 값으로 변환하기 위해 적절한 아날로그-디지털 컨버터 회로를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 이러한 적외선 이미지는 적외선 센서 조립체(128)의 ROIC로부터 아날로그 전압으로 수신될 수 있고, 이미지 프로세싱 블록(904)에 의한 추가적 처리를 위해, 적외선 센서 인터페이스(902)에 의해 디지털 데이터 값으로 변환될 수 있다. 다른 실시예에서, 적외선 센서 인터페이스(902)는 이러한 아날로그 전압을 이미지 프로세싱 블록(904)에 전달하여, 아날로그 전압을 추가적 프로세싱을 위한 디지털 데이터 값으로 변환할 수 있다. 적외선 이미지를 디지털 형태로 변환 후, 논의되는 바와 같은 다양한 프로세싱 기술을 이용하여 이미지 프로세싱 블록(904)에 의해 처리할 수 있다.
따라서, 적외선 센서 조립체(128) 및 시스템 구조(900)의 조합은 조합된 아날로그/디지털 시스템을 제공하여, 적외선 이미지들이 (가령, 적외선 센서 조립체(128)에 의해) 아날로그 형태로 캡처되고 (가령, 시스템 구조(900)에 의해) 디지털 방식으로 처리된다. 처리된 적외선 이미지는 I2C 인터페이스(914)를 통해 디지털 형태로 호스트 장치(102)에 제공될 수 있다.
도 10은 발명의 일 실시예에 따라 적외선 이미징 모듈(100)의 프로세싱 모듈(160)을 구현하는데 사용되는 다른 시스템 구조(1000)의 블록도를 예시한다. 시스템 구조(1000)는 앞서 논의한 바와 동일 또는 유사한 방식으로 작동할 수 있는 시스템 구조(900)의 다양한 구성요소들을 포함한다.
그러나, 시스템 구조(1000)에서, 이미지 프로세싱 블록(904)이 제공되지 않는다. 대신에, 이미지 프로세싱 블록(904)에 의해 제공되는 이미지 프로세싱 특징은 대신에 시스템 구조(1000)의 CPU(1010)에 의해 수행될 수 있다. 이러한 관점에서, 시스템 구조(1000)는 적절한 소프트웨어와 함께 CPU(1010)를 구성함으로써 임의의 요망되는 적외선 이미지 프로세싱 작업을 수행하도록 구성 및 스케일링될 수 있는 CPU-중심 시스템 구조로 간주될 수 있다. 추가적으로, CPU(1010)를 이용함으로써, 고급형 전력 관리 특징이 제공될 수 있고, 구현 비용이 타 시스템 구조에 비해 절감될 수 있다.
또한 시스템 구조(1000)에서, 적외선 센서 인터페이스(1002)는 적외선 센서 인터페이스(902) 대신에 제공될 수 있다. 이러한 관점에서, 적외선 센서 인터페이스(1002)는 메모리 인터페이스(906) 내외로 통신(디지털 데이터 값 형태의 적외선 이미지)을 송신/수신할 수 있다. 적외선 센서 인터페이스(1002)는 적외선 센서 인터페이스(902)와 관련하여 설명된 방식으로 작동하도록 또한 구성될 수 있다.
작동시, CPU(1010)는 여기서 설명되는 다양한 기술에 따라 적외선 이미지의 직접적 프로세싱을 수행할 수 있다. 이러한 관점에서, 적외선 센서 조립체(128)의 ROIC에 의해 제공되는 아날로그 전압은 적외선 센서 인터페이스(1002)의, 또는, 이미지 센서 조립체(128)의, 적절한 아날로그-디지털 컨버터 회로를 이용하여 디지털 데이터 값으로 변환될 수 있다. 적외선 센서 인터페이스(1002)는 CPU(1010)에 의한 추가적 이용을 위해 휘발성 메모리(908)에 저장하기 위해 메모리 인터페이스(906)에 적외선 이미지에 대응하는 디지털 데이터 값을 전달할 수 있다.
시스템 구조(900, 1000)의 다양한 실시예에서, 프로세싱 블록(904), CPU(910), 및/또는 CPU(1010)는 예를 들어, 하나 이상의 ASIC, 범용 CPU, FPGA, 및/또는 다른 타입의 프로세싱 및/또는 로직 회로에 의해 구현될 수 있다.
다양한 실시예에서, 시스템 구조(900, 1000)는 호스트 장치(102)로부터 적외선 이미징 모듈(100)의 작동을 추상화시키는데 사용될 수 있다. 이러한 관점에서, 호스트 장치(102)에 대한 제조사 및 소프트웨어 개발자는 이미지 검출 및 프로세싱 작동의 지식을 요함이 없이, 적외선 이미징 모듈(100)로부터 적외선 이미지를 수신할 수 있다.
다양한 실시예에서, 적외선 센서(132), ROIC, 및 적외선 센서 조립체(128)의 기타 구성요소들은 높은 이미지 캡처 속도를 지원하도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 적외선 센서 조립체(128)는 240Hz의 프레임 속도(가령, 초당 240개의 이미지)로 적외선 이미지를 캡처할 수 있다. 본 실시예에서, 이러한 높은 프레임 속도는 예를 들어, (가령, 이동 전화 전압과 호환되는) 비교적 저전압에서 적외선 센서 조립체(128)를 작동시킴으로써, 그리고, 적외선 센서(132)들의 비교적 소형의 어레이를 이용함으로써, 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 이러한 적외선 이미지는 높은 프레임 속도(가령, 240Hz 또는 다른 프레임 속도)로 적외선 센서 조립체(128)로부터 프로세싱 모듈(160)에 제공될 수 있다. 다른 실시예에서, 적외선 센서 조립체(128)는 낮은 프레임 속도(가령, 30Hz, 9Hz, 또는 다른 프레임 속도)로 프로세싱 모듈(160)에 통합(가령, 평균된) 적외선 이미지를 제공하도록 복수의 시간 주기에 걸쳐 통합될 수 있다.
(가령, 시스템 구조(900 또는 1000) 또는 다른 적절한 시스템 구조에 의해 구현되는) 프로세싱 모듈(160)은 적외선 센서 조립체(128)로부터 수신되는 적외선 이미지에 대한 다양한 프로세싱을 수행할 수 있다. 이러한 프로세싱은 예를 들어, 이미지 필터링, 시간 필터링, 디지털 통합, 화소 또는 이미지 평균화, 이미지 스무딩, 센서 프레임 기반 계수 결정, 온도 교정 결정, 팩토리 및 장면 기반 불균성 교정, 배드 화소 결정, 및 배스 화소에 대한 화소 데이터 교체, 자동 이득 제어(AGC) 및/또는 기타 기술을 포함한, 다양한 디지털 적외선 이미지 프로세싱 기술에 따라 수행될 수 있다. 프로세싱 모듈(160)에 의해 호스트 장치(102)에 제공되는 결과적인 프로세싱된 이미지는 적외선 센서 조립체(128)로부터 수신한 적외선 이미지보다 낮은 프레임 속도에 놓일 수 있다(가령, 60Hz, 30Hz, 9Hz, 또는 다른 프레임 속도).
적용가능하다면 본 발명에 의해 제공되는 다양한 실시예는 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 조합들을 이용하여 구현될 수 있다. 또한 적용가능하다면, 여기서 제시되는 다양한 하드웨어 구성요소 및/또는 소프트웨어 구성요소들은 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않으면서 소프트웨어, 하드웨어, 및/또는 둘 모두를 포함하는 복합 구성요소로 조합될 수 있다. 적용가능하다면, 여기서 제시되는 다양한 하드웨어 구성요소 및/또는 소프트웨어 구성요소들이 발명의 사상으로부터 벗어나지 않으면서 소프트웨어, 하드웨어, 또는 둘 모두를 포함하는 서브-구성요소로 분리될 수 있다. 추가적으로, 적용가능하다면, 소프트웨어 구성요소들이 하드웨어 구성요소로 구현될 수 있고, 그 역도 가능하다.
비-일시적 명령어, 프로그램 코드, 및/또는 데이터와 같은 본 발명에 따른 소프트웨어는, 하나 이상의 비-일시적 기계 판독가능 매체 상에 저장될 수 있다. 여기서 식별되는 소프트웨어는 하나 이상의 범용 또는 전용 컴퓨터 및/또는 컴퓨터 시스템, 네트워크, 및/또는 등을 이용하여 구현될 수 있다. 적용가능하다면, 여기서 설명되는 다양한 단계들의 배열이 변경될 수 있고, 복합 단계로 조합될 수 있으며, 및/또는 서브-단계로 분리되어 여기서 설명되는 특징들을 제공할 수 있다.

Claims (34)

  1. 적외선 이미징 모듈을 포함하는 장치에 있어서, 상기 적외선 이미징 모듈은
    소켓과 결합하도록 구성되는 하우징과,
    하우징 내 적외선 센서 조립체 - 상기 적외선 센서 조립체는 복수의 마이크로볼로미터(microbolometer)를 포함하며, 각각의 마이크로볼로미터는 타깃 장면으로부터 적외선 이미지 데이터를 캡처하도록 구성됨 - 와,
    상기 하우징 내에 있고 캡처된 적외선 이미지 데이터를 처리하도록 구성된 프로세싱 모듈과,
    상기 하우징과 연결되며 상기 하우징 내에 적어도 부분적으로 위치하고, 상기 적외선 센서 조립체에 적외선 에너지를 전달하도록 구성된 렌즈를 포함하는, 장치.
  2. 제1항에 있어서, 하우징의 내부 표면 상에 위치하고 적외선 센서 조립체로부터 프로세싱 모듈로 전기 신호를 전달하도록 구성된 복수의 전기 연결부를 더 포함하는, 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    적외선 센서 조립체 및 복수의 전기 연결부와 전기적으로 접촉되는 제1 회로 보드, 및
    프로세싱 모듈 및 복수의 전기 연결부와 전기적으로 접촉되는 제2 회로 보드를 더 포함하며,
    복수의 전기 연결부 및 제1 회로 보드와 제2 회로 보드는 적외선 센서 조립체 및 프로세싱 모듈로부터의 전기 신호를 전달하도록 구성되고,
    복수의 전기 연결부의 적어도 일부분이 하우징의 하부 표면으로부터 돌출되어 있는, 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 프로세싱 모듈은 플립 칩 연결 및 복수의 와이어 본드 중 적어도 한 가지에 의해 제2 회로 보드에 장착되는, 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 장치는 소켓을 더 포함하며, 적외선 이미징 모듈은 소켓 내에 위치하고, 적외선 이미지 모듈이 장치의 적외선 카메라로서 구성되도록 소켓이 장치에 연결되며, 상기 장치는 모바일 전화기인, 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    적외선 이미징 모듈의 전방에 선택적으로 위치하며 적외선 센서 조립체로부터 호스트 장치 외부로 적외선 에너지를 차단하도록 구성된 셔터를 더 포함하며, 복수의 마이크로볼로미터의 각각의 마이크로볼로미터는 타깃 장면의 각각의 부분으로부터 적외선 이미지 데이터를 캡처하도록 구성되며,복수의 마이크로볼로미터는 N 곱하기 M개의 마이크로볼로미터의 어레이를 형성하며, N 및 M은 32 이상 그리고 640 이하의 정수인, 장치.
  7. 방법으로서,
    장치의 적외선 이미징 모듈의 하우징에 연결되는, 그리고, 상기 하우징 내에 적어도 부분적으로 위치하는, 렌즈를 통해 적외선 에너지를 전달하는 단계 - 상기 하우징은 소켓 내에 결합하도록 구성됨 - 와,
    상기 하우징 내의 적외선 센서 조립체의 복수의 마이크로볼로미터 각각을 통해 전달된 적외선 에너지로부터 타깃 방면과 연관된 적외선 이미지 데이터를 캡처하는 단계와,
    적외선 센서 조립체로부터 하우징 내의 프로세싱 모듈에 전기 신호를 제공하는 단계를 포함하는
    방법.
  8. 제7항에 있어서, 전기 신호는 하우징 내 복수의 전기 연결부를 통해 제공되는, 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 적외선 이미징 모듈은
    적외선 센서 조립체 및 복수의 전기 연결부와 전기적으로 접촉하는 제1 회로 보드,
    프로세싱 모듈 및 복수의 전기 연결부와 전기적으로 접촉하는 제2 회로 보드를 더 포함하고,
    전기 신호는 복수의 전기 연결부, 제1 회로 보드 및 제2 회로 보드를 통해 제공되는, 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 프로세싱 모듈은 플립 칩 연결부 및/또는 복수의 와이어 본드에 의해 제2 회로 보드에 장착되는, 방법.
  11. 제7항에 있어서, 상기 장치는 소켓을 더 포함하며, 적외선 이미징 모듈은 상기 소켓 내에 위치하며, 상기 적외선 이미징 모듈이 장치에 대한 적외선 카메라로서 구성되도록 상기 소켓은 상기 장치에 연결되고, 상기 장치는 모바일 전화기인, 방법.
  12. 제7항에 있어서, 장치의 셔터를 적외선 이미징 모듈 전방에 선택적으로 위치시켜, 적외선 센서 조립체로부터 장치 외부로의 적외선 에너지를 차단하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  13. 적외선 이미징 모듈의 프로세싱 모듈로서, 상기 프로세싱 모듈은
    적외선 이미징 모듈의 복수의 마이크로볼로미터의 각각의 마이크로볼로미터로부터 타깃 장면과 연관된 캡처된 적외선 이미지를 수신하도록 구성되는 제1 인터페이스,
    캡처된 적외선 이미지에 대한 디지털 적외선 이미지 처리를 수행하여 처리된 적외선 이미지를 제공하도록 구성된 프로세서, 및
    처리된 적외선 이미지를 호스트 장치로 전달하도록 구성된 제2 인터페이스를 포함하는, 프로세싱 모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    메모리 인터페이스, 및
    메모리를 더 포함하며, 제1 인터페이스는 캡처된 적외선 이미지를 수신하고 캡처된 적외선 이미지를 프로세서에 의해 사용되어 디지털 적외선 이미지 처리를 수행하기 위해 메모리에 저장되기 위한 디지털 데이터로서 메모리 인터페이스로 제공하도록 구성되는, 프로세싱 모듈.
  15. 제13항에 있어서,
    제1 인터페이스는 제1 프레임율에서 캡처된 적외선 이미지를 수신하도록 구성되고,
    프로세서는 처리된 적외선 이미지를 제공하도록 복수의 캡처된 적외선 이미지를 처리하도록 구성되며,
    제2 인터페이스는 제1 프레임율보다 낮은 제2 프레임율로 호스트 장치에 처리된 적외선 이미지를 전달하도록 구성되는, 프로세싱 모듈.
  16. 제13항에 있어서, 상기 프로세서는 전용 이미지 처리 블록 없이 디지털 적외선 이미지 처리를 수행하도록 구성된 중앙 처리 장치(CPU)이며, 제1 인터페이스는 복수의 마이크로볼로미터와 연관된 판독 집적 회로(ROIC)로부터 캡처된 적외선 이미지를 수신하도록 구성되는, 프로세싱 모듈.
  17. 제13항에 있어서, 상기 프로세싱 모듈은 적외선 이미징 모듈의 하우징 내 전기 연결부를 통해 복수의 마이크로볼로미터에 전기적으로 연결되며, 적외선 이미징 모듈은 소켓에 의해 수신되도록 구성되며, 소켓은 호스트 장치에 설치되도록 구성되며, 상기 호스트 장치는 모바일 전화기인, 프로세싱 모듈.
  18. 적외선 이미징 모듈의 프로세싱 모듈을 동작시키기 위한 방법으로서, 상기 방법은,
    프로세싱 모듈의 제1 인터페이스를 통해 적외선 이미징 모듈의 복수의 마이크로볼로미터 각각으로부터 타깃 장면과 연관된 캡처된 적외선 이미지를 수신하는 단계,
    캡처된 적외선 이미지에 대한 디지털 적외선 이미지 처리를 수행하여 처리된 적외선 이미지를 제공하는 단계, 및
    제2 인터페이스를 통해 호스트 장치로 처리된 적외선 이미지를 전달하는 단계를 포함하는, 프로세싱 모듈을 동작시키기 위한 방법.
  19. 제18항에 있어서, 제1 인터페이스로부터 메모리 인터페이스로 캡처된 적외선 이미지를 디지털 적외선 이미지 처리를 수행하기 위해 프로세서에 의해 사용되도록 메모리에 저장되기 위한 디지털 데이터로서 제공하는 단계를 더 포함하는, 프로세싱 모듈을 동작시키기 위한 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    캡처된 적외선 이미지를 수신하는 단계는 제1 프레임율로 캡처된 적외선 이미지를 수신하는 단계를 포함하고,
    디지털 적외선 이미지 처리를 수행하는 단계는 복수의 캡처된 적외선 이미지를 처리하여 처리된 적외선 이미지를 제공하는 단계, 및
    처리된 적외선 이미지를 전달하는 단계는 제1 프레임율보다 낮은 제2 프레임율로 호스트 장치로 처리된 적외선 이미지를 전달하는 단계를 포함하는, 프로세싱 모듈을 동작시키기 위한 방법.
  21. 제18항에 있어서, 디지털 적외선 이미지 처리를 수행하는 단계는, 전용 이미지 처리 블록 없이 디지털 적외선 이미지 처리를 수행하도록 구성된 중앙 처리 장치(CPU)에 의해 수행되고, 캡처된 적외선 이미지를 수신하는 단계는 복수의 마이크로볼로미터와 연관된 판독 집적 회로(ROIC)로부터 캡처된 적외선 이미지를 수신하는 단계를 포함하는, 프로세싱 모듈을 동작시키기 위한 방법.
  22. 제18항에 있어서, 상기 프로세싱 모듈은 적외선 이미징 모듈의 하우징 내 전기 연결부를 통해 복수의 마이크로볼로미터에 전기적으로 연결되며, 상기 적외선 이미징 모듈은 소켓에 의해 수신되도록 구성되며, 소켓은 호스트 장치 내에 설치되도록 구성되며, 호스트 장치는 모바일 전화기인, 프로세싱 모듈을 동작시키기 위한 방법.
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