KR101827284B1 - 이미터 전류의 불균일도를 개선할 수 있는 적외선 영상 투사기용 신호입력회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 그라운드 라인(ground line)에서 발생하는 전압 강하(voltage drop)를 보상하여 이미터(emitter) 전류의 불균일도를 개선하기 위하여, 디지털 영상 데이터를 수신하며, 상기 디지털 영상 데이터에 대응하는 아날로그 전류를 출력하는 전류 출력 D/A 변환기(digital-to-analog converter, DAC); 상기 D/A 변환기에서 출력되는 전류를 샘플 및 홀드(sample-and-hold)하고, 상기 샘플 및 홀드되는 전류를 데이터 전류로 변환하여 출력하는 전류 샘플 앤드 홀드부; 상기 데이터 전류를 수신하고, 그라운드에서 발생하는 전압 강하량을 취득하여 상기 데이터 전류를 데이터 전압으로 변환하는 전압 강하 취득부; 상기 데이터 전압을 전압 강하가 보상된 이미터 전류로 변환하여 출력하는 전압 강하 보상부; 및 상기 이미터 전류에 의하여 발생하는 줄 히팅(Joule heating)을 통하여 적외선을 방출하는 이미터부;를 포함하는 적외선 영상 투사기용 신호입력회로를 제공한다.

Description

이미터 전류의 불균일도를 개선할 수 있는 적외선 영상 투사기용 신호입력회로{READ-IN INTEGRATED CIRCUIT FOR INFRARED SCENE PROJECTORS WITH IMPROVED UNIFORMITY OF EMITTER CURRENT}

본 발명은 적외선 영상 투사기용 신호입력회로에 관한 것으로서, 더 상세하게는 그라운드 라인(ground line)에서 발생하는 전압 강하(voltage drop)를 보상하여 이미터(emitter) 전류의 불균일도를 개선할 수 있는 적외선 영상 투사기용 신호입력회로에 관한 것이다.

적외선 영상 시스템은 열을 가진 물체를 감지하고 이를 영상으로 표현하기 위한 장치로서, 군사 분야를 중심으로 의료, 보안 등의 다양한 분야에서 그 활용도가 매우 크다. 특히, 감시 정찰 및 원거리 물체의 정밀 타격 능력이 요구되는 현대전에 있어 필수적인 요소이다.

이와 같은 적외선 영상 시스템의 개발 및 유지 보수 단계에 있어 정확한 성능 검증을 위해서는 실지 실험(field test) 환경이 구축되어야 하지만 이러한 실지 실험은 비용, 시간, 안전성 측면에서 비효율적인 단점이 있다.

이를 해결하기 위해 전기적 영상 데이터를 가상의 적외선 영상으로 변환하여 적외선 영상 시스템에 투사함으로써 하드웨어 인 더 루프(hardware-in-the-loop) 시뮬레이션이 가능한 적외선 영상 투사기(infrared scene projector, IRSP)에 대한 연구 및 개발이 진행되고 있다.

적외선 영상 투사기는 적외선을 방출하는 이미터(emitter)의 종류에 따라 분류가 가능하다.

디지털 미소 반사 표시기(digital micro-mirror device, DMD)를 이용하는 방식은 입사되는 적외선을 초소형 거울을 이용하여 반사함으로써 적외선 영상을 투사하는 방식으로서 고속 동작이 용이하지만 제작 공정이 복잡한 단점이 있다.

적외선 발광 다이오드(infrared light emitting diode, IRLED)를 이용하는 방식은 적외선 발광 다이오드에 전류를 인가하여 적외선을 방출하는 방식으로서 고속 동작 및 고온의 적외선 영상 투사에 유리하지만 저온 영역에서 충분한 온도 해상도를 표현하는데 어려움이 있다.

반면, 줄 히팅(joule heating)을 통하여 온도가 변화하는 저항형 이미터(resistive emitter)를 이용하는 적외선 영상 투사 방식은 상대적으로 동작 원리가 간단하고 제작 공정이 용이하면서도 동작 속도 및 온도 표현 측면에서 고성능의 확보가 가능한 장점으로 인하여 가장 널리 사용되고 있는 방식이다.

저항형 이미터를 이용하는 적외선 영상 투사기용 신호입력회로(read-in integrated circuit, RIIC)는 어레이를 구성하는 각각의 이미터에 전류를 인가하여 줄 히팅을 발생시키고, 이미터 전류의 크기를 조절하여 표현하고자 하는 온도에 대응하는 적외선이 방출되도록 제어하는 장치이다. 이미터 어레이에서 투사되는 적외선 영상의 회색도(gray level) 표현은 디지털 영상 데이터를 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 D/A 변환기(digital-to analog converter, DAC)를 통하여 이루어진다.

적외선 영상 투사기에서 투사되는 적외선 영상의 불균일도는 주로 이미터 저항값 및 이미터 전류의 불균일성에 기인한다. 공간 균일도가 높은 적외선 영상의 투사를 위해서는 일반적으로 전체 적외선 영상 투사기 시스템이 구축된 후 영상 데이터에 대응하여 방출되는 적외선 강도(infrared radiance)를 어레이상의 모든 이미터에 대하여 측정하여 순람표(look-up table)을 생성하고, 이를 토대로 신호입력회로의 각각의 단위 픽셀로 입력되는 영상 데이터를 보정함으로써 투사되는 적외선 영상의 불균일도를 보정한다.

적외선 영상 시스템의 성능이 지속적으로 발전하면서 이를 검증하기 위해 적외선 영상 투사기에 요구되는 공간 해상도 및 온도 표현 범위(dynamic range)가 증가하고 있다.

이와 같은 적외선 영상 투사기의 성능 향상은 신호입력회로가 이미터 어레이로 공급해야 할 전류의 증가를 수반하게 된다. 하지만 종래의 적외선 영상 투사기용 신호입력회로는 높은 전류에 의하여 전원 라인(power line)에서 발생하는 전압 강하(voltage drop)로 인해 이미터 전류의 불균일성이 증가하는 문제가 있다.

제작이 완료되면 고정된 패턴(pattern)의 불균일성을 갖는 이미터 어레이의 저항값과는 달리, 신호입력회로를 통해 생성되는 이미터 전류의 불균일성은 이미터 어레이에서 투사되는 적외선 영상에 대응하여 매 프레임(frame)마다 변하게 되므로 순람표(look-up table)를 이용한 적외선 영상의 불균일도 보정에 한계가 있다.

본 발명은 이미터(emitter) 전류에 의하여 그라운드 라인(ground line)에서 발생하는 전압 강하(voltage drop)를 보상하여 이미터 전류의 불균일도를 개선할 수 있는 적외선 영상 투사기용 신호입력회로를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 이미터(emitter) 전류의 불균일도를 개선할 수 있는 적외선 영상 투사기용 신호입력회로는, 디지털 영상 데이터를 수신하며, 상기 디지털 영상 데이터에 대응하는 아날로그 전류를 출력하는 전류 출력 D/A 변환기(digital-to-analog converter, DAC), 상기 D/A 변환기에서 출력되는 전류를 샘플 및 홀드(sample-and-hold)하고, 상기 샘플 및 홀드되는 전류를 데이터 전류로 변환하여 출력하는 전류 샘플 앤드 홀드부, 상기 데이터 전류를 수신하고, 그라운드 라인(ground line)에서 발생하는 전압 강하량(voltage drop)을 취득하여 상기 데이터 전류를 데이터 전압으로 변환하는 전압 강하 취득부, 상기 데이터 전압을 전압 강하가 보상된 이미터 전류로 변환하여 출력하는 전압 강하 보상부, 및 상기 이미터 전류에 의하여 발생하는 줄 히팅(Joule heating)을 통하여 적외선을 방출하는 이미터부를 포함한다.

실시 예에 있어서, 상기 D/A 변환기는 복수의 전류원을 포함하고, n-비트(bit) 디지털 영상 데이터를 수신하며, 상기 n-비트 디지털 영상 데이터에 대응하여 온(on)되는 상기 전류원의 개수에 따라 2의 n제곱(2^n) 가짓수 중에서 한 가지 값을 갖는 아날로그 전류를 출력할 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 전류 샘플 앤드 홀드부는 제1 회로부 및 제2 회로부를 포함하고, 상기 D/A 변환기에서 출력되는 전류를 샘플 및 홀드하는 과정은 상기 제1 회로부에 의하여 이루어지며, 상기 제1 회로부에서 샘플 및 홀드되는 전류에 대응하는 상기 데이터 전류를 상기 전압 강하 취득부에 전송하는 과정은 상기 제2회로부에 의하여 이루어질 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 전압 강하 취득부는 제3 회로부 및 제4 회로부를 포함하고, 상기 데이터 전류를 수신하고 그라운드 라인에서 발생하는 전압 강하량을 취득하여 데이터 전압을 형성하는 과정은 상기 제3 회로부에 의하여 이루어지며, 상기 데이터 전압을 샘플 및 홀드하는 과정은 상기 제4 회로부에 의하여 이루어질 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 전압 강하 보상부는 제1 증폭기 및 제5 회로부를 포함하고, 상기 데이터 전압을 버퍼링(buffering)하는 과정은 상기 제1 증폭기에 의하여 이루어지며, 상기 데이터 전압을 전압 강하가 보상된 이미터 전류로 변환하여 상기 이미터부에 인가함으로써 상기 이미터부에서 줄 히팅을 통한 적외선이 방출되도록 하는 과정은 제5 회로부에 의하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 이미터 전류의 불균일도를 개선할 수 있는 적외선 영상 투사기용 신호입력회로는, 디지털 영상 데이터를 수신하며, 상기 디지털 영상 데이터에 대응하는 아날로그 전류를 출력하는 전류 출력 D/A 변환기, 상기 D/A 변환기에서 출력되는 전류를 샘플 및 홀드하고, 상기 샘플 및 홀드되는 전류를 데이터 전류로 변환하여 출력하는 전류 샘플 앤드 홀드부를 복수 개 가지는 전류 샘플 앤드 홀드부 어레이, 상기 전류 샘플 앤드 홀드부 어레이의 복수의 상기 전류 샘플 앤드 홀드부 중에서 적어도 하나의 상기 전류 샘플 앤드 홀드부를 선택하는 전류 샘플 앤드 홀드부 선택회로, 상기 데이터 전류를 수신하고, 그라운드 라인에서 발생하는 전압 강하에 근거하여 상기 데이터 전류를 데이터 전압으로 변환하고, 상기 데이터 전압을 전압 강하가 보상된 이미터 전류로 변환하여 출력하며, 상기 이미터 전류에 의하여 발생하는 줄 히팅을 통하여 적외선을 방출하는 단위 픽셀을 복수 개 포함하는 단위 픽셀 어레이 및 상기 단위 픽셀 어레이의 복수의 상기 단위 픽셀 행(row) 중에서 적어도 하나의 상기 단위 픽셀 행을 선택하는 단위 픽셀 행 선택회로를 포함한다.

실시 예에 있어서, 상기 전류 샘플 앤드 홀드부 선택회로는 상기 전류 샘플 앤드 홀드부 어레이의 복수의 상기 전류 샘플 앤드 홀드부 중에서 적어도 하나의 상기 전류 샘플 앤드 홀드부를 순차적으로 선택하고, 상기 D/A 변환기는 상기 전류 샘플 앤드 홀드부 선택회로에 의하여 선택되는 상기 전류 샘플 앤드 홀드부에만 전류를 전송할 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 단위 픽셀 행 선택회로는 상기 단위 픽셀 어레이의 복수의 상기 단위 픽셀 행 중에서 적어도 하나의 상기 단위 픽셀 행을 순차적으로 선택하고, 상기 전류 샘플 앤드 홀드부 어레이는 상기 단위 픽셀 행 선택회로에 의하여 선택되는 상기 단위 픽셀 행 상에 위치하는 상기 단위 픽셀들에만 상기 데이터 전류를 전송할 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 실시 예들에 따르면, 이미터(emitter) 전류에 의하여 그라운드 라인(ground line)에서 발생하는 전압 강하(voltage drop)를 보상하여 이미터 어레이 상의 각 이미터에 흐르는 전류의 불균일도를 개선할 수 있는 적외선 영상 투사기용 신호입력회로를 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 적외선 영상 투사기용 신호입력회로의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 적외선 영상 투사기용 신호입력회로의 회로도이다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 종래의 적외선 영상 투사기용 신호입력회로의 그라운드 라인(ground line)에서 발생하는 전압 강하(voltage drop)에 의하여 이미터(emitter) 전류의 불균일성이 발생하는 원리를 설명하기 위한 그래프이다.
도 4a, 도 4b, 도 4c 및 도 4d는 본 발명의 실시 예들에 따른 적외선 영상 투사기용 신호입력회로가 그라운드 라인에서 발생하는 전압 강하를 보상하여 이미터 전류의 불균일도를 개선하는 원리를 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 적외선 영상 투사기용 신호입력회로의 블록도이다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 적외선 영상 투사기용 신호입력회로의 동작을 설명하기 위한 타이밍 다이어그램(timing diagram)이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.

이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 실시 예들을 설명하는 과정에서, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소 "상에" 위치하거나, 다른 구성요소에 “(전기적으로) 연결”된다고 언급할 때는, 상기 구성요소는 상기 다른 구성요소의 직접 상에 위치하거나, 상기 다른 구성요소에 직접 (전기적으로) 연결되는 것을 의미할 수도 있으나, 나아가, 하나 또는 둘 이상의 개재하는 구성요소들이 그 사이에 존재할 수 있음을 의미할 수도 있다. 하지만, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소의 "직접 상에" 위치하거나, 다른 구성요소에 "(전기적으로) 직접 연결”된다거나, 또는 다른 구성요소에 “직접 접촉”한다고 언급할 때는, 별도의 언급이 없다면 그 사이에 개재하는 구성요소들이 존재하지 않음을 의미한다.

또한, 본 실시 예들을 설명하는 과정에서, 줄 히팅(Joule heating)이라 함은 저항체에 전류를 인가함으로써 열을 발생시키는 과정을 의미한다. 예를 들어, 저항체에 전류가 흐를 때 발생하는 열량은 전류값의 제곱과 저항값의 곱에 비례할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 적외선 영상 투사기용 신호입력회로의 블록도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 적외선 영상 투사기용 신호입력회로의 회로도이다.

도 3a, 도 3b 및 도 3c는 종래의 적외선 영상 투사기용 신호입력회로의 그라운드 라인(ground line)에서 발생하는 전압 강하(voltage drop)에 의하여 이미터(emitter) 전류의 불균일성이 발생하는 원리를 설명하기 위한 그래프이며, 도 4a, 도 4b, 도 4c 및 도 4d는 본 발명의 실시 예들에 따른 적외선 영상 투사기용 신호입력회로가 그라운드 라인에서 발생하는 전압 강하를 보상하여 이미터 전류의 불균일도를 개선하는 원리를 설명하기 위한 그래프이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 적외선 영상 투사기용 신호입력회로의 블록도이며, 도 6a, 도 6b 및 도 6c는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 적외선 영상 투사기용 신호입력회로의 동작을 설명하기 위한 타이밍 다이어그램(timing diagram)이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 적외선 영상 투사기용 신호입력회로는 전류 출력 D/A 변환기(110), 전류 샘플 앤드 홀드부(120), 전압 강하 취득부(130), 전압 강하 보상부(140), 및 이미터부(150)를 포함할 수 있다. 여기서, 전압 강하 취득부(130), 전압 강하 보상부(140), 및 이미터부(150)는 단위 픽셀(160)에 포함될 수 있다.

각 구성에 대해서는 도 2에 도시된 회로도를 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 적외선 영상 투사기용 신호입력회로의 회로도이다.

전류 출력 D/A 변환기(210)는 복수의 전류원을 포함하고, n-비트(bit) 디지털 영상 데이터를 수신하며, 이에 대응하여 온(on)되는 전류원의 개수에 따라 2의 n제곱(2^n) 개의 가짓수 중에서 한 가지 값을 갖는 아날로그 전류(I_DAC)를 출력할 수 있다.

전류 샘플 앤드 홀드부(220)는 전류 출력 D/A 변환기에서 출력되는 전류(I_DAC)를 샘플 및 홀드하고 이를 데이터 전류(I_DATA)로 변환하여 출력하기 위하여 제1 회로부(221) 및 제2 회로부(222)를 포함할 수 있다.

여기서, 제1 회로부(221)는 제1 트랜지스터(M1), 제2 트랜지스터(M2), 제1 스위치(S1), 제2 스위치(S2) 및 제1 커패시터(C1)를 포함할 수 있다.

제1 트랜지스터(M1) 및 제2 트랜지스터(M2)는 캐스코드(cascode) 형태로 직렬 연결된다.

제1 스위치(S1)는 제2 트랜지스터(M2)의 드레인(drain)과 전류 출력 D/A 변환기(210)의 출력단을 연결한다.

제2 스위치(S2)는 제1 트랜지스터(M1)의 게이트(gate)와 제2 트랜지스터(M2)의 드레인을 연결한다.

제1 커패시터(C1)의 일단은 제1 트랜지스터(M1)의 게이트와 연결된다. 제1 커패시터(C1)의 타단은 제1 전압(V_DD1)(또는 소스 전압)에 연결된다.

제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)는 열 신호(Ф_COL)에 의하여 온/오프(on/off)되고, 제2 트랜지스터(M2)의 게이트는 외부로부터 바이어스 전압(V_BIAS)을 인가받는다.

여기서, 제2 회로부(222)는 제3 트랜지스터(M3) 및 제4 트랜지스터(M4)를 포함할 수 있다.

제3 트랜지스터(M3) 및 제4 트랜지스터(M4)는 캐스코드 형태로 직렬 연결된다.

제3 트랜지스터(M3)의 게이트는 제1 트랜지스터(M1)의 게이트 및 제1 커패시터(C1)의 일단과 연결된다.

제4 트랜지스터(M4)의 게이트는 제2 트랜지스터(M2)의 게이트와 연결된다. 제4 트랜지스터(M4)의 게이트는 외부로부터 바이어스 전압(V_BIAS)을 인가받는다.

상기 제1 내지 제4 트랜지스터는, 일 예로, P채널 MOSFET일 수 있다.

전압 강하 취득부(230)는 전류 샘플 앤드 홀드부(220)에서 출력되는 데이터 전류(I_DATA)를 수신하고, 그라운드 라인에서 발생하는 전압 강하량(V_DROP)을 취득하여 데이터 전류(I_DATA)를 데이터 전압(V_DATA)으로 변환할 수 있다. 이를 위해, 상기 전압 강하 취득부(230)는 제3 회로부(231) 및 제4 회로부(232)를 포함할 수 있다.

여기서, 제3 회로부(231)는 제5 트랜지스터(M5) 및 제3 스위치(S3)를 포함할 수 있다.

제5 트랜지스터(M5)는 게이트와 드레인이 연결되는 다이오드 연결된(diode-connected) 트랜지스터이다.

제3 스위치(S3)는 제4 트랜지스터(M4)의 드레인과 제5 트랜지스터(M5)의 드레인을 연결한다. 제3 스위치(S3)는 행 신호(Ф_ROW)에 의하여 온/오프된다.

여기서, 제4 회로부(232)는 제2 커패시터(C2) 및 제4 스위치(S4)를 포함할 수 있다.

제4 스위치(S4)는 제5 트랜지스터(M5)의 드레인과 제2 커패시터(C2)의 일단을 연결한다. 상기 제2 커패시터(C2)의 타단은 그라운드 라인에 연결된다.

제4 스위치(S4)는 행 신호(Ф_ROW)에 의하여 온/오프된다.

전압 강하 보상부(240)는 데이터 전압(V_DATA)을 그라운드 라인에서 발생하는 전압 강하(V_DROP)가 보상된 이미터 전류(I_EMITTER)로 변환하여 출력하기 위하여 제1 증폭기(241) 및 제5 회로부(242)를 포함할 수 있다.

여기서, 제1 증폭기(241)는 반전단자와 출력단자가 연결되는 단일 이득 증폭기(unity-gain amplifier)일 수 있다. 비반전단자는 제2 커패시터(C2)의 일단과 연결된다.

여기서, 제5 회로부(242)는 제3 커패시터(C3), 제6 트랜지스터(M6) 및 제5 스위치(S5)를 포함할 수 있다.

제3 커패시터(C3)의 일단은 제6 트랜지스터(M6)의 게이트와 연결된다.

제5 스위치(S5)는 제1 증폭기(241)의 출력단자와 제3 커패시터(C3)의 일단(및 제6 트랜지스터(M6)의 게이트)을 연결한다. 제5 스위치(S5)는 모드 신호(Ф_MODE)에 의하여 온/오프된다.

이미터부(250)는 소정의 저항값을 가지며, 전압 강하 보상부(240)에서 출력되는 이미터 전류(I_EMITTER)를 수신하고, 이미터 전류(I_EMITTER)에 의하여 발생하는 줄 히팅을 통하여 적외선을 방출한다.

여기서, 이미터부(250)의 일단은 제6 트랜지스터(M6)의 드레인과 연결된다.

상기 제5 및 제6 트랜지스터는, 일 예로, N채널 MOSFET일 수 있다.

이하에서는, 도 3a, 도 3b 및 도 3c를 참조하여 종래의 적외선 영상 투사기용 신호입력회로에서 이미터 전류(I_EMITTER)의 불균일성이 발생하는 원리를 설명한다.

전압 출력 D/A 변환기를 이용하는 종래의 적외선 영상 투사기용 신호입력회로는 디지털 영상 데이터를 아날로그 데이터 전압(V_DATA)으로 변환하여 단위 픽셀에 전송하고 다시 이미터 전류(I_EMITTER)로 변환하여 이미터에 인가한다. 여기서, 이미터에 인가되는 이미터 전류(I_EMITTER)는 수학식 1과 같다.

여기서, β는 이미터 구동 트랜지스터의 캐리어 이동도(carrier mobility), 산화물 커패시턴스(oxide capacitance) 및 게이트의 크기(gate dimension)에 의하여 결정되는 상수이며, V_GS 및 V_TH는 각각 이미터 구동 트랜지스터의 게이트-소스(source)간 전위차 및 문턱전압(threshold voltage)이다.

이미터 구동 트랜지스터의 게이트-소스간 전위차(V_GS)는 수학식 2와 같다.

여기서, V_G 및 V_S는 각각 이미터 구동 트랜지스터의 게이트 전압 및 소스 전압이다. 데이터 전압(V_DATA)은 이미터 구동 트랜지스터의 게이트로 인가된다. 따라서, 이미터 구동 트랜지스터의 게이트 전압(V_G)은 데이터 전압(V_DATA)과 동일하다.

저항형 이미터의 경우, 이미터 전류(I_EMITTER)가 인가되면 줄 히팅이 발생하여 열을 방출한다. 여기서, 이미터 전류(I_EMITTER)에 의하여 이미터에서 발생하는 열량과 이에 대응하는 이미터의 물리적 온도(T_phy)와의 관계는 수학식 3과 같다.

여기서, R_EMITTER는 이미터의 저항값이고, G(T)는 이미터의 열전도도(thermal conductance)이며, T_sub는 이미터의 기판(substrate) 온도이다. 수학식 3에 의하면, 이미터의 물리적 온도(T_phy)는 이미터 전류(I_EMITTER)에 의하여 발생하는 열량에 비례하여 증가한다.

검증의 대상이 되는 장치(unit under test, UUT)가 인식하는 적외선의 온도로 정의되는 유효온도(T_app)와 이미터의 물리적 온도(T_phy)의 관계는 수학식 4와 같다.

여기서, λ는 적외선의 파장이고, B(T)는 플랑크 법칙(Planck’s law)에 의거하여 절대온도 T에서 방사체의 스펙트럼 휘도(spectral radiance)를 나타내는 함수이고, ff 및 ε(λ)는 각각 이미터의 필 팩터(fill factor) 및 방사율(emissivity)이며, τ(λ)는 이미터로부터 방출된 적외선이 투과하는 적외선 광학 윈도우(infrared optical window)의 투과율(transmittance)이다.

수학식 2에 의하면, 이미터 구동 트랜지스터의 소스 전압(V_S)은 이상적인 경우 그라운드 전압과 동일하지만 이미터 전류(I_EMITTER)에 의하여 전원 라인에서 전압 강하가 발생하는 경우 그라운드 전압과 상이한 값을 갖게 된다.

이와 같은 소스 전압(V_S) 변화의 크기는 매 프레임마다 특정한 적외선 영상의 투사를 위해 각 이미터에 인가되는 이미터 전류(I_EMITTER)의 크기에 따라 달라질 수 있으며, 어레이상에서 단위 픽셀의 위치에 따라서도 달라지게 된다.

수학식 1 내지 수학식 4에 의하면, 전압 강하에 의하여 발생하는 소스 전압(V_S)의 변화는 이미터 전류(I_EMITTER)의 변화를 야기하여, 최종적으로 이미터 어레이에서 방출되는 적외선의 유효온도(T_app)를 변화시킴으로써 투사되는 적외선 영상의 균일성을 저해한다.

도 3a, 도 3b, 및 도 3c는 종래의 적외선 영상 투사기용 신호입력회로의 그라운드 라인에서 발생하는 전압 강하에 의하여 이미터 전류(I_EMITTER)의 불균일성이 발생하는 원리를 설명하기 위한 그래프이다.

서로 다른 세 개의 단위 픽셀(3A, 3B, 3C)에 대하여, 도 3a는 이미터 구동 트랜지스터의 게이트에 인가되는 데이터 전압(V_DATA)을 나타내는 그래프이고, 도 3b는 이미터 구동 트랜지스터의 게이트-소스간 전압(V_GS)을 나타내는 그래프이며, 도 3c는 이미터에 인가되는 이미터 전류(I_EMITTER)를 나타내는 그래프이다.

여기서, 도 3a, 도 3b, 및 도 3c의 가로 축은 모두 디지털 영상 데이터에 대응하는 D/A 변환기의 카운트(DAC counts)를 나타낸다.

도 3a에 도시한 바와 같이, 이미터 구동 트랜지스터의 게이트에 인가되는 데이터 전압(V_DATA)은 D/A 변환기의 카운트(DAC counts)에 대하여 선형적으로 증가한다. 또한, D/A 변환기의 출력 신호가 전압의 형태로 인가되기 때문에 데이터 전압(V_DATA)은 그라운드 라인에서 발생하는 전압 강하(V_DROP-3B, V_DROP-3C)와 무관하다.

하지만 이미터 구동 트랜지스터의 소스 전압(V_S)은 각 단위 픽셀에 위치한 그라운드 라인에서 발생하는 전압 강하의 크기(V_DROP-3B, V_DROP-3C)와 동일하므로, 도 3b에 도시한 바와 같이, 이미터 구동 트랜지스터의 게이트-소스간 전압(V_GS)은 그라운드 라인에서 발생하는 전압 강하의 크기(V_DROP-3B, V_DROP-3C)에 따라 달라진다.

수학식 1에 의하면, 이미터에 인가되는 이미터 전류(I_EMITTER)는 이미터 구동 트랜지스터의 게이트-소스간 전압(V_GS)의 함수이다. 따라서, 도 3c에 도시한 바와 같이, 그라운드 라인에서 발생하는 전압 강하(VDROP-3B, VDROP-3C)는 이미터 전류(I_EMITTER)의 불균일성을 야기한다.

이하에서는, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 적외선 영상 투사기용 신호입력회로의 동작 및 그라운드 라인에서 발생하는 전압 강하(V_DROP)를 보상하여 이미터 전류(I_EMITTER)의 불균일도를 개선하는 원리를 상세하게 설명한다.

전류 출력 D/A 변환기(210)는 n-비트의 디지털 영상 데이터를 수신하여 이에 대응하는 아날로그 전류(I_DAC)를 출력한다. 출력되는 아날로그 전류(I_DAC)는 소정의 최대값(full scale)을 가지며 일정한 간격(1 least significant bit, 1 LSB)을 가지는 2의 n제곱 가지의 값 중에서 한 가지 값을 가질 수 있다.

전류 샘플 앤드 홀드부(220)의 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)가 열 신호(Ф_COL)에 의하여 온되면, 전류 출력 D/A 변환기(210)의 출력 전류(I_DAC)가 전류 샘플 앤드 홀드부(220)로 전송된다.

제1 트랜지스터(M1) 및 제2 트랜지스터(M2)에 전류 출력 D/A 변환기(210)의 출력 전류(I_DAC)가 흐르면 이에 대응하는 전압이 동시에 제1 커패시터(C1)에 샘플된다.

제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)가 오프되면 제1 트랜지스터(M1) 및 제2 트랜지스터(M2)에는 더 이상 전류 출력 D/A 변환기(210)의 출력 전류(I_DAC)가 흐르지 않는다.

제1 커패시터(C1)는 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)가 오프되기 직전의 전류 출력 D/A 변환기(210)의 출력 전류(I_DAC)에 대응하는 전압을 홀드한다.

전압 강하 취득부(230)의 제3 스위치(S3)가 행 신호(Ф_ROW)에 의하여 온되면 전류 샘플 앤드 홀드부(220)의 제3 트랜지스터(M3) 및 제4 트랜지스터(M4)에는 제1 커패시터(C1)에 홀드되어 있는 전압에 대응하는 데이터 전류(I_DATA)가 흐른다. 이러한 데이터 전류(I_DATA)는 전압 강하 취득부(230)의 제5 트랜지스터(M5)에 전송된다.

항상 포화영역(saturation region)에서 동작하는, 다이오드 연결된 제5 트랜지스터(M5)의 게이트-소스간 전압(V_GS5)은 데이터 전류(I_DATA)에 대응하여 형성되며 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.

여기서, β_5는 제5 트랜지스터(M5)의 캐리어 이동도, 산화물 커패시턴스 및 게이트의 크기에 의하여 결정되는 상수이고, V_TH5는 제5 트랜지스터(M5)의 문턱전압이다.

전압 강하 취득부(230)의 제3 스위치(S3) 및 제4 스위치(S4)는 행 신호(Ф_ROW)에 의하여 함께 온/오프 된다. 따라서, 제3 스위치(S3)가 온되어 제5 트랜지스터(M5)에 데이터 전류(I_DATA)가 인가되는 동시에, 제4 스위치(S4)도 온되어 제5 트랜지스터(M5)의 게이트-소스간 전압(VGS5)이 제2 커패시터(C2)에 샘플된다.

제3 스위치(S3) 및 제4 스위치(S4)가 오프되면 제5 트랜지스터(M5)에는 더 이상 데이터 전류(I_DATA)가 흐르지 않고, 제2 커패시터(C2)는 제3 스위치(S3) 및 제4 스위치(S4)가 오프되기 직전의 제5 트랜지스터(M5)의 게이트-소스간 전압(V_GS5)을 홀드한다.

한편, 이미터부(250)는 매 프레임마다 적외선을 방출한다. 즉, 제5 트랜지스터(M5)에서 데이터 전류(I_DATA)에 대응하는 게이트-소스간 전압(V_GS5)이 형성되는 동안에도 이미터부(250)에서는 적외선 방출을 위한 이미터 전류(I_EMITTER)가 흐르고 있으므로 그라운드 라인에서 발생하는 전압 강하(V_DROP)로 인하여 제5 트랜지스터(M5)의 소스전압은 그라운드 전압과 상이한 값을 가진다.

따라서, 제4 스위치(S4)가 온 되었을 때 제2 커패시터(C2)의 상판(top plate)에 형성되는 데이터 전압(V_DATA)은 수학식 6과 같다.

즉, 전압 강하 취득부(230)는 데이터 전류(I_DATA)를 수신하는 동시에 전압 강하량(V_DROP)을 취득하여 데이터 전압(V_DATA)을 형성한다.

이렇게 형성된 데이터 전압(V_DATA)은 전압 강하 보상부(240)의 단일 이득 증폭기 형태의 제1 증폭기(241)에 의하여 버퍼링 되고, 제5 스위치(S5)가 모드 신호(Ф_MODE)에 의하여 온되면 제3 커패시터(C3)에 샘플된다.

여기서, 제1 증폭기(241)는 데이터 전압(V_DATA)이 제2 커패시터(C2)와 제3 커패시터(C3)의 전하 공유(charge sharing)에 의하여 감쇄되는 것을 방지하는 역할을 한다.

제3 커패시터(C3)에 샘플된 데이터 전압(V_DATA)은 제6 트랜지스터(M6)의 게이트에 인가되어 이미터 전류(I_EMITTER)를 발생시킨다. 제5 스위치(S5)가 오프되면, 제3 커패시터(C3)는 제5 스위치(S5)가 오프되기 직전에 제1 증폭기(241)가 출력하는 데이터 전압(V_DATA)을 홀드하여 제6 트랜지스터(M6)로부터 이미터 전류(I_EMITTER)가 지속적으로 출력되도록 한다.

여기서, 제6 트랜지스터(M6)는 포화영역에서 동작하도록 설정되어 있다. 따라서, 이미터 전류(I_EMITTER)는 각 단위 픽셀에 위치한 양 전원(positive supply) 라인에서 발생하는 전압 강하에 둔감하다.

제6 트랜지스터(M6)의 게이트로 인가되는 데이터 전압(V_DATA)에 대응하여 출력되는 이미터 전류(I_EMITTER)는 수학식 7과 같다.

여기서, β_6는 제6 트랜지스터(M6)의 캐리어 이동도, 산화물 커패시턴스 및 게이트의 크기에 의하여 결정되는 상수이고, V_GS6 및 V_TH6는 각각 제6 트랜지스터(M6)의 게이트-소스간 전압 및 문턱전압이다.

제6 트랜지스터의 게이트-소스간 전압(V_GS6)은 수학식 8과 같다.

여기서, V_G6 및 V_S6는 각각 제6 트랜지스터의 게이트 전압 및 소스 전압이다.

수학식 7 내지 수학식 8에 의하면, 전압 강하 보상부(240)에서 출력되는 이미터 전류(I_EMITTER)는 그라운드 라인에서 발생하는 전압 강하(V_DROP)와 무관한 함수이므로, 이미터부(250)에 불균일도가 개선된 이미터 전류(I_EMITTER)의 전송이 가능하게 된다.

도 4a, 도 4b, 도 4c, 및 도 4d는 본 발명의 실시 예들에 따른 적외선 영상 투사기용 신호입력회로가 그라운드 라인에서 발생하는 전압 강하(V_DROP)를 보상하여 이미터 전류(I_EMITTER)의 불균일도를 개선하는 원리를 설명하기 위한 그래프이다.

서로 다른 세 개의 단위 픽셀(260)(4A, 4B, 4C)에 대하여, 도 4a는 전류 출력 D/A 변환기(210) 및 전류 샘플 앤드 홀드부(220)에 의하여 생성된 후 전압 강하 취득부(230)에 인가되는 데이터 전류(I_DATA)를 나타내는 그래프이고, 도 4b는 전압 강하 보상부(240)에 위치하여 이미터부(250)를 구동하는 제6 트랜지스터(M6)의 게이트에 인가되는 데이터 전압(V_DATA)을 나타내는 그래프이고, 도 4c는 제6 트랜지스터(M6)의 게이트-소스간 전압(V_GS6)을 나타내는 그래프이고, 도 4d는 이미터부(250)에 인가되는 이미터 전류(I_EMITTER)를 나타내는 그래프이다.

여기서, 도 4a, 도 4b, 도 4c, 및 도 4d의 가로 축은 모두 디지털 영상 데이터에 대응하는 전류 출력 D/A 변환기(210)의 카운트(DAC counts)를 나타낸다.

도 4a에 도시한 바와 같이, 전압 강하 취득부(230)에 인가되는 데이터 전류(I_DATA)는 전류 출력 D/A 변환기(210)의 카운트(DAC counts)에 대하여 선형적으로 증가하며, 그라운드 라인에서 발생하는 전압 강하와 무관하다.

반면, 도 4b에 도시한 바와 같이, 제6 트랜지스터(M6)의 게이트에 인가되는 데이터 전압(V_DATA)은 전압 강하 취득부(230)에서 취득한 전압 강하량(V_DROP-4B, V_DROP-4C)을 포함하므로 이에 따라 달라지고, 수학식 5에 의하여, 전류 출력 D/A 변환기(210)의 카운트(DAC counts)에 선형적으로 증가하는 데이터 전류(I_EMITTER)의 제곱근(square root) 함수의 형태를 가진다.

제6 트랜지스터(M6)의 소스 전압은 각 단위 픽셀에 위치한 그라운드 라인에서 발생하는 전압 강하의 크기(V_DROP-4B, V_DROP-4C)와 동일하므로, 도 4c에 도시한 바와 같이, 제6 트랜지스터(M6)의 게이트-소스간 전압(V_GS6)은 그라운드 라인에서 발생하는 전압 강하(V_DROP-4B, V_DROP-4C)가 보상되어 균일한 특성을 가진다.

수학식 7에 의하면, 이미터부(250)에 인가되는 이미터 전류(I_EMITTER)는 제6 트랜지스터(M6)의 게이트-소스간 전압(V_GS6)의 함수이다. 따라서, 도 4d에 도시한 바와 같이, 그라운드 라인에서 발생하는 전압 강하(V_DROP-4B, V_DROP-4C)와 무관하게 균일한 이미터 전류(I_EMITTER)를 생성하는 것이 가능하게 된다.

도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 적외선 영상 투사기용 신호입력회로의 블록도이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 적외선 영상 투사기용 신호입력회로는 전류 출력 D/A 변환기(510), 전류 샘플 앤드 홀드부(520)를 복수 개 포함하는 전류 샘플 앤드 홀드부 어레이(521), 전류 샘플 앤드 홀드부 선택회로(570), 단위 픽셀(560)을 복수 개 포함하는 단위 픽셀 어레이(562) 및 단위 픽셀 행 선택회로(580)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 단위 픽셀 어레이(562)는, 데이터 전류를 수신하고, 그라운드 라인에서 발생하는 전압 강하에 근거하여(또는, 전압 강하를 이용하여, 또는 전압 강하량을 취득하여) 상기 데이터 전류를 데이터 전압으로 변환하고, 상기 데이터 전압을 전압 강하가 보상된 이미터 전류로 변환하여 출력하며, 상기 이미터 전류에 의하여 발생하는 줄 히팅을 통하여 적외선을 방출하는 단위 픽셀(560)을 복수 개 포함할 수 있다.

전류 출력 D/A 변환기(510)는 복수의 전류원을 포함하고, n-비트(bit) 디지털 영상 데이터를 수신하며, 이에 대응하여 온(on)되는 전류원의 개수에 따라 2의 n제곱(2^n) 개의 가짓수 중에서 한 가지 값을 갖는 아날로그 전류(I_DAC)를 출력할 수 있다.

전류 샘플 앤드 홀드부 어레이(521)는, 도 2의 전류 샘플 앤드 홀드부(220)와 동일 또는 유사한 전류 샘플 앤드 홀드부(520)를 복수 개 가지며, 복수의 전류 샘플 앤드 홀드부(520)는 소정의 배열방식에 따라 배열된다.

예를 들어, 복수의 전류 샘플 앤드 홀드부 어레이(521)는 1개의 행과 N개의 열을 가지는 매트릭스 배열을 가질 수 있으며, 이 경우, 복수의 전류 샘플 앤드 홀드부(520) 각각은 단위 픽셀 어레이(562)의 각 열에 대응한다.

전류 샘플 앤드 홀드부 선택회로(570)는, 전류 샘플 앤드 홀드부 어레이(521)의 복수의 전류 샘플 앤드 홀드부(520) 중에서 적어도 하나의 전류 샘플 앤드 홀드부(520)를 순차적으로 선택할 수 있다.

이 경우, 전류 샘플 앤드 홀드부 선택회로(570)에 의하여 선택된 전류 샘플 앤드 홀드부(520)만 전류 출력 D/A 변환기(510)에서 출력되는 전류(I_DAC)를 수신할 수 있다.

단위 픽셀 어레이(562)는, 도 2의 전압 강하 취득부(230), 전압 강하 보상부(240) 및 이미터부(250)를 포함하는 단위 픽셀(260)과 동일 또는 유사한 단위 픽셀(560)을 복수 개 가지며, 복수의 단위 픽셀(560)은 소정의 배열방식에 따라 배열된다.

예를 들어, 단위 픽셀 어레이(562)는 M개의 행과 N개의 열을 가지는 매트릭스 배열을 가질 수 있다.

단위 픽셀 행 선택회로(580)는, 단위 픽셀 어레이(562)의 복수의 단위 픽셀 행(561) 중에서 적어도 하나의 단위 픽셀 행(561)을 순차적으로 선택할 수 있다.

이 경우, 단위 픽셀 행 선택회로(580)에 의하여 선택된 단위 픽셀 행(561)에 위치하는 단위 픽셀(560)들만 전류 샘플 앤드 홀드부 어레이(521)에서 출력되는 데이터 전류(I_DATA)를 수신할 수 있다.

이하에서는, 도 2 내지 도 6c를 참조하여 본 발명의 다른 실시 예에 따른 적외선 영상 투사기용 신호입력회로의 동작 원리 및 그라운드 라인에서 발생하는 전압 강하(V_DROP)를 보상하여 이미터 전류(I_EMITTER)의 불균일도를 개선하는 원리를 상세하게 설명한다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 적외선 영상 투사기용 신호입력회로의 적외선 영상 투사 방식은 래스터(raster) 방식 및 스냅샷(snapshot) 방식으로 나누어지며, 적외선 영상 투사 방식의 취사선택이 가능하다.

래스터 방식은 단위 픽셀 어레이(562)의 복수의 단위 픽셀 행(561)이 단위 픽셀 행 선택회로(580)에 의하여 순차적으로 선택될 때, 선택되는 단위 픽셀 행(561) 상에 위치하는 모든 단위 픽셀(560)의 이미터부(250)에서만 즉각적으로 적외선이 방출되는 방식이다.

스냅샷 방식은 단위 픽셀 어레이(562)의 모든 단위 픽셀 행(561)이 단위 픽셀 행 선택회로(580)에 의하여 순차적으로 선택된 후, 단위 픽셀 어레이(562) 상에 존재하는 모든 단위 픽셀(560)의 이미터부(250)가 동시에 적외선을 방출하는 방식이다.

이러한 두 가지의 적외선 영상 투사 방식은 일반적으로 적외선 카메라와 같은 검증의 대상이 되는 장치(unit under test, UUT)의 신호 처리 방식에 따라 선택된다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 적외선 영상 투사기용 신호입력회로가 래스터 방식으로 적외선 영상을 투사하는 과정은 다음과 같다.

도 6a는 전류 출력 D/A 변환기(510)에서 출력되는 전류(I_DAC), 전류 샘플 앤드 홀드부 선택회로(570)에서 출력되는 열 신호(Ф_COL), 단위 픽셀 행 선택회로(580)에서 출력되는 행 신호(Ф_ROW), 및 각 적외선 영상 투사 방식에 따른 모드 신호(Ф_MODE)의 타이밍 다이어그램이다.

전류 출력 D/A 변환기(510)는 디지털 영상 데이터를 아날로그 전류(I_DAC)로 변환하여 출력하고, 전류 샘플 앤드 홀드부 어레이(521)의 복수의 전류 샘플 앤드 홀드부(520)는 전류 샘플 앤드 홀드부 선택회로(570)에 의하여 순차적으로 선택되면서 전류 출력 D/A 변환기(510)에서 출력되는 전류(I_DAC)를 샘플 및 홀드한다.

모든 전류 샘플 앤드 홀드부(520)가 전류 출력 D/A 변환기(510)에서 출력되는 전류(I_DAC)의 샘플 및 홀드를 완료하면, 단위 픽셀 행 선택회로(580)는 단위 픽셀 어레이(562)의 복수의 단위 픽셀 행(561) 중에서 하나의 단위 픽셀 행(561)을 선택한다.

단위 픽셀 행 선택회로(580)에 의하여 단위 픽셀 행(561)이 선택되면, 선택되는 단위 픽셀 행(561) 상에 위치하는 모든 단위 픽셀(560)의 전압 강하 취득부(230)에 존재하는 제3 스위치(S3) 및 제4 스위치(S4)가 온되고, 전류 샘플 앤드 홀드부 어레이(521)의 복수의 전류 샘플 앤드 홀드부(520)는 앞서 샘플 및 홀드 된 전류 출력 D/A 변환기(510)의 출력 전류(I_DAC)를 데이터 전류(I_DATA)로 변환하여 단위 픽셀 행 선택회로(580)에 의하여 선택된 단위 픽셀 행(561)의 복수의 단위 픽셀(562)로 전송한다.

선택된 단위 픽셀 행(561) 상에 위치하는 복수의 단위 픽셀(560)의 전압 강하 취득부(230)는 데이터 전류(I_DATA)를 수신하고, 그라운드 라인에서 발생하는 전압 강하에 근거하여(또는 전압 강하를 이용하여, 또는 전압 강하량을 취득하여) 데이터 전류(I_DATA)를 데이터 전압(V_DATA)으로 변환하여 제2 커패시터(C2)에 샘플한다.

래스터 방식의 경우, 모드 신호(Ф_MODE)가 항상 “HIGH”이다. 따라서, 전압 강하 보상부(240)의 제5 스위치(S5)는 항상 온이 되어 데이터 전압(V_DATA)이 제2 커패시터(C2)에 샘플 됨과 동시에 제1 증폭기(241)에 의하여 버퍼링 된 후 제3 커패시터(C3)에 샘플된다.

제3 커패시터(C3)에 샘플되는 데이터 전압(V_DATA)은 제6 트랜지스터(M6)의 게이트로 인가되어 그라운드 라인에서 발생하는 전압 강하(V_DROP)가 보상된 이미터 전류(I_EMITTER)를 발생시키고, 이미터 전류(I_EMITTER)를 인가 받는 이미터부(250)는 줄 히팅을 통하여 적외선을 방출한다.

단위 픽셀 행 선택회로(580)에 의하여 제3 스위치(S3) 및 제4 스위치(S4)가 오프되면, 제2 커패시터(C2) 및 제3 커패시터(C3)는 제3 스위치(S3) 및 제4 스위치(S4)가 오프되기 직전에 샘플한 데이터 전압(V_DATA)을 홀드한다. 따라서, 제3 스위치(S3) 및 제4 스위치(S4)가 오프되더라도 이미터부(250)에는 지속적으로 이미터 전류(I_EMITTER)가 인가되어 적외선이 방출된다.

상기 과정은 단위 픽셀 행 선택회로(580)가 단위 픽셀 어레이(562)의 각 단위 픽셀 행(561)을 순차적으로 선택하면서 반복되고, 단위 픽셀 행 선택회로(580)가 모든 단위 픽셀 행(561)의 순차적 선택을 완료하면 한 프레임이 종료되고 후속 프레임이 시작된다.

도 6b는 이상에서 설명한, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 적외선 영상 투사기용 신호입력회로가 래스터 방식으로 동작하는 경우에 대하여, 단위 픽셀 어레이(562)의 각 단위 픽셀 행(561) 상에 위치하는 이미터부(250)로 인가되는 이미터 전류(I_EMITTER)의 타이밍 다이어그램이다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 적외선 영상 투사기용 신호입력회로가 스냅샷 방식으로 적외선 영상을 투사하는 과정은 다음과 같다.

전류 출력 D/A 변환기(510)는 디지털 영상 데이터를 아날로그 전류(I_DAC)로 변환하여 출력하고, 전류 샘플 앤드 홀드부 어레이(521)의 복수의 전류 샘플 앤드 홀드부(520)는 전류 샘플 앤드 홀드부 선택회로(570)에 의하여 순차적으로 선택되면서 전류 출력 D/A 변환기(510)에서 출력되는 전류(I_DAC)를 샘플 및 홀드한다.

모든 전류 샘플 앤드 홀드부(520)가 전류 출력 D/A 변환기(510)에서 출력되는 전류(I_DAC)의 샘플 및 홀드를 완료하면, 단위 픽셀 행 선택회로(580)는 단위 픽셀 어레이(562)의 복수의 단위 픽셀 행(561) 중에서 하나의 단위 픽셀 행(561)을 선택한다.

단위 픽셀 행 선택회로(580)에 의하여 단위 픽셀 행(561)이 선택되면, 선택되는 단위 픽셀 행(561) 상에 위치하는 모든 단위 픽셀(560)의 전압 강하 취득부(230)에 존재하는 제3 스위치(S3) 및 제4 스위치(S4)가 온되고, 전류 샘플 앤드 홀드부 어레이(521)의 복수의 전류 샘플 앤드 홀드부(520)는 앞서 샘플 및 홀드 된 전류 출력 D/A 변환기(510)의 출력 전류(I_DAC)를 데이터 전류(I_DATA)로 변환하여 단위 픽셀 행 선택회로(580)에 의하여 선택된 단위 픽셀 행(561)의 복수의 단위 픽셀(560)로 전송한다.

선택된 단위 픽셀 행(561) 상에 위치하는 복수의 단위 픽셀(560)의 전압 강하 취득부(230)는 데이터 전류(I_DATA)를 수신하고, 제5 트랜지스터(M5)를 이용하여 그라운드 라인에서 발생하는 전압 강하량(V_DROP)을 취득하고, 데이터 전류(I_DATA)를 데이터 전압(V_DATA)으로 변환하여 제2 커패시터(C2)에 샘플한다.

즉, 상기 전압 강하 취득부(230)는, 데이터 전류(I_DATA)를 수신하고, 그라운드 라인에서 발생하는 전압 강하에 근거하여(또는 전압 강하를 이용하여, 또는 전압 강하량을 취득하여), 데이터 전류(I_DATA)를 데이터 전압(V_DATA)로 변환할 수 있다.

여기서, 모드 신호(Ф_MODE)는 “LOW”이다. 따라서, 전압 강하 보상부(240)의 제5 스위치(S5)가 오프되어 제3 커패시터(C3)에는 데이터 전압(V_DATA)이 샘플되지 않는다.

단위 픽셀 행 선택회로(580)에 의하여 제3 스위치(S3) 및 제4 스위치(S4)가 오프되면, 제2 커패시터(C2)는 제3 스위치(S3) 및 제4 스위치(S4)가 오프되기 직전에 샘플된 데이터 전압(V_DATA)을 홀드한다.

상기 과정은 단위 픽셀 행 선택회로(580)가 단위 픽셀 어레이(562)의 각 단위 픽셀 행(561)을 순차적으로 선택하면서 반복된다. 단위 픽셀 행 선택회로(580)가 모든 단위 픽셀 행(561)의 순차적 선택을 완료하여 단위 픽셀 어레이(562) 상의 모든 단위 픽셀(560)의 제2 커패시터(C2)에 데이터 전압(V_DATA)이 샘플 및 홀드되면 모드 신호(Ф_MODE)가 “HIGH”가 되고, 동시에 한 프레임이 시작되면서 단위 픽셀 어레이(562) 상의 모든 단위 픽셀(560)의 제5 스위치(S5)가 온 된다.

제5 스위치(S5)가 온되면 단위 픽셀 어레이(562) 상의 모든 단위 픽셀(560)의 제2 커패시터(C2)에 홀드된 데이터 전압(V_DATA)은 제1 증폭기(241)에 의하여 버퍼링 된 후 제3 커패시터(C3)에 샘플되고, 제6 트랜지스터(M6)의 게이트로 인가되어 그라운드 라인에서 발생하는 전압 강하(V_DROP)가 보상된 이미터 전류(I_EMITTER)를 발생시키며, 이미터 전류(I_EMITTER)를 인가 받는 이미터부(250)는 줄 히팅을 통하여 적외선을 방출한다.

한편, 모드 신호(Ф_MODE)는 제2 커패시터(C2)에 홀드된 데이터 전압(V_DATA)이 제3 커패시터(C3)에 샘플된 후 “LOW”가 되어 제5 스위치(S5)를 오프시킨다. 모드 신호(Ф_MODE)에 의하여 제5 스위치(S5)가 오프되면, 제3 커패시터(C3)는 제5 스위치(S5)가 오프되기 직전에 샘플한 데이터 전압(V_DATA)을 홀드한다. 따라서, 제5 스위치(S5)가 오프되더라도 이미터부(250)에는 지속적으로 이미터 전류(I_EMITTER)가 인가되어 적외선이 방출된다.

한편, 모드 신호(Ф_MODE)가 “LOW”가 되면, 단위 픽셀 어레이(562) 상에 위치하는 복수의 단위 픽셀(560)의 이미터부(250)로부터 적외선이 방출되는 동안, 전류 출력 D/A 변환기(510), 전류 샘플 앤드 홀드부 어레이(521), 전류 샘플 앤드 홀드부 선택회로(570), 단위 픽셀 어레이(562) 상에 위치하는 복수의 단위 픽셀(560)의 전압 강하 취득부(230) 및 단위 픽셀 행 선택회로(580)는 후속 프레임의 적외선 영상 투사를 위하여 상기 과정을 반복함으로써 단위 픽셀 어레이(562)의 모든 단위 픽셀(560)의 제2 커패시터(C2)에 새로운 데이터 전압(V_DATA)을 샘플 및 홀드한다.

제2 커패시터(C2)에 새로운 데이터 전압(V_DATA)의 샘플 및 홀드가 완료되면 모드 신호(Ф_MODE)가 “HIGH”가 되고, 동시에 후속 프레임이 시작되면서 단위 픽셀 어레이(562) 상에 위치하는 모든 단위 픽셀(560)의 제5 스위치(S5)가 온 된다. 제5 스위치(S5)가 온되면, 제2 커패시터(C2)에 홀드된 새로운 데이터 전압(V_DATA)은 제1 증폭기(241)에 의하여 버퍼링 된 후 제3 커패시터(C3)에 샘플되면서 기존의 데이터 전압(V_DATA)을 대체하고, 제6 트랜지스터(M6)의 게이트에 인가됨으로써 이미터부(250)에서 후속 프레임의 적외선 영상을 위한 적외선이 방출되도록 한다.

상기 과정의 반복을 통하여 단위 픽셀 어레이(562) 상에 위치하는 모든 단위 픽셀(560)의 이미터부(250)는 매 프레임마다 동시에 적외선을 방출한다.

도 6c는 이상에서 설명한, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 적외선 영상 투사기용 신호입력회로가 스냅샷 방식으로 동작하는 경우에 대하여, 단위 픽셀 어레이(562)의 각 단위 픽셀 행(561) 상에 위치하는 이미터부(250)로 인가되는 이미터 전류(I_EMITTER)의 타이밍 다이어그램이다.

도 6b 및 도 6c는 각각 본 발명의 다른 실시 예에 따른 적외선 영상 투사기용 신호입력회로의 래스터 방식 및 스냅샷 방식 동작을 설명하기 위하여 간략화하여 도시하였으며, 각 단위 픽셀 행(561) 상에 위치하는 각 단위 픽셀(560)의 이미터부(250)에 인가되는 이미터 전류(I_EMITTER)는 서로 같거나 다를 수 있다.

이상, 본 발명의 실시 예들에 따른 적외선 영상 투사기용 신호입력회로는 디지털 영상 데이터를 아날로그 전류로 변환하여 샘플 및 홀드하고 데이터 전류를 단위 픽셀에 인가하고, 이미터 전류에 의하여 그라운드 라인에서 발생하는 전압 강하량을 취득하여 데이터 전류를 전압 강하량을 포함하는 데이터 전압으로 변환하여 이미터 구동 트랜지스터의 게이트에 인가함으로써 전압 강하가 보상된 이미터 전류를 이미터부에 인가할 수 있다.

이러한 적외선 영상 투사기용 신호입력회로는 이미터 어레이에 인가되는 이미터 전류의 불균일도를 상당히 개선할 수 있으며, 후속적으로 수행되는, 순람표를 이용한 적외선 영상의 불균일도 보정의 정확도를 향상시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.

따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

10 : 전류 출력 D/A 변환기
20 : 전류 샘플 앤드 홀드부
30 : 전압 강하 취득부
40 : 전압 강하 보상부
50 : 이미터부
60 : 단위 픽셀
70 : 전류 샘플 앤드 홀드부 선택회로
80 : 단위 픽셀 행 선택회로

Claims (8)

1. 디지털 영상 데이터를 수신하며, 상기 디지털 영상 데이터에 대응하는 아날로그 전류를 출력하는 전류 출력 D/A 변환기;
   상기 전류 출력 D/A 변환기에서 출력되는 전류를 샘플 및 홀드하고, 상기 샘플 및 홀드되는 전류를 데이터 전류로 변환하여 출력하는 전류 샘플 앤드 홀드부;
   상기 데이터 전류를 수신하고, 그라운드 라인에서 발생하는 전압 강하에 근거하여 상기 데이터 전류를 데이터 전압으로 변환하는 전압 강하 취득부;
   상기 데이터 전압을 전압 강하가 보상된 이미터 전류로 변환하여 출력하는 전압 강하 보상부; 및
   상기 이미터 전류에 의하여 발생하는 줄 히팅을 통하여 적외선을 방출하는 이미터부를 포함하는 적외선 영상 투사기용 신호입력회로.
2. 제1항에 있어서,
   상기 전류 출력 D/A 변환기는,
   복수의 전류원을 포함하고, n-비트 디지털 영상 데이터를 수신하며, 상기 n-비트 디지털 영상 데이터에 대응하는 아날로그 전류를 출력하는 것을 특징으로 하는 적외선 영상 투사기용 신호입력회로.
3. 제1항에 있어서,
   상기 전류 샘플 앤드 홀드부는 제1 회로부 및 제2 회로부를 포함하고,
   상기 전류 출력 D/A 변환기에서 출력되는 전류를 샘플 및 홀드하는 과정은 상기 제1 회로부에서 수행되며,
   상기 제1 회로부에서 샘플 및 홀드되는 전류에 대응하는 상기 데이터 전류를 상기 전압 강하 취득부에 전송하는 과정은 상기 제2 회로부에서 수행되는 것을 특징으로 하는 적외선 영상 투사기용 신호입력회로.
4. 제1항에 있어서,
   상기 전압 강하 취득부는 제3 회로부 및 제4 회로부를 포함하고,
   상기 데이터 전류를 수신하고 그라운드 라인에서 발생하는 전압 강하에 근거하여 데이터 전압을 형성하는 과정은 상기 제3 회로부에서 수행되며,
   상기 데이터 전압을 샘플 및 홀드하는 과정은 상기 제4 회로부에서 수행되는 것을 특징으로 하는 적외선 영상 투사기용 신호입력회로.
5. 제1항에 있어서,
   상기 전압 강하 보상부는 제1 증폭기 및 제5 회로부를 포함하고,
   상기 데이터 전압을 버퍼링(buffering)하는 과정은 상기 제1 증폭기에서 수행되며,
   상기 데이터 전압을 전압 강하가 보상된 이미터 전류로 변환하고 상기 이미터부에 인가하여 상기 이미터부에서 줄 히팅을 통한 적외선이 방출되도록 하는 과정은 제5 회로부에서 수행되는 것을 특징으로 하는 적외선 영상 투사기용 신호입력회로.
6. 디지털 영상 데이터를 수신하며, 상기 디지털 영상 데이터에 대응하는 아날로그 전류를 출력하는 전류 출력 D/A 변환기;
   상기 전류 출력 D/A 변환기에서 출력되는 전류를 샘플 및 홀드하고, 상기 샘플 및 홀드되는 전류를 데이터 전류로 변환하여 출력하는 전류 샘플 앤드 홀드부를 복수 개 가지는 전류 샘플 앤드 홀드부 어레이;
   상기 전류 샘플 앤드 홀드부 어레이의 복수의 상기 전류 샘플 앤드 홀드부 중에서 적어도 하나의 상기 전류 샘플 앤드 홀드부를 선택하는 전류 샘플 앤드 홀드부 선택회로;
   상기 데이터 전류를 수신하고, 그라운드 라인에서 발생하는 전압 강하에 근거하여 상기 데이터 전류를 데이터 전압으로 변환하고, 상기 데이터 전압을 전압 강하가 보상된 이미터 전류로 변환하여 출력하며, 상기 이미터 전류에 의하여 발생하는 줄 히팅을 통하여 적외선을 방출하는 단위 픽셀을 복수 개 포함하는 단위 픽셀 어레이; 및
   상기 단위 픽셀 어레이의 복수의 단위 픽셀 행(row) 중에서 적어도 하나의 상기 단위 픽셀 행을 선택하는 단위 픽셀 행 선택회로를 포함하는 적외선 영상 투사기용 신호입력회로.
7. 제6항에 있어서,
   상기 전류 샘플 앤드 홀드부 선택회로는 상기 전류 샘플 앤드 홀드부 어레이의 복수의 상기 전류 샘플 앤드 홀드부 중에서 적어도 하나의 전류 샘플 앤드 홀드부를 순차적으로 선택하고,
   상기 전류 출력 D/A 변환기는 상기 전류 샘플 앤드 홀드부 선택회로에 의하여 선택되는 전류 샘플 앤드 홀드부에만 전류를 전송하는 것을 특징으로 하는 적외선 영상 투사기용 신호입력회로.
8. 제6항에 있어서,
   상기 단위 픽셀 행 선택회로는 상기 단위 픽셀 어레이의 복수의 상기 단위 픽셀 행 중에서 적어도 하나의 상기 단위 픽셀 행을 순차적으로 선택하고,
   상기 전류 샘플 앤드 홀드부 어레이는 상기 단위 픽셀 행 선택회로에 의하여 선택되는 단위 픽셀 행 상에 위치하는 단위 픽셀들에만 상기 데이터 전류를 전송하는 적외선 영상 투사기용 신호입력회로.

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