KR102475144B1

KR102475144B1 - 간헐적으로 조명된 영역으로부터의 신호의 복조

Info

Publication number: KR102475144B1
Application number: KR1020187014382A
Authority: KR
Inventors: 매튜 디. 피켓; 제이슨 엠. 자이츠
Original assignee: 인텔 코포레이션
Priority date: 2015-12-22
Filing date: 2015-12-22
Publication date: 2022-12-07
Also published as: DE112015007214T5; KR20180094860A; CN109414169B; US20200260970A1; WO2017111963A1; CN109414169A; JP6835386B2; US11096600B2; JP2019502424A

Abstract

시스템은 영역을 간헐적으로 조명하고, 간헐적으로 조명된 영역으로부터의 광을 검출하여 검출된 신호를 형성하고, 검출된 신호를 복조기로 처리할 수 있다. 복조기는 검출된 신호를 수신하기 위한 입력을 가진 커패시터, 접속점에서 커패시터의 출력에 접속된 입력을 가진 저항기, 및 영역이 조명되지 않는 시간들 동안 접속점을 접지에 접속시키는 스위치를 포함할 수 있다. 저항기의 출력은 영역이 조명되는 시간들 동안 검출된 신호의 고역 통과 필터링된 버전인 출력 신호, 및 영역이 조명되지 않는 시간들 동안 시불변 접지 신호를 생성할 수 있다. 이러한 복조기는 배경 조명, 입력 바이어스와 관련된 op-amp 오프셋들, 포토다이오드 1/f 잡음 및 암전류와 같은, 저주파 잡음 소스들의 영향을 감소시킬 수 있다.

Description

간헐적으로 조명된 영역으로부터의 신호의 복조

이 문서는 제한으로서가 아니라 일반적으로 광 검출기들로부터의 신호들을 처리하기 위한 회로에 관한 것이다.

광학 감지를 사용하여 피험자의 피부를 통해 심박수를 측정하는 기술들이 존재한다. 예를 들어, 광혈류 측정계(photoplethysmography)에서, 발광 다이오드들은 피부 표면의 영역을 조명할 수 있고, 포토다이오드들은 심장 박동과 동기하는 박동 신호를 얻기 위해 피부 표면 아래의 혈관들로부터 반사된 광에서의 미세한 변화들을 측정할 수 있다.

JESSE B. GOODMAN: US 2003/0036685 A1 (2003.2.20)　 VISIT THAVEEPRUNGSRIPORN et al.: US 2013/0296673 A1 (2013.11.7) DAVID DA HE et al.: US 2012/0203077 A1 (2012.8.9) ANALOG DEVICES, INC.: US 2014/0323844 A1 (2014.10.30)　 SHYUH DER LIN et al.: US 2011/0137181 A1 (2011.6.9)

반드시 축척대로 그려진 것은 아닌 도면들에서, 같은 참조부호들은 상이한 도면들에서 유사한 컴포넌트들을 설명할 수 있다. 상이한 문자 접미사들을 가진 같은 참조부호들은 유사한 컴포넌트들의 상이한 사례들을 나타낼 수 있다. 도면들은 제한으로서가 아니라 예로서 일반적으로 본 문서에서 논의되는 다양한 실시예들을 예시한다.
도 1은 일부 실시예들에 따른, 복조기 회로의 예를 도시하는 회로도이다.
도 2는 일부 실시예들에 따른, 도 1의 복조기를 포함하는 조명/검출 시스템의 예를 도시하는 블록도이다.
도 3은 일부 실시예들에 따른, 도 2의 조명/검출 시스템과 함께 사용될 수 있는 기준 전압 공급 회로의 예를 도시하는 회로도이다.
도 4는 일부 실시예들에 따른, 도 2의 조명/검출 시스템과 함께 사용될 수 있는 트랜스임피던스 증폭기 회로의 예를 도시하는 회로도이다.
도 5는 일부 실시예들에 따른, 도 2의 조명/검출 시스템과 함께 사용될 수 있는 복조기 회로의 예를 도시하는 회로도이다.
도 6은 일부 실시예들에 따른, 도 2의 조명/검출 시스템과 함께 사용될 수 있는 이차 이득 스테이지 회로의 예를 도시하는 회로도이다.
도 7은 일부 실시예들에 따른, 도 1의 복조기와 함께 사용될 수 있는 방법의 예를 도시하는 흐름도이다.

착용가능한 심박수 모니터와 같은 시스템은 예컨대 착용자의 피부 상의 영역을 조명하고, 조명된 영역으로부터의 광을 검출하여 검출된 신호를 형성하고, 검출된 신호로부터 심박수와 같은 측정치를 추출할 수 있다. 검출된 신호를 처리할 때 저주파 잡음이 어려움을 야기할 수 있다. 예를 들어, 검출된 신호로부터 심박수를 추출하도록 설계된 심박수 모니터의 경우, 검출된 신호 내의 저주파 잡음으로 인해 심박수 모니터의 회로가 추출 동안에 추가 전력을 소비하게 되고, 경우에 따라 추출된 심박수에 오류가 발생할 수 있다.

일부 예들에서, 시불변 또는 천천히 변하는 조명을 제공하기보다는, 시스템이 영역을 간헐적으로 조명하는 것이 유익할 수 있다. 이러한 시스템은 검출된 신호의 저주파 성분들을 제거 또는 감쇠시킴으로써 검출된 신호를 고역 통과 필터링할 수 있다. 검출된 신호의 고역 통과 필터링과 간헐적인 조명의 조합은 저주파 잡음의 영향들을 감소시키는 데 도움이 될 수 있다. 예를 들어, 검출된 신호로부터 저주파 잡음을 제거하는 것은 검출된 신호로부터 심박수를 추출하는 처리 회로에 대한 계산 요건들을 감소시킬 수 있다. 또한, 일부 예들에서, 영역이 조명되지 않는 시간들 동안 포토다이오드로 얻은 신호를 시불변 신호로 대체하는 것이 유익할 수 있다. 이는 검출된 신호로부터 심박수를 추출하는 처리 회로에 대한 계산 요건들을 추가로 감소시킬 수 있으며, 경우에 따라, 추출 심박수의 정확도를 개선할 수 있다.

일부 예들에서, 시스템은 영역을 간헐적으로 조명하고, 간헐적으로 조명된 영역으로부터의 광을 검출하여 검출된 신호를 형성하고, 검출된 신호를 복조기로 처리할 수 있다. 복조기는 검출된 신호를 수신하기 위한 입력을 가진 커패시터, 접속점에서 커패시터의 출력에 접속된 입력을 가진 저항기, 및 영역이 조명되지 않는 시간들 동안 접속점을 접지에 접속시키는 스위치를 포함할 수 있다. 저항기의 출력은 영역이 조명되는 시간들 동안 검출된 신호의 고역 통과 필터링된 버전인 출력 신호, 및 영역이 조명되지 않는 시간들 동안 시불변 접지 신호를 생성할 수 있다. 이러한 복조기는 배경 조명, 입력 바이어스와 관련된 op-amp 오프셋들, 포토다이오드 1/f 잡음 및 암전류와 같은, 저주파 잡음 소스들의 영향을 감소시킬 수 있다.

도 1은 일부 실시예들에 따른, 복조기 회로(100)의 예를 도시하는 회로도이다. 복조기 회로(100)는 더 큰 시스템(도 2에 도시되고 아래 설명됨)의 일부일 수 있다. 도 1의 복조기 회로(100)는 하나의 예에 불과하다; 다른 적합한 복조기 회로들이 사용될 수도 있다.

커패시터(102)는 시변 입력 신호(106)를 수신하도록 구성된 입력(104)을 가질 수 있다. 시변 입력 신호(106)는 간헐적으로 조명된 영역으로부터의 광을 검출하도록 구성된 포토다이오드의 증폭된 출력일 수 있다. 아래의 도 2는 도 1의 복조기 회로(100)와 함께 사용될 수 있는, 적합한 포토다이오드 및 증폭기의 예를 도시한다. 일부 예들에서, 조명 트리거 전압(124)이 지정된 임계 전압(126)을 초과할 때 영역은 조명된다. 아래의 도 2는 적합한 조명 트리거 전압(124)을 생성할 수 있는 적합한 제어기의 예를 도시한다.

저항기(108)는 접속점(114)에서 커패시터(102)의 출력(112)에 전기적으로 접속된 입력(110)을 가질 수 있다. 저항기(108)는 시변 출력 신호(118)를 생성하도록 구성된 출력(116)을 가질 수 있다. 저항기(108) 및 커패시터(102)는 시변 입력 신호(106)와 시변 출력 신호(118) 사이에 직렬로 접속될 수 있다.

스위치(120)는 영역이 조명되지 않는 시간들 동안 접속점(114)을 접지(122)에 접속시킬 수 있다. 일부 예들에서, 스위치(120)는 조명 트리거 전압(124)이 지정된 임계 전압(126) 아래에 있을 때 접속점(114)을 접지(122)에 접속시킬 수 있다. 다른 예들에서, 스위치(120)는 조명 트리거 전압(124)이 지정된 임계 전압(126) 아래가 아니라 위에 있을 때 접속점(114)을 접지(122)에 접속시킬 수 있다.

시변 출력 신호(118)는 영역이 조명되는 시간들 동안 시변 입력 신호(106)의 고역 통과 필터링된 버전, 및 영역이 조명되지 않는 시간들 동안 시불변 접지 신호일 수 있다.

일부 예들에서, 조명 트리거 전압(124)은 3 볼트와 같은 비교적 높은 전압과 0 볼트와 같은 비교적 낮은 전압 사이에 토글하는 일련의 펄스들을 포함할 수 있다. 이들은 전압 값들의 수치 예들에 불과하다; 다른 적합한 전압들이 사용될 수도 있다. 일부 예들에서, 지정된 임계 전압(126)은 비교적 높은 전압과 비교적 낮은 전압 사이에 있도록, 예컨대 비교적 높은 전압과 비교적 낮은 전압 사이의 중간에 있도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 3 볼트의 비교적 높은 전압 및 0 볼트의 비교적 낮은 전압의 예에 대해, 지정된 임계 전압(126)은 1.5 볼트가 되도록 선택될 수 있다. 이것은 하나의 수치 예에 불과하다; 다른 적합한 수치 값들이 사용될 수도 있다.

일부 예들에서, 조명 트리거 전압(124)은 시불변 펄스 간 간격(time-invariant pulse-to-pulse spacing) 및 시불변 펄스 지속기간(time-invariant pulse duration)을 가진 일련의 펄스들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 펄스들은 125 밀리초 이하의 상승 에지 간 간격(rising edge-to-rising edge spacing)을 가질 수 있다. 일부 예들에서, 펄스들은 10 밀리초 이하의 지속기간을 가질 수 있다. 일부 예들에서, 펄스들은 1 밀리초 이하의 지속기간을 가질 수 있다. 일부 예들에서, 이들 수치 값은 인간 피험자의 심박수를 추출하는 데 사용되며, 전형적으로 분당 50 내지 200 비트의 범위이다. 이들 수치 값들은 예들에 불과하다; 임의의 다른 적합한 수치 값들이 사용될 수도 있다.

도 2는 일부 실시예들에 따른, 도 1의 복조기를 포함하는 조명/검출 시스템(200)의 예를 도시하는 블록도이다. 도 2의 조명/검출 시스템(200)은 도 1의 복조기를 포함할 수 있는 시스템의 하나의 예에 불과하다; 다른 적합한 시스템들 및 다른 적합한 복조기들이 사용될 수도 있다.

조명/검출 시스템(200)은 하우징(202)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 하우징(202)은 시계와 같은 인간이 착용가능할 수 있는 하우징일 수 있다. 하우징(202)은 아래 논의되는 다양한 광학 및 전기 컴포넌트들을 둘러쌀 수 있다. 일부 예들에서, 하우징(202)은 디스플레이를 포함할 수 있고, 그 위에서 조명/검출 시스템(200)이 예컨대 수치 판독으로 심박수를 시각적으로 디스플레이할 수 있다. 일부 예들에서, 하우징(202)은 하나 이상의 무선 송신기 및/또는 하나 이상의 무선 수신기를 포함할 수 있고, 이를 통해 조명/검출 시스템(200)이 무선 네트워크 및/또는 하나 이상의 다른 무선 디바이스와 통신할 수 있다. 일부 예들에서, 하우징(202)은 적어도 하나의 배터리(도시되지 않음), 및 선택적으로 적어도 하나의 유선 또는 무선 포트를 포함할 수 있고 이를 통해 배터리가 충전될 수 있다.

조명/검출 시스템(200)은 제어기(204)를 포함할 수 있다. 제어기(204)는 프로세서, 메모리, 및 메모리에 저장된 명령어들을 포함할 수 있고, 명령어들은, 프로세서에 의해 실행될 때, 프로세서로 하여금 조명/검출 시스템(200) 내의 다른 컴포넌트들(아래 논의됨)과 통신하고, 데이터 신호로부터 심박수를 추출하고, 선택적으로 추출된 심박수를 디스플레이 상에 디스플레이하고, 선택적으로 추출된 심박수를 네트워크 또는 다른 디바이스에 전달하게 한다.

제어기(204)는 발광 다이오드(208)를 제어할 수 있는 조명 제어 신호(206)를 생성할 수 있다. 제어기(204)는 조명 제어 신호(206)를, 발광 다이오드(208)가 턴 온되어야 할 때는 제1 전압으로, 발광 다이오드(208)가 턴 오프되어야 할 때는 제2 전압으로 설정할 수 있다. 일부 예들에서, 조명 제어 신호(206)는 조명 트리거 전압(124)으로부터 분할(split off)될 수 있다. 다른 예들에서, 제어기(204)는 조명 트리거 전압(124)과 독립적으로 조명 제어 신호(206)를 생성할 수 있다.

발광 다이오드(208)는 간헐적으로 조명된 영역을 간헐적으로 조명하도록 하우징(202) 외부로 광(210)을 지향시키기 위해 하우징(202) 내에 위치될 수 있다. 일부 예들에서, 발광 다이오드(208)는 전자기 스펙트럼의 녹색 부분에서 광(210)을 방출하고, 중심 파장이 495 nm와 570 nm 사이에 있지만, 다른 적합한 파장들 또는 파장 범위들이 사용될 수도 있다. 일부 예들에서, 요소(208)는 다수의 발광 다이오드를 포함할 수 있고, 선택적으로 그 발광 다이오드들 중 적어도 2개가 상이한 중심 파장들에서 광(210)을 방출한다.

간헐적으로 조명된 영역으로부터 반사 및/또는 산란된 광(212)을 검출하기 위해 하우징(202) 내에 포토다이오드(214)가 위치될 수 있다. 포토다이오드(214)는 시변 양의 광출력(time-varying amount of optical power)이 포토다이오드(214) 상에 입사하는 것에 응답하여 시변 광전류(216)를 생성할 수 있다. 포토다이오드(214)는 적합한 바이어스 전압으로 바이어스될 수 있다.

트랜스임피던스 증폭기(226)는 포토다이오드(214)로부터의 광전류(216)를 증폭하여 복조기(100)(도 1 참조)를 구동하는 시변 입력 신호(106)를 생성할 수 있다. 기준 전압 공급부(222)은 트랜스임피던스 증폭기(226)에 일정한 직류(DC) 전압(224)을 제공할 수 있다.

복조기(100)(도 1 참조)는 조명 트리거 전압(124) 및 시변 입력 신호(106)를 수신할 수 있고, 시변 출력 신호(118)를 생성할 수 있다. 시변 출력 신호(118)는 영역이 조명되는 시간들 동안 시변 입력 신호(106)의 고역 통과 필터링된 버전, 및 영역이 조명되지 않는 시간들 동안 시불변 접지 신호를 포함할 수 있다.

이차 이득 스테이지(228)는 시변 출력 신호(118)를 증폭하여 증폭된 시변 출력 신호(220)를 생성할 수 있다. 이차 이득 스테이지(228)는 다운스트림 처리를 위해, 증폭된 시변 출력 신호(220)를 제어기(204)로 지향시킬 수 있다.

기준 전압 공급부(222), 트랜스임피던스 증폭기(226), 복조기(100), 및 이차 이득 스테이지(228)는 함께 그룹화되어 증폭기(218)를 형성할 수 있다. 일부 예들에서, 그러한 증폭기(218)는 칩상의 전용 회로로서 형성될 수 있고, 이 회로는 칩 밖의 요소들로부터 광전류(216) 및 조명 트리거 전압(124)을 수신할 수 있고, 증폭된 시변 출력 신호(220)를 제어기(204)로 지향시킬 수 있다.

도 3 내지 도 6은 일부 실시예들에 따른, 도 2의 조명/검출 시스템과 함께 사용될 수 있는 회로들의 예들을 도시하는 회로도들이다. 도 3 내지 도 6에 각각 도시된 기준 전압 공급부(322), 트랜스임피던스 증폭기(426), 복조기(500), 및 이차 이득 스테이지(628)는 도 2에 도시된 기준 전압 공급부(222), 트랜스임피던스 증폭기(226), 복조기(100), 및 이차 이득 스테이지(228)에 대한 회로의 비제한적인 예들을 제공하기 위해 의도된 것들이다.

도 3은 일부 실시예들에 따른, 도 2의 조명/검출 시스템과 함께 사용될 수 있는 기준 전압 공급 회로(322)의 예를 도시하는 회로도이다. C_REF는 33 pF 또는 다른 적합한 값의 커패시턴스를 가질 수 있는 기준 전압 공급부를 위한 커패시터이다. R_REF_1은 1 MΩ 또는 다른 적합한 값의 저항을 가질 수 있는 기준 전압 공급부를 위한 제1 저항기이다. R_REF_2는 200 kΩ 또는 다른 적합한 값의 저항을 가질 수 있는 기준 전압 공급부를 위한 제2 저항기이다. VDD는 3 볼트의 값 또는 다른 적합한 값을 가질 수 있는 전력선 전압이다. SD는 셧다운 신호이다.

도 4는 일부 실시예들에 따른, 도 2의 조명/검출 시스템과 함께 사용될 수 있는 트랜스임피던스 증폭기 회로(426)의 예를 도시하는 회로도이다. C_TIA는 15 pF 또는 다른 적합한 값의 커패시턴스를 가질 수 있는 트랜스임피던스 증폭기를 위한 커패시터이다. R_TIA는 256 kΩ 또는 또는 다른 적합한 값의 저항을 가질 수 있는 트랜스임피던스 증폭기를 위한 저항기이다. PD_TOP는 포토다이오드(PD)에 의해 생성된 광전류이다. VDD는 3 볼트의 값 또는 다른 적합한 값을 가질 수 있는 전력선 전압이다. SD는 셧다운 신호이다.

도 5는 일부 실시예들에 따른, 도 2의 조명/검출 시스템과 함께 사용될 수 있는 복조기 회로(500)의 예를 도시하는 회로도이다. C_COUP는 1 nF 또는 다른 적합한 값의 커패시턴스를 가질 수 있는 복조기를 위한 커패시터이다. R_COUP는 100 kΩ 또는 또는 다른 적합한 값의 저항을 가질 수 있는 복조기를 위한 저항기이다. SW는 스위치로서, 스위치가 닫힐 때 50 Ω 또는 다른 적합한 값의 저항 및 스위치가 닫힐 때 100 MΩ 또는 다른 적합한 값의 저항을 갖는 것이다. SW는 -0.5 볼트 또는 다른 적합한 값의 임계 전압 Vt에 응답하고, 0.05 볼트 또는 다른 적합한 값의 접지 전압 Vh를 갖는다.

도 6은 일부 실시예들에 따른, 도 2의 조명/검출 시스템과 함께 사용될 수 있는 이차 이득 스테이지 회로(628)의 예를 도시하는 회로도이다. C_GAIN2는 200 pF 또는 다른 적합한 값의 커패시턴스를 가질 수 있는 이차 이득 스테이지를 위한 커패시터이다. R_GAIN2_1은 1 kΩ 또는 다른 적합한 값의 저항을 가질 수 있는 이차 이득 스테이지를 위한 제1 저항기이다. R_GAIN2_2는 5 kΩ 또는 다른 적합한 값의 저항을 가질 수 있는 이차 이득 스테이지를 위한 제2 저항기이다. VDD는 3 볼트의 값 또는 다른 적합한 값을 가질 수 있는 전력선 전압이다. SD는 셧다운 신호이다.

임의의 저항, 커패시턴스, 또는 전압의 수치 값들, 및 임의의 부품 번호들은 비제한적인 예로서 사용되도록 의도된 것들이다; 다른 적합한 저항, 커패시턴스, 전압의 값들, 및/또는 부품 번호들이 사용될 수도 있다.

도 7은 일부 실시예들에 따른, 도 1의 복조기와 함께 사용될 수 있는 방법(700)의 예를 도시하는 흐름도이다. 방법(700)은 다른 복조기들과 함께 사용될 수도 있다. 방법(700)은 도 1의 복조기와 함께 사용될 수 있는 방법의 하나의 예에 불과하다; 다른 적합한 방법들이 사용될 수도 있다.

동작 702에서, 복조기는 106(도 1)과 같은 시변 입력 신호를 수신할 수 있다. 시변 입력 신호는 간헐적으로 조명된 영역으로부터의 광을 검출하도록 구성된 포토다이오드의 증폭된 출력일 수 있다.

동작 704에서, 복조기는 영역이 조명되는 시간들 동안 시변 입력 신호를 고역 통과 필터링(예를 들어, 시변 입력 신호로부터 저주파 성분들을 필터링하여 제거)할 수 있다.

동작 706에서, 복조기는 영역이 조명되지 않는 시간들 동안 시변 입력 신호를 접지시킬 수 있다.

동작 708에서, 복조기는 영역이 조명되는 시간들 동안 시변 입력 신호의 고역 통과 필터링된 버전, 및 영역이 조명되지 않는 시간들 동안 접지 전압을 포함하는 시변 출력 신호를 생성할 수 있다.

다음의 비제한적인 예들의 목록은 간헐적으로 조명된 영역으로부터의 신호를 복조하는 데 사용하기에 적합한 본 시스템들 및 방법을 추가로 예시할 수 있다.

예 1에서, 시스템은 시변 입력 신호를 수신하도록 구성된 입력을 가진 커패시터 ― 상기 시변 입력 신호는 간헐적으로 조명된 영역으로부터의 광을 검출하도록 구성된 포토다이오드의 증폭된 출력임 ―; 접속점에서 상기 커패시터의 출력에 전기적으로 접속된 입력을 가진 저항기 ― 상기 저항기는 시변 출력 신호를 생성하도록 구성된 출력을 가짐 ―; 및 상기 영역이 조명되지 않는 시간들 동안 상기 접속점을 접지에 접속시키도록 구성된 스위치를 포함하고; 상기 시변 출력 신호는 상기 영역이 조명되는 시간들 동안 상기 시변 입력 신호의 고역 통과 필터링된 버전, 및 상기 영역이 조명되지 않는 시간들 동안 시불변 접지 신호이다.

예 2에서, 예 1의 시스템은 조명 트리거 전압이 지정된 임계 전압을 초과할 때 상기 영역이 조명되도록 선택적으로 구성될 수 있고; 상기 스위치는 상기 조명 트리거 전압이 상기 지정된 임계 전압 아래에 있을 때 상기 접속점을 접지에 접속시키도록 구성된다.

예 3에서, 예 1 및 예 2 중 어느 하나의 시스템은 상기 조명 트리거 전압을 생성하도록 구성된 제어기를 추가로 포함하도록 선택적으로 구성될 수 있다.

예 4에서, 예 1 내지 예 3 중 어느 하나의 시스템은 상기 조명 트리거 전압이 시불변 펄스 간 간격 및 시불변 펄스 지속기간을 가진 일련의 펄스들을 포함하도록 선택적으로 구성될 수 있다.

예 5에서, 예 1 내지 예 4 중 어느 하나의 시스템은 상기 펄스들이 125 밀리초 이하의 상승 에지 간 간격 및 10 밀리초 이하의 지속기간을 갖도록 선택적으로 구성될 수 있다.

예 6에서, 예 1 내지 예 5 중 어느 하나의 시스템은 상기 펄스들이 1 밀리초 이하의 지속기간을 갖도록 선택적으로 구성될 수 있다.

예 7에서, 예 1 내지 6 중 어느 하나의 시스템은 상기 간헐적으로 조명된 영역을 간헐적으로 조명하도록 위치된 발광 다이오드를 추가로 포함하도록 선택적으로 구성될 수 있고, 상기 제어기는 상기 제어기가 상기 조명 트리거 전압을 상기 지정된 임계 전압보다 작은 제1 전압으로부터 상기 지정된 임계 전압보다 큰 제2 전압으로 스위칭할 때 상기 발광 다이오드를 턴 온하도록 추가로 구성되고; 상기 제어기는 상기 제어기가 상기 조명 트리거 전압을 상기 제2 전압으로부터 상기 제1 전압으로 스위칭할 때 상기 발광 다이오드를 턴 오프하도록 추가로 구성된다.

예 8에서, 예 1 내지 예 7 중 어느 하나의 시스템은 상기 간헐적으로 조명된 영역으로부터의 상기 광을 검출하도록 구성된 상기 포토다이오드를 추가로 포함하도록 선택적으로 구성될 수 있다.

예 9에서, 예 1 내지 예 8 중 어느 하나의 시스템은 상기 시변 입력 신호를 생성하기 위해 상기 포토다이오드로부터의 광전류를 증폭하도록 구성된 트랜스임피던스 증폭기를 추가로 포함하도록 선택적으로 구성될 수 있다.

예 10에서, 예 1 내지 예 9 중 어느 하나의 시스템은 트랜스임피던스 증폭기에 일정한 DC 전압을 제공하도록 구성된 기준 전압 공급부를 추가로 포함하도록 선택적으로 구성될 수 있다.

예 11에서, 예 1 내지 예 10 중 어느 하나의 시스템은 증폭된 시변 출력 신호를 생성하기 위해 상기 시변 출력 신호를 증폭하도록 구성된 이차 이득 스테이지를 추가로 포함하도록 선택적으로 구성될 수 있다.

예 12에서, 예 1 내지 예 11 중 어느 하나의 시스템은 상기 제어기가 상기 증폭된 시변 출력 신호를 수신하도록 선택적으로 구성될 수 있다.

예 13에서, 시스템은 간헐적으로 조명된 영역을 간헐적으로 조명하도록 위치된 발광 다이오드; 조명 트리거 전압을 지정된 임계 전압보다 작은 제1 전압으로부터 상기 지정된 임계 전압보다 큰 제2 전압으로 스위칭함으로써 상기 발광 다이오드를 턴 온하도록 구성된 제어기 ― 상기 제어기는 상기 조명 트리거 전압을 상기 제2 전압으로부터 상기 제1 전압으로 스위칭함으로써 상기 발광 다이오드를 턴 오프하도록 추가로 구성됨 ―; 상기 간헐적으로 조명된 영역으로부터의 광을 검출하도록 구성된 포토다이오드; 시변 입력 신호를 생성하기 위해 상기 포토다이오드로부터의 광전류를 증폭하도록 구성된 트랜스임피던스 증폭기; 상기 조명 트리거 전압 및 상기 시변 입력 신호를 수신하고, 시변 출력 신호를 생성하도록 구성된 복조기 ― 상기 시변 출력 신호는 상기 영역이 조명되는 시간들 동안 상기 시변 입력 신호의 고역 통과 필터링된 버전, 및 상기 영역이 조명되지 않는 시간들 동안 시불변 접지 신호임 ―; 및 증폭된 시변 출력 신호를 생성하기 위해 상기 시변 출력 신호를 증폭하도록 구성된 이차 이득 스테이지를 포함할 수 있고; 상기 제어기는 상기 증폭된 시변 출력 신호를 수신하도록 추가로 구성된다.

예 14에서, 예 13의 시스템은 트랜스임피던스 증폭기에 일정한 DC 전압을 제공하도록 구성된 기준 전압 공급부를 추가로 포함하도록 선택적으로 구성될 수 있다.

예 15에서, 예 13 및 예 14 중 어느 하나의 시스템은 상기 복조기가: 상기 시변 입력 신호를 수신하도록 구성된 입력을 가진 커패시터; 접속점에서 상기 커패시터의 출력에 전기적으로 접속된 입력을 가진 저항기 ― 상기 저항기는 상기 시변 출력 신호를 생성하도록 구성된 출력을 가짐 ―; 및 상기 영역이 조명되지 않는 시간들 동안 상기 접속점을 접지에 접속시키도록 구성된 스위치를 포함하도록 선택적으로 구성될 수 있다.

예 16에서, 예 13 내지 예 15 중 어느 하나의 시스템은 상기 조명 트리거 전압이 시불변 펄스 간 간격 및 시불변 펄스 지속기간을 가진 일련의 펄스들을 포함하고; 상기 펄스들이 125 밀리초 이하의 상승 에지 간 간격 및 10 밀리초 이하의 지속기간을 갖도록 선택적으로 구성될 수 있다.

예 17에서, 예 13 내지 예 16 중 어느 하나의 시스템은 상기 펄스들이 1 밀리초 이하의 지속기간을 갖도록 선택적으로 구성될 수 있다.

예 18에서, 방법은 시변 입력 신호를 수신하는 단계 ― 상기 시변 입력 신호는 간헐적으로 조명된 영역으로부터의 광을 검출하도록 구성된 포토다이오드의 증폭된 출력임 ―; 상기 영역이 조명되는 시간들 동안 상기 시변 입력 신호를 고역 통과 필터링하는 단계; 상기 영역이 조명되지 않는 시간들 동안 상기 시변 입력 신호를 접지시키는 단계; 상기 영역이 조명되는 시간들 동안 상기 시변 입력 신호의 고역 통과 필터링된 버전, 및 상기 영역이 조명되지 않는 시간들 동안 접지 전압을 포함하는 시변 출력 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

예 19에서, 예 18의 방법은 상기 간헐적으로 조명된 영역에 대한 조명이 시불변 펄스 간 간격 및 시불변 펄스 지속기간을 가진 일련의 펄스들을 포함하도록 선택적으로 구성될 수 있다.

예 20에서, 예 18 및 예 19 중 어느 하나의 방법은 상기 펄스들이 125 밀리초 이하의 상승 에지 간 간격 및 10 밀리초 이하의 지속기간을 갖도록 선택적으로 구성될 수 있다.

예 21에서, 예 18 내지 예 20 중 어느 하나의 방법은 상기 펄스들이 1 밀리초 이하의 지속기간을 갖도록 선택적으로 구성될 수 있다.

예 22에서, 시스템은 시변 입력 신호를 수신하기 위한 수단 ― 상기 시변 입력 신호는 간헐적으로 조명된 영역으로부터의 광을 검출하도록 구성된 포토다이오드의 증폭된 출력임 ―; 상기 영역이 조명되는 시간들 동안 상기 시변 입력 신호를 고역 통과 필터링하기 위한 수단; 상기 영역이 조명되지 않는 시간들 동안 상기 시변 입력 신호를 접지시키기 위한 수단; 상기 영역이 조명되는 시간들 동안 상기 시변 입력 신호의 고역 통과 필터링된 버전, 및 상기 영역이 조명되지 않는 시간들 동안 접지 전압을 포함하는 시변 출력 신호를 생성하기 위한 수단을 포함할 수 있다.

예 23에서, 예 22의 시스템은 상기 간헐적으로 조명된 영역에 대한 조명이 시불변 펄스 간 간격 및 시불변 펄스 지속기간을 가진 일련의 펄스들을 포함하도록 선택적으로 구성될 수 있다.

예 24에서, 예 22 및 예 23 중 어느 하나의 시스템은 상기 펄스들이 125 밀리초 이하의 상승 에지 간 간격 및 10 밀리초 이하의 지속기간을 갖도록 선택적으로 구성될 수 있다.

예 25에서, 예 22 내지 예 24 중 어느 하나의 시스템은 상기 펄스들이 1 밀리초 이하의 지속기간을 갖도록 선택적으로 구성될 수 있다.

이들 비제한적인 예 각각이 자립할 수 있거나, 또는 다른 예들 중 하나 이상과 다양한 치환들 또는 조합들로 결합될 수 있다.

위 상세한 설명은 상세한 설명의 일부를 형성하는 첨부 도면들에 대한 참조들을 포함한다. 도면들은, 예시를 통해, 본 발명이 실시될 수 있는 구체적인 실시예들을 도시한다. 이들 실시예는 본 명세서에서 "예들"이라고도 언급된다. 이러한 예들은 도시되거나 설명된 것들 이외의 요소들을 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명자들은 도시되거나 설명된 그 요소들만이 제공되는 예들을 또한 고려한다. 더욱이, 본 발명자들은, 특정한 예(또는 그것의 하나 이상의 양태)에 대한, 또는 본 명세서에 도시되거나 설명된 다른 예들(또는 그것의 하나 이상의 양태)에 대한, 도시되거나 설명된 그 요소들(또는 그것의 하나 이상의 양태)의 임의의 조합 혹은 치환을 사용하는 예들을 또한 고려한다.

이 문서와 참조로 통합된 임의의 문서들 간에 사용법이 일관되지 않을 경우 이 문서에서의 사용법이 우선한다.

이 문서에서, 부정관사("a" 또는 "an")의 용어들은, 특허 문서들에서 흔한 바와 같이, "적어도 하나" 또는 "하나 이상"의 임의의 다른 사례 또는 사용과 관계없이, 하나 또는 하나 이상을 포함하기 위해 사용된다. 이 문서에서 "또는"이라는 용어는, 달리 명시되지 않는 한, 비배타적임을 언급하기 위해, 또는 "A 또는 B"는 "B가 아니라 A", "A가 아니라 B", 및 "A와 B"를 포함하도록 사용된다. 이 문서에서, "포함하는(including)" 및 "여기서(in which)"라는 용어들은 "포함하는(comprising)" 및 "여기서(wherein)"라는 각각의 용어들의 쉬운 영어 등가 표현들로서 사용된다. 또한, 이하의 청구항들에서, 용어 "포함하는(including)" 및 "포함하는(comprising)"은 확장이 가능하고, 즉, 그러한 용어 이후에 나열된 요소들 이외의 요소들을 포함하는 시스템, 디바이스, 물품, 조성, 제제, 또는 프로세스도 여전히 그 청구항의 범위 내에 속하는 것으로 간주된다. 더욱이, 이하의 청구항들에서, 용어 "제1", "제2" 및 "제3" 등은 단순히 라벨(label)들로 사용되고, 그것들의 대상들에 수치적 요건들을 부과하기 위해 의도된 것은 아니다.

본 명세서에 설명된 방법 예들은 적어도 부분적으로 머신 또는 컴퓨터로 구현될 수 있다. 일부 예들은 예들에서 설명된 것과 같은 방법들을 수행하도록 전자 디바이스를 구성하도록 동작 가능한 명령어들이 인코딩된 컴퓨터 판독가능 매체 또는 머신 판독가능 매체를 포함할 수 있다. 이러한 방법들의 구현은 마이크로코드, 어셈블리 언어 코드, 고급 언어 코드, 또는 다른 유사한 것과 같은 코드를 포함할 수 있다. 그러한 코드는 다양한 방법들을 수행하기 위한 컴퓨터 판독가능 명령어들을 포함할 수 있다. 코드는 컴퓨터 프로그램 제품들의 일부들을 형성할 수 있다. 또한, 예에서, 코드는 예컨대, 실행 동안에 또는 다른 시간들에, 하나 이상의 휘발성, 비일시적, 또는 비휘발성의 유형 머신 판독가능 매체들 상에서 유형적으로 저장될 수도 있다. 이러한 유형 컴퓨터 판독가능 매체들의 예들로는, 하드 디스크들, 이동식 자기 디스크들, 이동식 광디스크들(예를 들어, 콤팩트 디스크들 및 디지털 비디오 디스크들), 자기 카세트들, 메모리 카드들 또는 스틱들, 랜덤 액세스 메모리(RAM)들, 판독 전용 메모리(ROM)들, 및 다른 유사한 것을 포함할 수 있지만, 이들로 제한되지 않는다.

위 설명은 제한적인 것으로가 아니라 예시적인 것으로 의도된다. 예를 들어, 위에 설명된 예들(또는 그것의 하나 이상의 양태)은 서로 조합하여 사용될 수 있다. 예컨대 위의 설명의 검토 시 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 다른 실시예들이 사용될 수 있다. 요약서는 독자가 기술적 개시의 본질을 빠르게 확인할 수 있도록 하기 위해 제공된다. 그것은 청구항들의 범위 또는 의미를 해석하거나 제한하기 위해 이용되지는 않을 것이라는 이해 하에 제시된다. 또한, 위 상세한 설명에서는, 본 개시내용을 간소화하기 위해 다양한 특징들이 함께 그룹화될 수 있다. 이것은 청구되지 않은 개시된 특징이 임의의 청구항에 필수적임을 의도하는 것으로서 해석되어서는 안 된다. 오히려, 창의적인 주제는 특정한 개시된 실시예의 모든 특징들보다 적은 것에 있을 수 있다. 따라서, 다음의 청구항들은 이로써 예들 또는 실시예들로서 상세한 설명에 포함되며, 각각의 청구항은 개별 실시예로서 독립하고, 그러한 실시예들은 다양한 조합들 또는 치환들로 서로 조합될 수 있는 것으로 고려된다. 본 발명의 범위는, 첨부된 청구항들과 동등한 권리가 있는 균등물들의 전체 범위와 함께, 이러한 청구항들을 참조하여 결정되어야 한다.

Claims

장치로서,
시변 입력 신호를 수신하도록 구성된 입력을 가진 커패시터 ― 상기 시변 입력 신호는 간헐적으로 조명된 영역으로부터의 광을 검출하도록 구성된 포토다이오드의 증폭된 출력임 ―;
접속점에서 상기 커패시터의 출력에 전기적으로 접속된 입력을 가진 저항기 상기 저항기는 시변 출력 신호를 생성하도록 구성된 출력을 가짐 ―; 및
상기 영역이 조명되지 않는 시간들 동안 상기 접속점을 접지에 접속시키도록 구성된 스위치를 포함하고;
상기 시변 출력 신호는 상기 영역이 조명되는 시간들 동안 상기 시변 입력 신호의 고역 통과 필터링된 버전, 및 상기 영역이 조명되지 않는 시간들 동안 시불변 접지 신호인, 장치.
제1항에 있어서,
조명 트리거 전압이 지정된 임계 전압을 초과할 때 상기 영역이 조명되고;
상기 스위치는 상기 조명 트리거 전압이 상기 지정된 임계 전압 아래에 있을 때 상기 접속점을 접지에 접속시키도록 구성되는, 장치.
제2항에 있어서, 상기 조명 트리거 전압을 생성하도록 구성된 제어기를 추가로 포함하는, 장치.
제3항에 있어서, 상기 조명 트리거 전압은 시불변 펄스 간 간격(time-invariant pulse-to-pulse spacing) 및 시불변 펄스 지속기간(time-invariant pulse duration)을 가진 일련의 펄스들을 포함하는, 장치.
제4항에 있어서, 상기 펄스들은 125 밀리초 이하의 상승 에지 간 간격(rising edge-to-rising edge spacing) 및 10 밀리초 이하의 지속기간을 갖는, 장치.
제5항에 있어서, 상기 펄스들은 1 밀리초 이하의 지속기간을 갖는, 장치.
제3항에 있어서, 상기 간헐적으로 조명된 영역을 간헐적으로 조명하도록 위치된 발광 다이오드를 추가로 포함하고:
상기 제어기는 상기 제어기가 상기 조명 트리거 전압을 상기 지정된 임계 전압보다 작은 제1 전압으로부터 상기 지정된 임계 전압보다 큰 제2 전압으로 스위칭할 때 상기 발광 다이오드를 턴 온하도록 추가로 구성되고;
상기 제어기는 상기 제어기가 상기 조명 트리거 전압을 상기 제2 전압으로부터 상기 제1 전압으로 스위칭할 때 상기 발광 다이오드를 턴 오프하도록 추가로 구성되는, 장치.
제3항에 있어서, 상기 간헐적으로 조명된 영역으로부터의 상기 광을 검출하도록 구성된 상기 포토다이오드를 추가로 포함하는, 장치.
제8항에 있어서, 시변 입력 신호를 생성하기 위해 상기 포토다이오드로부터의 광전류를 증폭하도록 구성된 트랜스임피던스 증폭기를 추가로 포함하는, 장치.
제9항에 있어서, 상기 트랜스임피던스 증폭기에 일정한 DC 전압을 제공하도록 구성된 기준 전압 공급부를 추가로 포함하는, 장치.
제8항에 있어서, 증폭된 시변 출력 신호를 생성하기 위해 상기 시변 출력 신호를 증폭하도록 구성된 이차 이득 스테이지를 추가로 포함하는, 장치.
제11항에 있어서, 상기 제어기는 상기 증폭된 시변 출력 신호를 수신하도록 추가로 구성되는, 장치.
시스템으로서,
간헐적으로 조명된 영역을 간헐적으로 조명하도록 위치된 발광 다이오드;
조명 트리거 전압을 지정된 임계 전압보다 작은 제1 전압으로부터 상기 지정된 임계 전압보다 큰 제2 전압으로 스위칭함으로써 상기 발광 다이오드를 턴 온하도록 구성된 제어기 ― 상기 제어기는 상기 조명 트리거 전압을 상기 제2 전압으로부터 상기 제1 전압으로 스위칭함으로써 상기 발광 다이오드를 턴 오프하도록 추가로 구성됨 ―;
상기 간헐적으로 조명된 영역으로부터의 광을 검출하도록 구성된 포토다이오드;
시변 입력 신호를 생성하기 위해 상기 포토다이오드로부터의 광전류를 증폭하도록 구성된 트랜스임피던스 증폭기;
상기 조명 트리거 전압 및 상기 시변 입력 신호를 수신하고, 시변 출력 신호를 생성하도록 구성된 복조기 ― 상기 시변 출력 신호는 상기 영역이 조명되는 시간들 동안 상기 시변 입력 신호의 고역 통과 필터링된 버전, 및 상기 영역이 조명되지 않는 시간들 동안 시불변 접지 신호임 ―; 및
증폭된 시변 출력 신호를 생성하기 위해 상기 시변 출력 신호를 증폭하도록 구성된 이차 이득 스테이지를 포함하고;
상기 제어기는 상기 증폭된 시변 출력 신호를 수신하도록 추가로 구성되는, 시스템.
제13항에 있어서, 상기 트랜스임피던스 증폭기에 일정한 DC 전압을 제공하도록 구성된 기준 전압 공급부를 추가로 포함하는, 시스템.
제13항에 있어서, 상기 복조기는:
상기 시변 입력 신호를 수신하도록 구성된 입력을 가진 커패시터;
접속점에서 상기 커패시터의 출력에 전기적으로 접속된 입력을 가진 저항기 상기 저항기는 상기 시변 출력 신호를 생성하도록 구성된 출력을 가짐 ―; 및
상기 영역이 조명되지 않는 시간들 동안 상기 접속점을 접지에 접속시키도록 구성된 스위치를 포함하는, 시스템.
제13항에 있어서,
상기 조명 트리거 전압은 시불변 펄스 간 간격 및 시불변 펄스 지속기간을 가진 일련의 펄스들을 포함하고; 상기 펄스들은 125 밀리초 이하의 상승 에지 간 간격 및 10 밀리초 이하의 지속기간을 갖는, 시스템.
제16항에 있어서, 상기 펄스들은 1 밀리초 이하의 지속기간을 갖는, 시스템.
복조기에 의해 수행되는 방법으로서,
시변 입력 신호를 수신하는 단계 ― 상기 시변 입력 신호는 간헐적으로 조명된 영역으로부터의 광을 검출하도록 구성된 포토다이오드의 증폭된 출력임 ―;
상기 영역이 조명되는 시간들 동안 상기 시변 입력 신호를 고역 통과 필터링하는 단계;
상기 영역이 조명되지 않는 시간들 동안 상기 시변 입력 신호를 접지시키는 단계; 및
상기 영역이 조명되는 시간들 동안 상기 시변 입력 신호의 고역 통과 필터링된 버전, 및 상기 영역이 조명되지 않는 시간들 동안 접지 전압을 포함하는 시변 출력 신호를 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
제18항에 있어서, 상기 간헐적으로 조명된 영역에 대한 조명은 시불변 펄스 간 간격 및 시불변 펄스 지속기간을 가진 일련의 펄스들을 포함하는, 방법.
제19항에 있어서, 상기 펄스들은 125 밀리초 이하의 상승 에지 간 간격 및 10 밀리초 이하의 지속기간을 갖는, 방법.
제20항에 있어서, 상기 펄스들은 1 밀리초 이하의 지속기간을 갖는, 방법.
시스템으로서,
시변 입력 신호를 수신하기 위한 수단 ― 상기 시변 입력 신호는 간헐적으로 조명된 영역으로부터의 광을 검출하도록 구성된 포토다이오드의 증폭된 출력임 ―;
상기 영역이 조명되는 시간들 동안 상기 시변 입력 신호를 고역 통과 필터링하기 위한 수단;
상기 영역이 조명되지 않는 시간들 동안 상기 시변 입력 신호를 접지시키기 위한 수단; 및
상기 영역이 조명되는 시간들 동안 상기 시변 입력 신호의 고역 통과 필터링된 버전, 및 상기 영역이 조명되지 않는 시간들 동안 접지 전압을 포함하는 시변 출력 신호를 생성하기 위한 수단을 포함하는, 시스템.
제22항에 있어서, 상기 간헐적으로 조명된 영역에 대한 조명은 시불변 펄스 간 간격 및 시불변 펄스 지속기간을 가진 일련의 펄스들을 포함하는, 시스템.
제23항에 있어서, 상기 펄스들은 125 밀리초 이하의 상승 에지 간 간격 및 10 밀리초 이하의 지속기간을 갖는, 시스템.
제24항에 있어서, 상기 펄스들은 1 밀리초 이하의 지속기간을 갖는, 시스템.