KR102499593B1 - 광검출기 신호처리회로 - Google Patents
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Abstract
광검출기 신호처리회로에 관한 기술이 개시된다. 상기 광검출기 신호처리회로는 인가되는 제1입력전기신호를 수신하여 광을 방사할 수 있는 제1광원, 상기 제1광원으로부터 방사된 후 제1광경로를 경유하여 도달하는 광의 적어도 일부를 흡수하여 제1출력전기신호로 변환하는 제1광검출기 및 상기 제1출력전기신호와 제1기준전기신호를 비교하여 상기 제1입력전기신호의 출력값을 제어하여 상기 제1출력전기신호의 크기를 제어하는 제어부를 포함한다.
본 명세서에서 개시하는 기술은 제어부를 통하여 제1광원이 제공하는 광에 의한 제1광검출기의 제1출력전기신호를 제1기준전기신호와 비교하여 상기 제1광원에 인가되는 제1입력전기신호를 제어하여 상기 제1출력전기신호를 일정하게 제어함으로써 상기 제1광원과 상기 제1광검출기 사이의 경로인 제1광경로 상에 마련되는 광흡수 대상체의 흡광도가 변화하더라도 상기 제1출력전기신호의 크기를 일정하게 유지할 수 있다. 이를 통해 제1광검출기가 수신되는 광량 대비 변환하여 출력하는 광전류의 크기의 비가 비선형성 및 포화특성을 가지더라도 본 기술을 통할 경우에 광흡수 대상체의 흡광도 또는 농도 대비 제1입력전기신호의 크기는 선형성을 유지할 수 있어 광흡수 대상체의 흡광도 또는 농도 측정의 정확성을 높일 수 있는 효과를 제공해 줄 수 있다. 본 명세서에서 개시하는 기술은 제1입력전기신호의 크기로부터 광흡수 대상체의 상기 흡광도 등을 측정할 수 있다.
본 명세서에서 개시하는 기술은 제어부를 통하여 제1광원이 제공하는 광에 의한 제1광검출기의 제1출력전기신호를 제1기준전기신호와 비교하여 상기 제1광원에 인가되는 제1입력전기신호를 제어하여 상기 제1출력전기신호를 일정하게 제어함으로써 상기 제1광원과 상기 제1광검출기 사이의 경로인 제1광경로 상에 마련되는 광흡수 대상체의 흡광도가 변화하더라도 상기 제1출력전기신호의 크기를 일정하게 유지할 수 있다. 이를 통해 제1광검출기가 수신되는 광량 대비 변환하여 출력하는 광전류의 크기의 비가 비선형성 및 포화특성을 가지더라도 본 기술을 통할 경우에 광흡수 대상체의 흡광도 또는 농도 대비 제1입력전기신호의 크기는 선형성을 유지할 수 있어 광흡수 대상체의 흡광도 또는 농도 측정의 정확성을 높일 수 있는 효과를 제공해 줄 수 있다. 본 명세서에서 개시하는 기술은 제1입력전기신호의 크기로부터 광흡수 대상체의 상기 흡광도 등을 측정할 수 있다.
Description
본 명세서에 개시하는 기술은 대체로 광검출기 신호처리회로에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 광원과 광검출기 사이의 광경로 상에 마련되는 광흡수 대상체의 흡광도를 광원에 인가되는 입력전기신호로부터 판단하는 광검출기 신호처리회로에 관한 것이다.
4차 산업혁명 핵심기술인 사물인터넷, 클라우드, 빅데이터, 모바일(IoT, Cloud, Big data, Mobile, ICBM)을 활용하여 사용자가 직접 방문하지 않고 실시간으로 수질 오염원의 정보 획득이 가능한 스마트 센서에 대한 수요가 점점 높아지고 있다. 이를 구현하기 위하여 수질계측 센서 기술, 수질계측센서 모니터링 및 네트워크 기술, 수질 측정데이터 전송 기술 등 원천기술과 응용기술에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, IoT 기술발전으로 ‘초연결 시대’가 구현됨에 따라 센서 소형화는 필수요건이 되었으며, 장거리 무선통신 및 고성능 신호처리 기능의 탑재도 필수적이다.
일반적으로 상용 수질 센서의 대부분은 전기 화학 원리를 이용한 비광학식 센서이며 미국, 일본, 유럽의 23개사 기업(미국 ThermoOrion /YSI/ Hydrolabb/Process Measurement & Controls, Inc., 영국 Waterrr & Camlab, 독일 LAR & WTW_VARiON Plus, 일본 Horiba & Optex CO. LTD)이 시장을 주도하고 있다. 이러한 비광학식 센서는 감지 대상물질과 직/간접적으로 반응하는 물질의 특성 변화를 통해 물리/화학적 신호의 변화를 감지하게 되고 감지 대상물질과 반응하는 물질이 지속해서 소모되기 때문에 수명이 비교적 짧으며 잦은 유지 및 보수비용이 발생할 뿐만 아니라 불필요한 물질 간섭 현상에 취약하여 선택도(Selectivity)가 낮은 단점이 있다.
반면 광학식 센서는 비광학식 센서에 비해 선택도 및 민감도(Sensitivity)가 월등히 우수하며 광원 및 광디텍터(Photo detector)가 고장 나지 않는 이상 수명이 반영구적이어서 비광학식 센서를 완벽히 대체할 수 있는 센서로 주목받고 있다.
광학식 센서를 이용한 흡광도 검출기와 관련한 종래기술로는 대한민국등록특허 KR 제10-2196250호 "반응기 일체형 흡광도 검출기" 등이 있다. 종래기술은 흡광도 검출기에 관한 것으로서 시료, 시약 반응과 이에 의해 생성된 화합물의 흡광도 측정이 하나의 장치에서 동시에 이루어지는 일체형 흡광도 검출기에 대한 기술을 개시하고 있다. 종래기술은 센서의 동작 환경에서 온도 변화에 따른 센서의 물리적 특성 변화로 인한 센서 파라미터의 변화에 따른 검출기의 성능이 변화한다는 문제점이 있다.
본 명세서에서 개시하는 기술은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 온도변화 등 센서의 동작환경 변화에 따른 센서의 파라미터 변화를 최소화하여 센서의 온도특성, 분해도(Resolution), 동적 영역(Dynamic range)을 증대시킬 수 있는 광검출기 신호처리회로에 관한 기술을 제공하는 것이다.
일 실시 예에 있어서, 광검출기 신호처리회로에 관한 기술이 개시(disclosure)된다. 상기 광검출기 신호처리회로는 인가되는 제1입력전기신호를 수신하여 광을 방사할 수 있는 제1광원, 상기 제1광원으로부터 방사된 후 제1광경로를 경유하여 도달하는 광의 적어도 일부를 흡수하여 제1출력전기신호로 변환하는 제1광검출기 및 상기 제1출력전기신호와 제1기준전기신호를 비교하여 상기 제1입력전기신호의 출력값을 제어하여 상기 제1출력전기신호의 크기를 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 제어부는 제1피드백 회로부를 포함할 수 있다. 상기 제1피드백 회로부는 상기 제1출력전기신호와 상기 제1기준전기신호를 비교하는 제1비교부 및 상기 제1비교부의 비교 결과를 통해 상기 제1기준전기신호의 크기 대비 상기 제1출력전기신호의 상기 크기의 차이-이하 제1편차라 함-를 판별하고 상기 제1편차의 크기에 따라 상기 제1입력전기신호의 상기 출력값을 조절하는 제1입력전기신호 제어부를 포함할 수 있다.
한편, 상기 광검출기 신호처리회로는 인가되는 제2입력전기신호를 수신하여 광을 방사할 수 있는 제2광원 및 상기 제2광원으로부터 방사된 후 제2광경로를 경유하여 도달하는 광의 적어도 일부를 흡수하여 제2출력전기신호로 변환하는 제2광검출기를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제2출력전기신호는 상기 제1기준전기신호로 작용할 수 있다. 상기 제어부는 상기 제1출력전기신호와 상기 제2출력전기신호를 비교하여 상기 제1입력전기신호의 상기 출력값을 제어하여 상기 제1출력전기신호의 상기 크기를 제어할 수 있다. 상기 제1광검출기는 예로서 실리콘 광배전관(silicon photomultiplier, SiPM)을 포함할 수 있다. 상기 제2광검출기는 예로서 실리콘 광배전관(silicon photomultiplier, SiPM)을 포함할 수 있다.
상기 제어부는 제1피드백 회로부를 포함할 수 있다. 상기 제1피드백 회로부는 상기 제1출력전기신호와 상기 제2출력전기신호를 비교하는 제1비교부 및 상기 제1비교부의 비교 결과를 통해 상기 제2출력전기신호의 크기 대비 상기 제1출력전기신호의 상기 크기의 차이-이하 제2편차라 함-를 판별하고 상기 제2편차의 크기에 따라 상기 제1입력전기신호의 상기 출력값을 조절하는 제1입력전기신호 제어부를 포함할 수 있다.
일례로, 상기 제1광원 및 상기 제2광원은 동일한 특성의 광을 방사할 수 있다. 상기 제1광검출기 및 상기 제2광검출기는 전기적 특성이 동일하며, 상기 제1광검출기 및 상기 제2광검출기 각각의 양단에는 동일한 동작전압이 인가될 수 있다. 상기 제1광경로 및 상기 제2광경로는 서로 일치하는 경로를 가질 수 있다. 상기 제어부는 상기 제1출력전기신호의 상기 크기가 상기 제2출력전기신호의 크기와 동일하게 되도록 상기 제1입력전기신호의 상기 출력값을 제어할 수 있다.
상기 제어부는 상기 제2출력전기신호와 제2기준전기신호를 비교하여 상기 제1광검출기 및 상기 제2광검출기 각각에 인가하는 바이어스 전압을 제어할 수 있다. 상기 제어부는 상기 제2출력전기신호와 상기 제2기준전기신호를 비교하여 온도 변화에 관계없이 상기 제2출력전기신호가 일정한 값을 가지도록 상기 바이어스 전압을 제어할 수 있다. 상기 제어부는 제1피드백 회로부 및 제2피드백 회로부를 포함할 수 있다. 상기 제1피드백 회로부는 상기 제1출력전기신호와 상기 제2출력전기신호를 비교하는 제1비교부 및 상기 제1비교부의 비교 결과를 통해 상기 제2출력전기신호의 크기 대비 상기 제1출력전기신호의 상기 크기의 차이-이하 제2편차라 함-를 판별하고 상기 제2편차의 크기에 따라 상기 제1입력전기신호의 상기 출력값을 조절하는 제1입력전기신호 제어부를 포함할 수 있다. 상기 제2피드백 회로부는 상기 제2출력전기신호와 상기 제2기준전기신호를 비교하는 제2비교부 및 상기 제2비교부의 비교 결과를 통해 상기 제2기준전기신호의 크기 대비 상기 제2출력전기신호의 상기 크기의 차이-이하 제3편차라 함-를 판별하고 상기 제3편차의 크기에 따라 상기 바이어스 전압을 조절하는 바이어스 전압 제어부를 포함할 수 있다.
일례로, 상기 제1광원 및 상기 제2광원은 동일한 특성의 광을 방사할 수 있다. 상기 제1광검출기 및 상기 제2광검출기는 전기적 특성이 동일할 수 있다. 상기 제1광경로 및 상기 제2광경로는 서로 일치하는 경로를 가질 수 있다. 상기 제어부는 상기 바이어스 전압을 제어함으로써 상기 제1광검출기 및 상기 제2광검출기 각각에 인가되는 상기 동작전압의 크기를 동일하게 제어할 수 있다.
상기 제1광검출기는 예로서 실리콘 광배전관(silicon photomultiplier, SiPM)을 포함할 수 있다. 상기 제2광검출기는 예로서 실리콘 광배전관(silicon photomultiplier, SiPM)을 포함할 수 있다. 상기 제어부는 상기 제1출력전기신호의 상기 크기가 상기 제2출력전기신호의 크기와 동일하게 되도록 상기 제1입력전기신호의 상기 출력값을 제어할 수 있다. 상기 제어부는 상기 제2출력전기신호와 상기 제2기준전기신호를 비교하여 온도 변화에 관계없이 상기 제2출력전기신호가 일정한 값을 가지도록 상기 바이어스 전압을 제어할 수 있다.
또 한편, 상기 광검출기 신호처리회로는 상기 제1광경로 상에 마련되어 상기 제1광원이 방사하는 상기 광의 적어도 일부를 흡수하는 광흡수 대상체를 더 포함할 수 있다. 상기 제어부는 상기 제1입력전기신호의 상기 크기로부터 상기 광흡수 대상체의 흡광도를 측정할 수 있다.
본 명세서에서 개시하는 기술은 제어부 즉, 제1피드백 회로부를 통하여 제1광원이 제공하는 광에 의한 제1광검출기의 제1출력전기신호를 제1기준전기신호와 비교하여 상기 제1광원에 인가되는 제1입력전기신호를 제어하여 상기 제1출력전기신호를 일정하게 제어함으로써 상기 제1광원과 상기 제1광검출기 사이의 경로인 제1광경로 상에 마련되는 광흡수 대상체의 흡광도가 변화하더라도 상기 제1출력전기신호의 크기를 일정하게 유지할 수 있다. 이를 통해 제1광검출기로 주로 사용되는 포토다이오드가 수신되는 광량 대비 변환하여 출력하는 광전류의 크기의 비가 비선형성 및 포화특성을 가지더라도 본 기술을 통할 경우에 광흡수 대상체의 흡광도 또는 농도 대비 제1입력전기신호의 크기는 선형성을 유지할 수 있어 광흡수 대상체의 흡광도 또는 농도 측정의 정확성을 높일 수 있는 효과를 제공해 줄 수 있다. 본 명세서에서 개시하는 기술은 제어부에 의해 제어되는 제1입력전기신호의 크기로부터 광흡수 대상체의 상기 흡광도 또는 상기 농도를 측정할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 개시하는 기술은 제1광원 및 제1광검출기에 대응하여 제2광원 및 제2광검출기를 도입하고, 제1피드백 회로부를 통하여 제1광원이 제공하는 광에 의한 제1광검출기의 제1출력전기신호를 제2광원이 제공하는 광에 의한 제2광검출기의 제2출력전기신호를 상기 제1기준전기신호로 하여 이들을 비교하여 상기 제1광원에 인가되는 제1입력전기신호를 제어하여 상기 제1출력전기신호를 제어하고, 상기 제1입력전기신호를 상기 제2광원에 인가되는 제2입력전기신호와 상호 비교하여 광흡수 대상체의 흡광도 또는 농도 측정함으로써 온도변화에 따른 제1광검출기 및 제2광검출기의 파라미터 변화에 따라 광흡수 대상체의 흡광도 또는 농도 측정값이 달라지는 영향을 자동 보정할 수 있는 효과를 제공해 줄 수 있다.
또한, 본 명세서에서 개시하는 기술은 제2피드백 회로부를 통하여 제2광검출기의 제2출력전기신호를 제2기준전기신호와 비교하여 제1광검출기 및 상기 제2광검출기 각각에 인가하는 바이어스 전압을 제어하여 상기 제1광검출기의 제1출력전기신호 및 상기 제2광검출기의 상기 제2출력전기신호의 크기를 각각 미리 설정한 값으로 일정하게 유지할 수 있도록 함으로써 온도변화에 관계없이 상기 제1광검출기 및 상기 제2광검출기가 일정한 이득을 유지하도록 할 수 있는 효과를 제공해 줄 수 있다.
전술한 내용은 이후 보다 자세하게 기술되는 사항에 대해 간략화된 형태로 선택적인 개념만을 제공한다. 본 내용은 특허 청구 범위의 주요 특징 또는 필수적 특징을 한정하거나, 특허청구범위의 범위를 제한할 의도로 제공되는 것은 아니다.
도 1은 흡광도 분석을 통한 광학식 센서의 광흡수 대상체의 농도를 측정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일반적인 광학식 센서의 광검출기 신호처리회로를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 명세서에서 개시하는 광검출기 신호처리회로의 일례를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 명세서에서 개시하는 광검출기 신호처리회로의 다른 예를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 명세서에서 개시하는 광검출기 신호처리회로의 또 다른 예를 보여주는 도면이다.
도 6은 실제로 구현한 구동보드의 사진이다.
도 7은 온습도 시험장비 사진이다.
도 8은 총인 농도에 따라 푸르게 비색된 샘플(왼쪽부터 1mg/1000ml, 2mg/1000ml, 3mg/1000ml, 4mg/1000ml, 5mg/1000ml)을 보여주는 사진이다.
도 9는 고정 바이어스전압 이중광학통로 신호처리회로의 온도변화에 따른 출력전류, SiPM 바이어스전류 및 바이어스전압을 보여주는 도면이다.
도 10은 LED 입력전류에 따른 일반적인 신호처리회로(Conventional ROIC)와 제안된 신호처리회로(Proposed ROIC)의 출력전류를 비교한 도면이다.
도 11은 가변 바이어스전압 이중광학통로 신호처리회로의 온도변화에 따른 출력전류, SiPM 바이어스전류 및 바이어스전압을 보여주는 도면이다.
도 12는 고정 바이어스전압 이중광학통로 신호처리회로(Fixed bias voltage ROIC)와 가변 바이어스전압 이중광학통로 신호처리회로(Variable bias voltage ROIC)의 온도변화에 따른 SiPM 바이어스전압을 비교한 도면이다.
도 13은 고정 바이어스전압 이중광학통로 신호처리회로(Fixed bias voltage ROIC)와 가변 바이어스전압 이중광학통로 신호처리회로(Variable bias voltage ROIC)의 온도변화에 따른 SiPM 바이어스전류를 비교한 도면이다.
도 14는 고정 바이어스전압 이중광학통로 신호처리회로(Fixed bias voltage ROIC)와 가변 바이어스전압 이중광학통로 신호처리회로(Variable bias voltage ROIC)의 온도변화에 따른 출력전류를 비교한 도면이다.
도 15는 가변 바이어스전압 이중광학통로 신호처리회로로 측정된 총인 농도에 따른 출력전류를 보여주는 도면이다.
도 2는 일반적인 광학식 센서의 광검출기 신호처리회로를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 명세서에서 개시하는 광검출기 신호처리회로의 일례를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 명세서에서 개시하는 광검출기 신호처리회로의 다른 예를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 명세서에서 개시하는 광검출기 신호처리회로의 또 다른 예를 보여주는 도면이다.
도 6은 실제로 구현한 구동보드의 사진이다.
도 7은 온습도 시험장비 사진이다.
도 8은 총인 농도에 따라 푸르게 비색된 샘플(왼쪽부터 1mg/1000ml, 2mg/1000ml, 3mg/1000ml, 4mg/1000ml, 5mg/1000ml)을 보여주는 사진이다.
도 9는 고정 바이어스전압 이중광학통로 신호처리회로의 온도변화에 따른 출력전류, SiPM 바이어스전류 및 바이어스전압을 보여주는 도면이다.
도 10은 LED 입력전류에 따른 일반적인 신호처리회로(Conventional ROIC)와 제안된 신호처리회로(Proposed ROIC)의 출력전류를 비교한 도면이다.
도 11은 가변 바이어스전압 이중광학통로 신호처리회로의 온도변화에 따른 출력전류, SiPM 바이어스전류 및 바이어스전압을 보여주는 도면이다.
도 12는 고정 바이어스전압 이중광학통로 신호처리회로(Fixed bias voltage ROIC)와 가변 바이어스전압 이중광학통로 신호처리회로(Variable bias voltage ROIC)의 온도변화에 따른 SiPM 바이어스전압을 비교한 도면이다.
도 13은 고정 바이어스전압 이중광학통로 신호처리회로(Fixed bias voltage ROIC)와 가변 바이어스전압 이중광학통로 신호처리회로(Variable bias voltage ROIC)의 온도변화에 따른 SiPM 바이어스전류를 비교한 도면이다.
도 14는 고정 바이어스전압 이중광학통로 신호처리회로(Fixed bias voltage ROIC)와 가변 바이어스전압 이중광학통로 신호처리회로(Variable bias voltage ROIC)의 온도변화에 따른 출력전류를 비교한 도면이다.
도 15는 가변 바이어스전압 이중광학통로 신호처리회로로 측정된 총인 농도에 따른 출력전류를 보여주는 도면이다.
이하, 본 명세서에 개시된 실시 예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명하고 자 한다. 본문에서 달리 명시하지 않는 한, 도면의 유사한 참조번호들은 유사한 구성요소들을 나타낸다. 상세한 설명, 도면들 및 청구항들에서 상술하는 예시적인 실시 예들은 한정을 위한 것이 아니며, 다른 실시 예들이 이용될 수 있으며, 여기서 개시되는 기술의 사상이나 범주를 벗어나지 않는 한 다른 변경들도 가능하다. 본 기술분야의 통상의 기술자는 본 개시의 구성요소들, 즉 여기서 일반적으로 기술되고, 도면에 기재되는 구성요소들을 다양하게 다른 구성으로 배열, 구성, 결합, 도안할 수 있으며, 이것들의 모두는 명백하게 고안되며, 본 개시의 일부를 형성하고 있음을 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 도면에서 여러 층(또는 막), 영역 및 형상을 명확하게 표현하기 위하여 구성요소의 폭, 길이, 두께 또는 형상 등은 과장되어 표현될 수도 있다.
일 구성요소가 다른 구성요소에 "마련"이라고 언급되는 경우, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접 마련되는 경우는 물론, 이들 사이에 추가적인 구성요소가 개재되는 경우도 포함할 수 있다.
일 구성요소가 다른 구성요소에 "제공"이라고 언급되는 경우, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접 제공되는 경우는 물론, 이들 사이에 추가적인 구성요소가 개재되는 경우도 포함할 수 있다.
개시된 기술에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용된 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 기술자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석 될 수 없다.
도 1은 흡광도 분석을 통한 광학식 센서의 광흡수 대상체(C)의 농도를 측정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 일반적인 광학식 센서의 광검출기 신호처리회로를 보여주는 도면이다. 도 3은 본 명세서에서 개시하는 광검출기 신호처리회로의 일례(100)를 보여주는 도면이다. 도 3은 제1피드백 회로부(132)를 통하여 제1광원(110)이 제공하는 광에 의한 제1광검출기(120)의 제1출력전기신호(10b)를 제1기준전기신호(10c)와 비교하여 제1광원(110)에 인가되는 제1입력전기신호(10a)를 제어하여 제1출력전기신호(10b)를 일정하게 제어하는 모습을 예로서 보여주는 도면이다. 도 4는 본 명세서에서 개시하는 광검출기 신호처리회로의 다른 예(100a)를 보여주는 도면이다. 도 4는 제1광원(110) 및 제1광검출기(120)에 대응하여 제2광원(140) 및 제2광검출기(150)를 도입하고, 제1피드백 회로부(132)를 통하여 제1광원(110)이 제공하는 광에 의한 제1광검출기(120)의 제1출력전기신호(10b)를 제2광원(140)이 제공하는 광에 의한 제2광검출기(150)의 제2출력전기신호(20b)를 제1기준전기신호(10c)로 하여 이들을 비교하여 제1광원(110)에 인가되는 제1입력전기신호(10a)를 제어하여 제1출력전기신호(10b)를 제어함으로써 제1입력전기신호(10a)를 제2광원(140)에 인가되는 제2입력전기신호(20a)와 상호 비교하는 과정에서 온도변화에 따른 영향을 자동 보정하는 모습을 예로서 보여주는 도면이다. 도 5는 본 명세서에서 개시하는 광검출기 신호처리회로의 또 다른 예(100b)를 보여주는 도면이다. 도 5는 제2피드백 회로부(134)를 통하여 제2광검출기(150)의 제2출력전기신호(20b)를 제2기준전기신호(30a)와 비교하여 제1광검출기(120) 및 제2광검출기(150) 각각에 인가하는 바이어스 전압(Vbias_v)을 제어하여 제1광검출기(120)의 제1출력전기신호(10b) 및 제2광검출기(150)의 제2출력전기신호(20b)의 크기를 각각 미리 설정한 값으로 일정하게 유지할 수 있도록 함으로써 온도변화에 관계없이 제1광검출기(120) 및 제2광검출기(150)가 일정한 이득을 유지하도록 할 수 있도록 하는 모습을 예로서 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하여 광원(A)과 광검출기(B)를 활용하여 흡광도 분석을 통한 광흡수 대상체(C)의 농도를 측정하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
광원(A)에서 광흡수 대상체(C)로 입사되는 입사광(Incident Light)은 광경로 상에 마련되는 광흡수 대상체(C)에서 적어도 일부 흡수되며, 광흡수 대상체(C)를 투과한 투과광(Transmitted Light)이 광검출기(B)에 도달하게 된다. 광원(A)이 제공하는 입사광의 광량에 대한 광검출기(B)에 도달하는 도달광의 광량으로부터 광흡수 대상체(C)의 흡광도를 분석할 수 있고, 분석된 상기 흡광도로부터 광흡수 대상체(C)의 농도를 파악할 수 있다.
광흡수 대상체(C)의 흡광도 또는 농도를 분석하기 위한 종래의 광학식 센서를 구동하기 위한 신호처리회로는 도 2에 예로서 도시한 회로로 일반적으로 구성된다. 도 2에는 광원(A)으로서 LED가 예시되어 있으며, 광검출기(B)로서 포토다이오드(photo diode)가 예시되어 있다. 종래의 신호처리회로는 전류원(Constant Current Source)을 통하여 LED 광원(A)에 인가되는 입력전류(Iref)에 따라 LED 광원(A)이 광을 방사하면, 광검출기(B)인 포토다이오드는 LED 광원(A)이 방사하는 광의 적어도 일부를 흡수하여 이를 출력전류(ISS)로 변환하며, 변환된 출력전류(ISS)의 크기로부터 광흡수 대상체(C)의 흡광도 또는 농도를 측정한다. 포토다이오드와 같은 반도체 소자는 일반적으로 온도변화에 따른 파라미터(parameter)의 특성변화가 커서 광검출기(B)인 포토다이오드에 흐르는 출력전류(ISS)의 크기는 온도변화에 민감한 문제점이 있다. 또한, 광원(A)에 인가되는 입력전류(Iref)의 크기에 따른 광원(A)이 광검출기(B)에 제공하는 투과광의 광량에 따라 광검출기(B)가 감지할 수 있는 동적 영역 및 분해능이 달라지는 문제점이 있다.
이하 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 명세서에서 개시하는 광검출기 신호처리회로에 대하여 설명하기로 한다.
도면을 참조하면, 광검출기 신호처리회로는 제1광원(110), 제1광검출기(120) 및 제어부(130)를 포함한다. 몇몇 다른 실시 예들에 있어서, 상기 광검출기 신호처리회로는 선택적으로(optionally) 제2광원(140), 제2광검출기(150), 광흡수 대상체(C)를 더 포함할 수도 있다.
제1광원(110)은 인가되는 제1입력전기신호(10a)를 수신하여 광을 방사할 수 있다. 제1광원(110)으로는 LED가 예로서 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도면에는 제1광원(110)에 제공되는 제1입력전기신호(10a)로서 전류(Iout)가 예시되어 있으나 제1광원(110)에 제공되는 제1입력전기신호(10a)는 전압의 형태일 수도 있다. 이하 설명의 편의상 제1광원(110)에 제공되는 제1입력전기신호(10a)로서 전류(Iout)를 활용하여 설명하기로 한다. 이러한 설명이 본 명세서에서 개시하는 기술의 권리범위를 제한할 의도가 아님을 분명히 밝혀둔다.
제1광검출기(120)는 제1광원(110)으로부터 방사된 후 제1광경로를 경유하여 도달하는 광의 적어도 일부를 흡수하여 제1출력전기신호(10b)로 변환할 수 있다. 상기 제1광경로는 제1광원(110)과 제1광검출기(120) 사이의 경로를 의미한다. 제1광검출기(120)로는 실리콘 광배전관(silicon photomultiplier, SiPM)이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제어부(130)는 제1출력전기신호(10b)와 제1기준전기신호(10c)를 비교하여 제1입력전기신호(10a)의 출력값을 제어하여 제1출력전기신호(10b)의 크기를 제어한다. 도 3에는 제1기준전기신호(10c)로서 전압설정부(Voltage Setting)에 의해 제공되는 기준전압(10c, Vref)이 예시되어 있으나 제1기준전기신호(10c)는 전류의 형태일 수도 있다. 이하 설명의 편의상 제1기준전기신호(10c)로서 기준전압(10c, Vref)을 활용하여 설명하기로 한다. 이러한 설명이 본 명세서에서 개시하는 기술의 권리범위를 제한할 의도가 아님을 분명히 밝혀둔다.
한편, 전압설정부(Voltage Setting)에 의해 제공되는 기준전압(10c, Vref)은 전압설정부(Voltage Setting)에 기준전압(10c, Vref)을 직접 셋팅하는 방식으로 제공되거나, 전압설정부(Voltage Setting)에 설정을 원하는 제1출력전기신호(10b)의 값(예로서, 전류값)을 입력하고 이를 기준전압(10c, Vref)으로 변환하는 방식을 통하여 제공될 수도 있다. 후술하는 내용과 같이, 제어부(130)는 제1기준전기신호(10c)에 따라 제1출력전기신호(10b)의 크기를 제어할 수 있다.
광흡수 대상체(C)는 상기 제1광경로 상에 마련되어 제1광원(110)이 방사하는 상기 광의 적어도 일부를 흡수할 수 있다. 제어부(130)는 제1입력전기신호(10a)의 크기로부터 광흡수 대상체(C)의 흡광도 또는 농도를 측정할 수 있다. 제어부(130)가 제1입력전기신호(10a)의 상기 크기로부터 광흡수 대상체(C)의 상기 흡광도 또는 상기 농도를 측정하는 과정은 후술하기로 한다.
일 실시 예에 있어서, 제어부(130)는 제1피드백 회로부(132)를 포함할 수 있다. 제1피드백 회로부(132)는 제1출력전기신호(10b)와 제1기준전기신호(10c)를 비교하는 제1비교부(132a) 및 제1비교부(132a)의 비교 결과를 통해 제1기준전기신호(10c)의 크기 대비 제1출력전기신호(10b)의 상기 크기의 차이-이하 제1편차라 함-를 판별하고 상기 제1편차의 크기에 따라 제1입력전기신호(10a)의 상기 출력값을 조절하는 제1입력전기신호 제어부(132b)를 포함할 수 있다.
도면에는 제1출력전기신호(10b)로서 제1광원(110)으로부터 방사된 후 상기 제1광경로를 경유하여 제1광검출기(120)에 도달하여 흡수되는 제1광원(110)의 광의 적어도 일부에 의해 제1광검출기(120)에 흐르는 전류(ISS2)가 예로서 표현되어 있다. 도면에 도시한 바와 달리, 제1출력전기신호(10b)는 전압의 형태일 수도 있다. 이하 설명의 편의상 제1출력전기신호(10b)로서 전류(ISS2)를 활용하여 설명하기로 한다. 이러한 설명이 본 명세서에서 개시하는 기술의 권리범위를 제한할 의도가 아님을 분명히 밝혀둔다.
제1출력전기신호(10b)인 전류(ISS2)는 센싱저항(RS1)과 차동증폭기(Av1)에 의해 전압(Vout)으로 출력되어 제1비교부(132a)에 인가될 수 있다. 도면에는 제1비교부(132a)로서 입력되는 전압의 차이를 증폭하는 에러증폭기(Error AMP)가 예로서 표현되어 있다. 도면에 도시한 바와 달리, 제1비교부(132a)로서 입력되는 전류의 차이를 증폭하는 에러증폭기(Error AMP)가 사용될 수도 있다. 이하 설명의 편의상 제1비교부(132a)로서 입력되는 전압의 차이를 증폭하는 에러증폭기(Error AMP)를 활용하여 설명하기로 한다. 이러한 설명이 본 명세서에서 개시하는 기술의 권리범위를 제한할 의도가 아님을 분명히 밝혀둔다.
제1비교부(132a)는 제1출력전기신호(10b)와 제1기준전기신호(10c)를 비교하여 상기 제1편차를 그대로 또는 미리 정해진 방식에 따라 증폭하거나 감쇄하여 제1입력전기신호 제어부(132b)에 제공할 수 있다. 제1입력전기신호 제어부(132b)는 제1입력전기신호(10a)의 출력값을 제어할 수 있다. 상술한 과정은 상기 제1편차가 실질적으로 0이 될 때까지 반복되며, 이를 통하여 제어부(130)는 제1출력전기신호(10b)의 크기를 제어할 수 있다.
도면에는 제1입력전기신호 제어부(132b)로서 드라이브증폭기(132b, Drive AMP)가 예로서 표현되어 있다. 드라이브증폭기(132b, Drive AMP)는 예로서 상기 제1편차에 따라 제1비교부(132a)가 제공하는 전압에 의해 구동되는 전압제어저항(Voltage Controlled Register, VCR, 미도시)에 의해 제1광원(110)에 전류를 제공할 수 있다. 도면에 예로서 도시한 바와 같이, 제1입력전기신호 제어부(132b)가 제1광원(110)에 제공하는 전류는 센싱저항(RS2)과 차동증폭기(Av2)에 의해 전압으로 변환되어 전류감지부(Current Sensing)에 제공되고, 전류감지부(Current Sensing)는 제공되는 전압으로부터 제1입력전기신호 제어부(132b)가 제1광원(110)에 제공하는 제1입력전기신호(10a)인 전류(Iout)를 확인할 수 있다.
본 명세서에서 개시하는 기술은 제1피드백 회로부(132)를 통하여 제1광원(110)이 제공하는 광에 의한 제1광검출기(120)의 제1출력전기신호(10b)를 제1기준전기신호(10c)와 비교한 후 제1광원(110)에 인가되는 제1입력전기신호(10a)를 제어하여 제1출력전기신호(10b)를 원하는 값으로 제어할 수 있다. 일례로, 본 명세서에서 개시하는 기술은 제1피드백 회로부(132)를 통하여 제1광원(110)이 제공하는 광에 의한 제1광검출기(120)의 제1출력전기신호(10b)를 제1기준전기신호(10c)와 비교한 후 제1광원(110)에 인가되는 제1입력전기신호(10a)를 제어하여 제1출력전기신호(10b)를 제1기준전기신호(10c)와 같아지도록 제어할 수도 있다.
도 2 및 도 3을 참조하여 본 기술에서 제시하는 광검출기 신호처리회로(100)의 동작을 일반적인 광학식 센서의 광검출기 신호처리회로의 동작과 비교하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1과 관련하여 상술한 바와 같이, 광원(A)에서 광흡수 대상체(C)로 입사되는 입사광(Incident Light)은 광경로 상에 마련되는 광흡수 대상체(C)에서 적어도 일부 흡수되며, 광흡수 대상체(C)를 투과한 투과광(Transmitted Light)이 광검출기(B)에 도달하게 된다. 광원(A)이 제공하는 입사광의 광량에 대한 광검출기(B)에 도달하는 도달광의 광량으로부터 광흡수 대상체(C)의 흡광도 또는 농도를 분석할 수 있다. 광흡수 대상체(C)의 흡광도 또는 농도의 분석은 광원(A)의 광량과 광검출기(B)에 도달하는 광량을 비교하여 분석될 수도 있고, 광원(A)의 동작을 위해 인가되는 입력전류(Iref)와 광검출기(B)에 도달하는 광량이 광검출기(B)에 의해 변환되어 광검출기(B)에 흐르는 출력전류(ISS)를 비교하여 분석될 수도 있다.
도 2에 예로서 도시한 일반적인 광학식 센서의 광검출기 신호처리회로는 전류원(Constant Current Source)으로부터 미리 정해진 크기로 제공되는 전류(Iref)에 의해 발광하는 광원(A)이 제공하는 광의 적어도 일부를 광검출기(B)가 수신하여 이를 광전류(ISS)로 변환하는 구성을 취한다. 광원(A)과 광검출기(B) 사이의 광경로에 흡광도 또는 농도를 측정하기 위한 광흡수 대상체(C)를 놓고, 광원(A)이 제공하는 광량과 광검출기(B)가 수신하여 변환하는 광전류(ISS)의 크기 비교를 통하여 광흡수 대상체(C)의 흡광도 또는 농도를 측정한다. 한편, 광원(A)이 제공하는 광량은 광원(A)에 인가되는 전류(Iref)의 크기를 통하여 판단할 수도 있다.
광원(A)이 제공하는 광량 또는 광원(A)에 인가되는 전류(Iref)의 크기를 일정하게 둘 경우, 광흡수 대상체(C)의 농도변화에 따라 광검출기(B)에 수신되는 광량은 달라지게 되며, 이에 따라 광전류(ISS)의 크기 역시 달라지게 된다. 일반적인 광학식 센서의 광검출기 신호처리회로는 광원(A)이 제공하는 광량을 일정하게 두고 광경로상에 위치하는 광흡수 대상체(C)의 흡광도 또는 농도 변화에 따라 변화하는 광전류(ISS)의 크기로부터 광흡수 대상체(C)의 흡광도 또는 농도를 측정한다. 일반적인 광학식 센서의 광검출기 신호처리회로를 통하여 광흡수 대상체(C)의 흡광도 또는 농도를 측정할 때, 광흡수 대상체(C)의 최대 농도 즉, 최대 흡광도에서도 광검출기(B)에는 광검출기(B)가 감지할 수 있는 광량이 수신되어야 하므로 광원(A)이 제공하는 광량은 이를 고려하여 결정되어야 한다. 이로 인하여 광흡수 대상체(C)가 최소 농도 즉, 최소 흡광도를 가질 경우에 광검출기(B)에서 수신되는 광량과 광흡수 대상체(C)가 최대 농도 즉, 최대 흡광도를 가질 경우에 광검출기(B)에서 수신되는 광량은 큰 편차를 가지게 된다.
일반적으로 광검출기(B)로 주로 사용되는 포토다이오드의 경우, 수신되는 광량 대비 광검출기(B)가 변환하여 출력하는 광전류(ISS)의 크기의 비는 비선형성을 보이며, 기준 광량 이상의 광이 수신될 경우에는 포화(saturation) 특성을 보인다. 상술한 바와 같이, 일반적인 광학식 센서의 광검출기 신호처리회로의 경우에 광흡수 대상체(C)가 최소 농도 즉, 최소 흡광도를 가질 경우에 광검출기(B)에서 수신되는 광량과 광흡수 대상체(C)가 최대 농도 즉, 최대 흡광도를 가질 경우에 광검출기(B)에서 수신되는 광량은 큰 편차를 가지게 된다. 이로 인해 광흡수 대상체(C)의 흡광도 또는 농도의 변화에 따라 광원(A)에 의해 광검출기(B)가 수신하는 투과광의 광량이 큰 편차를 가지며 이로 인해 광검출기(B)가 감지할 수 있는 동적 영역 및 분해능이 달라지는 문제가 발생한다.
이와 달리, 도 3에 예로서 도시한 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100)는 제어부(130)의 제어를 통하여 제1광원(110)과 제1광검출기(120) 사이의 제1광경로 상에 위치하는 광흡수 대상체(C)의 흡광도 또는 농도의 변화에 관계없이 제1출력전기신호(10b)가 일정한 값을 가지도록 제1입력전기신호(10a)의 크기를 제어할 수 있다. 광흡수 대상체(C)의 흡광도 또는 농도의 변화에 관계없이 제1출력전기신호(10b)가 일정한 값을 가지도록 하기 위하여 제어부(130)는 제1피드백 회로부(132)를 통하여 제1출력전기신호(10b)의 크기를 제어할 수 있다. 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100)는 제어부(130)에 의해 제어되는 제1입력전기신호(10a)의 상기 크기로부터 광흡수 대상체(C)의 상기 흡광도 또는 상기 농도를 측정할 수 있다.
다시 말하면, 본 기술은 제어부(130)의 제1피드백 회로부(132)를 통하여 제1입력전기신호(10a)의 크기를 제어하여 제1광경로 상에 마련되는 광흡수 대상체(C)의 흡광도 또는 농도의 변화에 관계없이 제1출력전기신호(10b)가 일정한 값을 가지도록 제어할 수 있다. 본 기술은 상기 제1광경로 상에 마련되는 광흡수 대상체(C)의 흡광도 또는 농도의 변화에 따라 다른 값을 가지는 제1입력전기신호(10a)의 상기 크기로부터 광흡수 대상체(C)의 상기 흡광도 또는 상기 농도를 측정할 수 있다. 이를 통해 제1광검출기(120)로 주로 사용되는 포토다이오드가 수신되는 광량 대비 변환하여 출력하는 광전류(ISS2)의 크기의 비가 비선형성 및 포화특성을 가지더라도 본 기술을 통할 경우에 광흡수 대상체(C)의 흡광도 또는 농도 대비 제1입력전기신호(10a)의 크기는 선형성을 유지할 수 있어 광흡수 대상체(C)의 흡광도 또는 농도 측정의 정확성을 높일 수 있다.
한편, 도 4에서 예로서 도시한 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100a)는 제2광원(140) 및 제2광검출기(150)를 더 포함할 수 있다.
제2광원(140)은 인가되는 제2입력전기신호(20a)를 수신하여 광을 방사할 수 있다. 제2광원(140)으로는 LED가 예로서 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도면에는 제2광원(140)에 제공되는 제2입력전기신호(20a)로서 전류(Iref)가 예시되어 있으나 제2광원(140)에 제공되는 제2입력전기신호(20a)는 전압의 형태일 수도 있다. 이하 설명의 편의상 제2광원(140)에 제공되는 제2입력전기신호(20a)로서 전류(Iref)를 활용하여 설명하기로 한다. 이러한 설명이 본 명세서에서 개시하는 기술의 권리범위를 제한할 의도가 아님을 분명히 밝혀둔다.
제2광검출기(150)는 제2광원(140)으로부터 방사된 후 제2광경로를 경유하여 도달하는 광의 적어도 일부를 흡수하여 제2출력전기신호(20b)로 변환할 수 있다. 상기 제2광경로는 제2광원(140)과 제2광검출기(150) 사이의 경로를 의미한다. 제2광검출기(150)로는 실리콘 광배전관(silicon photomultiplier, SiPM)이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제2출력전기신호(20b)는 제1기준전기신호(10c)로 작용할 수 있다.
제어부(130)는 제1출력전기신호(10b)와 제2출력전기신호(20b)를 비교하여 제1입력전기신호(10a)의 출력값을 제어하여 제1출력전기신호(10b)의 크기를 제어할 수 있다. 일례로, 본 명세서에서 개시하는 기술은 제1피드백 회로부(132)를 통하여 제1출력전기신호(10b)를 제1기준전기신호(10c)인 제2출력전기신호(20b)와 비교한 후 제1광원(110)에 인가되는 제1입력전기신호(10a)를 제어하여 제1출력전기신호(10b)를 제1기준전기신호(10c)인 제2출력전기신호(20b)와 같아지도록 제어할 수도 있다. 도 4에는 제1기준전기신호(10c)인 제2출력전기신호(20b)로서 제2광원(140)으로부터 방사된 후 상기 제2광경로를 경유하여 제2광검출기(150)에 도달하여 흡수되는 제2광원(140)의 광의 적어도 일부에 의해 제2광검출기(150)에 흐르는 전류(ISS1)가 예로서 표현되어 있다. 도면에 도시한 바와 달리, 제2출력전기신호(20b)는 전압의 형태일 수도 있다. 이하 설명의 편의상 제2출력전기신호(20b)로서 전류(ISS1)를 활용하여 설명하기로 한다. 이러한 설명이 본 명세서에서 개시하는 기술의 권리범위를 제한할 의도가 아님을 분명히 밝혀둔다.
일 실시 예에 있어서, 제어부(130)는 제1피드백 회로부(132)를 포함할 수 있다. 제1피드백 회로부(132)는 제1출력전기신호(10b)와 제2출력전기신호(20b)를 비교하는 제1비교부(132a) 및 제1비교부(132a)의 비교 결과를 통해 제2출력전기신호(20b)의 크기 대비 제1출력전기신호(10b)의 상기 크기의 차이-이하 제2편차라 함-를 판별하고 상기 제2편차의 크기에 따라 제1입력전기신호(10a)의 상기 출력값을 조절하는 제1입력전기신호 제어부(132b)를 포함할 수 있다.
도면에는 제2출력전기신호(20b)로서 제2광원(140)으로부터 방사된 후 상기 제2광경로를 경유하여 제2광검출기(150)에 도달하여 흡수되는 제2광원(140)의 광의 적어도 일부에 의해 제2광검출기(150)에 흐르는 전류(ISS1)가 예로서 표현되어 있다. 도면에 도시한 바와 달리, 제2출력전기신호(20b)는 전압의 형태일 수도 있다. 이하 설명의 편의상 제2출력전기신호(20b)로서 전류(ISS1)를 활용하여 설명하기로 한다. 이러한 설명이 본 명세서에서 개시하는 기술의 권리범위를 제한할 의도가 아님을 분명히 밝혀둔다.
제2출력전기신호(10b)인 전류(ISS1)는 센싱저항(RS1)과 차동증폭기(Av1)에 의해 전압(Vref)으로 출력되어 제1비교부(132a)에 인가될 수 있다. 도면에는 전류(ISS1)를 전압(Vref)으로 출력하기 위한 저항으로서 전류(ISS2)를 전압(Vout)으로 출력하기 위한 출력 센싱저항(RS1)과 동일한 경우가 예시되어 있으나 전류(ISS1)를 전압(Vref)으로 출력하기 위한 저항은 다른 저항값을 가질 수도 있다. 또한, 도면에는 전류(ISS1)를 전압(Vref)으로 출력하기 위한 증폭기로서 전류(ISS2)를 전압(Vout)으로 출력하기 위한 차동증폭기(Av1)와 동일한 경우가 예로서 표현되어 있으나, 전류(ISS1)를 전압(Vref)으로 출력하기 위한 증폭기는 다른 증폭기가 사용될 수도 있다. 또한, 도면에는 제1비교부(132a)로서 입력되는 전압의 차이를 증폭하는 에러증폭기(Error AMP)가 예로서 표현되어 있다. 도면에 도시한 바와 달리, 제1비교부(132a)로서 입력되는 전류의 차이를 증폭하는 에러증폭기(Error AMP)가 사용될 수도 있다. 이하 설명의 편의상 제1비교부(132a)로서 입력되는 전압의 차이를 증폭하는 에러증폭기(Error AMP)를 활용하여 설명하기로 한다. 이러한 설명이 본 명세서에서 개시하는 기술의 권리범위를 제한할 의도가 아님을 분명히 밝혀둔다.
제1비교부(132a)는 제1출력전기신호(10b)와 제2출력전기신호(20b)를 비교하여 상기 제2편차를 그대로 또는 미리 정해진 방식에 따라 증폭하거나 감쇄하여 제1입력전기신호 제어부(132b)에 제공할 수 있다. 제1입력전기신호 제어부(132b)는 제1입력전기신호(10a)의 출력값을 제어할 수 있다. 상술한 과정은 상기 제2편차가 실질적으로 0이 될 때까지 반복되며, 이를 통하여 제어부(130)는 제1출력전기신호(10b)의 크기를 제어할 수 있다.
도면에는 제1입력전기신호 제어부(132b)로서 드라이브증폭기(132b, Drive AMP)가 예로서 표현되어 있다. 드라이브증폭기(132b, Drive AMP)는 예로서 상기 제2편차에 따라 제1비교부(132a)가 제공하는 전압에 의해 구동되는 전압제어저항(Voltage Controlled Register, VCR, 미도시)에 의해 제1광원(110)에 전류를 제공할 수 있다. 도면에 예로서 도시한 바와 같이, 제1입력전기신호 제어부(132b)가 제1광원(110)에 제공하는 전류는 센싱저항(RS2)과 차동증폭기(Av2)에 의해 전압으로 변환되어 전류감지부(Current Sensing)에 제공되고, 전류감지부(Current Sensing)는 제공되는 전압으로부터 제1입력전기신호 제어부(132b)가 제1광원(110)에 제공하는 제1입력전기신호(10a)인 전류(Iout)를 확인할 수 있다.
도 4에 예로서 도시한 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100a)는 제1피드백 회로부(132)를 통하여 제1광원(110)이 제공하는 광에 의한 제1광검출기(120)의 제1출력전기신호(10b)를 제1기준전기신호(10c)로서 제2광원(140)이 제공하는 광에 의한 제2광검출기(150)의 제2출력전기신호(20b)와 비교한 후 제1광원(110)에 인가되는 제1입력전기신호(10a)를 제어하여 제1출력전기신호(10b)를 제어할 수 있다. 또한, 도 4에 예로서 도시한 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100a)는 제2입력전기신호(20a)의 크기 대비 제1입력전기신호(10a)의 크기의 차이로부터 광흡수 대상체(C)의 흡광도 또는 농도를 측정할 수 있다. 이를 통해 도 4에 예로서 도시한 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100a)는 온도변화에 따라 변화되는 제1광원(110)의 파라미터 특성 변화에 따라 제1출력전기신호(10b)가 온도변화에 따라 변화함에 따라 제1입력전기신호(10a)의 크기가 변화되는 것을 자동으로 보정할 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하여 본 기술에서 개시하는 광검출기 신호처리회로(100a)의 동작을 일반적인 광학식 센서의 광검출기 신호처리회로의 동작 및 도 3에 예로서 도시한 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100)와 비교하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
설명에 앞서, 도 3에 예로서 도시한 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100)에 대한 도 4에 예로서 도시한 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100a)의 차이점은 다음과 같다.
도 4에 예로서 도시한 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100a)는 도 3에 예로서 도시한 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100)에 제2광원(140) 및 제2광검출기(150)를 추가하고 제1기준전기신호(10c)로서 제2광원(140)이 제공하는 광에 의한 제2광검출기(150)의 제2출력전기신호(20b)를 활용하고 있다. 또한, 도 4에 예로서 도시한 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100a)는 제2입력전기신호(20a)의 크기 대비 제1입력전기신호(10a)의 크기의 차이로부터 광흡수 대상체(C)의 흡광도 또는 농도를 측정할 수 있다. 이러한 차이점에 의해 도 4에 예로서 도시한 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100a)는 온도변화에 따라 변화되는 제1광원(110)의 파라미터 특성 변화에 따라 제1출력전기신호(10b)가 온도변화에 따라 변화함에 따라 제1입력전기신호(10a)의 크기가 변화되는 것을 자동으로 보정할 수 있는 차별화된 효과를 추가적으로 제공해 줄 수 있다.
도 2에 예로서 도시한 일반적인 광학식 센서의 광검출기 신호처리회로는 전류원(Constant Current Source)으로부터 미리 정해진 크기로 제공되는 전류(Iref)에 의해 발광하는 광원(A)이 제공하는 광의 적어도 일부를 광검출기(B)가 수신하여 이를 광전류(ISS)로 변환하는 구성을 취한다. 일반적인 광학식 센서의 광검출기 신호처리회로는 광원(A)과 광검출기(B) 사이의 광경로에 흡광도 또는 농도를 측정하기 위한 광흡수 대상체(C)를 놓고, 광원(A)이 제공하는 광량과 광검출기(B)가 수신하여 변환하는 광전류(ISS)의 크기 비교를 통하여 광흡수 대상체(C)의 흡광도 또는 농도를 측정한다는 점은 앞서 상술한 바와 같다. 또한, 앞서 상술한 바와 같이, 일반적인 광학식 센서의 광검출기 신호처리회로는 광흡수 대상체(C)의 흡광도 또는 농도의 변화에 따라 광원(A)에 의해 광검출기(B)가 수신하는 투과광의 광량이 큰 편차를 가지며 이로 인해 광검출기(B)가 감지할 수 있는 동적 영역 및 분해능이 달라지는 문제가 발생한다.
도 3에 예로서 도시한 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100)는 제어부(130) 즉, 제1피드백 회로부(132)의 제어를 통하여 제1광원(110)과 제1광검출기(120) 사이의 제1광경로 상에 위치하는 광흡수 대상체(C)의 흡광도 또는 농도의 변화에 관계없이 제1출력전기신호(10b)가 일정한 값을 가지도록 제1입력전기신호(10a)의 크기를 제어할 수 있다. 이를 통해 제1광검출기(120)로 주로 사용되는 포토다이오드가 수신되는 광량 대비 변환하여 출력하는 광전류(ISS2)의 크기의 비가 비선형성 및 포화특성을 가지더라도 본 기술을 통할 경우에 광흡수 대상체(C)의 흡광도 또는 농도 대비 제1입력전기신호(10a)의 크기는 선형성을 유지할 수 있어 광흡수 대상체(C)의 흡광도 또는 농도 측정의 정확성을 높일 수 있다는 점은 앞서 상술한 바와 같다.
도 4에서 예로서 도시한 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100a)는 제어부(130) 즉, 제1피드백 회로부(132)를 통해 제1출력전기신호(10b)와 제1기준전기신호(10c)를 비교하여 제1입력전기신호(10a)의 출력값을 제어하는 도 3에 예로서 도시한 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100)와 달리, 제1피드백 회로부(132)를 통하여 제1광원(110)이 제공하는 광에 의한 제1광검출기(120)의 제1출력전기신호(10b)를 제1기준전기신호(10c)로서 제2광원(140)이 제공하는 광에 의한 제2광검출기(150)의 제2출력전기신호(20b)와 비교한 후 제1광원(110)에 인가되는 제1입력전기신호(10a)를 제어하여 제1출력전기신호(10b)를 원하는 값으로 제어할 수 있다. 일례로, 본 명세서에서 개시하는 기술은 제1피드백 회로부(132)를 통하여 제1출력전기신호(10b)를 제1기준전기신호(10c)인 제2출력전기신호(20b)와 비교한 후 제1광원(110)에 인가되는 제1입력전기신호(10a)를 제어하여 제1출력전기신호(10b)를 제1기준전기신호(10c)인 제2출력전기신호(20b)와 같아지도록 제어할 수도 있다. 이를 통해 제1광검출기(120)로 주로 사용되는 포토다이오드가 수신되는 광량 대비 변환하여 출력하는 광전류(ISS2)의 크기의 비가 비선형성 및 포화특성을 가지더라도 본 기술을 통할 경우에 광흡수 대상체(C)의 흡광도 또는 농도 대비 제1입력전기신호(10a)의 크기는 선형성을 유지할 수 있어 광흡수 대상체(C)의 흡광도 또는 농도 측정의 정확성을 높일 수 있다. 이와 함께, 도 4에서 예로서 도시한 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100a)는 제1기준전기신호(10c)로서 제2광원(140)이 제공하는 광에 의한 제2광검출기(150)의 제2출력전기신호(20b)를 사용함으로써 온도변화에 따라 변화되는 제1광원(110)의 파라미터 특성 변화에 따라 제1출력전기신호(10b)가 온도변화에 따라 변화함에 따라 제1입력전기신호(10a)의 크기가 변화되는 것을 자동으로 보정할 수 있다.
도 4에서 예로서 도시한 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100a)가 도 3에 예로서 도시한 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100)에 비교하여 온도변화에 따른 제1입력전기신호(10a)의 변화를 자동으로 보정할 수 있는 점을 예로서 구체적으로 설명하면 아래와 같다.
이하 설명의 편의상 제1광원(110) 및 제1광검출기(120)를 측정단 광학통로 회로라 칭하고, 제2광원(140) 및 제2광검출기(150)를 기준단 광학통로 회로라 칭하기로 한다. 상기 측정단 광학통로 회로의 상기 제1광경로 상에는 흡광도 또는 농도 측정 대상인 광흡수 대상체(C)가 마련될 수 있으며, 상기 기준단 광학통로 회로의 상기 제1경로 상에는 공기가 마련된 경우를 가정하기로 한다.
제1광검출기(120)는 예로서 실리콘 광배전관(SiPM)이 사용될 수 있고, 제2광검출기(150)는 예로서 실리콘 광배전관(SiPM)이 사용될 수 있다.
일례로, 제1광원(110) 및 제2광원(140)은 동일한 특성의 광을 방사할 수 있다. 제1광검출기(120) 및 제2광검출기(150)는 전기적 특성이 동일할 수 있다. 제1광검출기(120) 및 제2광검출기(150) 각각의 양단에는 동일한 동작전압이 인가될 수 있다. 상기 제1광경로 및 상기 제2광경로는 서로 일치하는 경로를 가질 수 있다. 제어부(130) 즉, 제1피드백 회로부(132)는 제1출력전기신호(10b)의 크기가 제2출력전기신호(20b)의 크기와 동일하게 되도록 제1입력전기신호(10a)의 출력값을 제어할 수 있다. 제어부(130)는 제1출력전기신호(10b)와 제2출력전기신호(20b)의 크기 차이인 상기 제2편차를 입력값으로 하는 제1비교부(132a)를 포함할 수 있다. 제1비교부(132a)는 예로서 입력되는 전압의 차이를 증폭하는 에러증폭기(Error AMP)일 수 있다. 제1비교부(132a)는 제1출력전기신호(10b)와 제2출력전기신호(20b)를 비교하여 상기 제2편차를 그대로 또는 미리 정해진 방식에 따라 증폭하거나 감쇄하여 제1입력전기신호 제어부(132b)에 제공할 수 있다. 제1입력전기신호 제어부(132b)는 제1비교부(132a)가 제공하는 신호를 제1광원(100)의 제1입력전기신호(10a)인 전류(Iout)로 변환할 수 있다. 제1입력전기신호 제어부(132b)는 예로서 드라이브증폭기(Drive AMP)일 수 있다. 드라이브증폭기(132b, Drive AMP)는 예로서 상기 제2편차에 따라 제1비교부(132a)가 제공하는 상기 차동신호에 의해 구동되는 전압제어저항(Voltage Controlled Register, VCR, 미도시)에 의해 제1광원(110)에 전류(Iout)를 제공할 수 있다.
제1광검출기(120) 및 제2광검출기(150)의 전기적 특성이 동일하고, 상기 제1광경로 및 상기 제2광경로가 일치하고, 전류(ISS1)를 전압(Vref)으로 출력하기 위한 저항으로서 전류(ISS2)를 전압(Vout)으로 출력하기 위한 출력 센싱저항(RS1)과 동일한 저항을 사용하고, 전류(ISS1)를 전압(Vref)으로 출력하기 위한 증폭기로서 전류(ISS2)를 전압(Vout)으로 출력하기 위한 차동증폭기(Av1)와 동일한 증폭기를 사용한 경우를 가정하자. 이때, 상기 측정단 광학통로 회로의 상기 제1광경로 상에 광흡수 대상체(c)가 마련되기 전이라면 즉, 상기 측정단 광학통로 회로의 상기 제1광경로 상에는 공기가 마련된 경우라면, 제2출력전기신호(20b)인 전류(ISS1)는 제1출력전기신호(10b)인 전류(ISS2)와 동일하게 된다. 제2출력전기신호(20b)인 전류(ISS1)는 제2입력전기신호(20a)를 수신하여 광을 방사하는 제2광원(140)에 의해 생성되므로 결과적으로 상기 측정단 광학통로 회로의 제1입력전기신호(10a)는 상기 기준단 광학통로 회로의 제2입력전기신호(20a)와 동일하게 된다. 이를 통하여 도 4에서 예로서 도시한 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100a)는 온도변화에 따른 제1광검출기(120)의 특성변화에 상관없이 상기 측정단 광학통로 회로의 제1입력전기신호(10a)를 상기 기준단 광학통로 회로의 제2입력전기신호(20a)와 동일하게 유지할 수 있다. 즉, 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100a)는 제어부(130)의 제1피드백 회로부(132)를 통해 제1출력전기신호(10b)와 제2출력전기신호(20b)와 비교한 후 제1광원(110)에 인가되는 제1입력전기신호(10a)를 제어함으로써 온도변화에 따른 제1광검출기(120)의 특성변화에 상관없이 상기 측정단 광학통로 회로의 제1입력전기신호(10a)가 상기 기준단 광학통로 회로의 제2입력전기신호(20a)와 동일하게 유지되도록 자동 보정할 수 있다. 한편, 도 4에는 제2입력전기신호(20a)로서 전류원(Constant Current Source)에 의해 인가되는 전류(Iref)가 예로서 표현되어 있으며, 제2출력전기신호(20b)인 전류(ISS1)는 전류(Iref)의 크기변화에 따라 변화할 수 있다. 상술한 바와 같이 제1출력전기신호(10b)인 전류(ISS2)는 제2출력전기신호(20b)인 전류(ISS1)과 동일한 값을 가지며, 제1입력전기신호(10a)인 전류(Iout)는 온도변화에 따른 제1광검출기(120)의 특성변화에 상관없이 전류(Iref)와 동일하게 유지될 수 있다.
이후, 상기 측정단 광학통로 회로의 상기 제1광경로 상에 광흡수 대상체(C)가 마련되면, 제1광원(110)이 방사하는 광의 적어도 일부는 광흡수 대상체(C)에 흡수되어 제1광검출기(120)에 도달하는 광량은 상기 제1경로 상에 광흡수 대상체(C)가 마련되기 전에 비하여 줄어들게 된다. 제1광검출기(120)에 도달하는 광량의 감소는 제1출력전기신호(10b)의 감소를 야기할 수 있다. 이후, 제1피드백 회로부(132)의 제1비교부(132a)는 제2출력전기신호(20b)의 크기 대비 제1출력전기신호(10b)의 크기의 차이인 상기 제2편차를 판별하고, 상기 제2편차를 증폭하여 제1입력전기신호 제어부(132b)에 제공할 수 있다. 제1입력전기신호 제어부(132b)는 제1입력전기신호(10a)의 출력값을 증가시켜 제1광원(110)이 방사하는 광량을 증가시킬 수 있다. 상술한 과정은 상기 제2편차가 실질적으로 0이 될 때까지 반복되며, 이를 통하여 제어부(130)는 제1출력전기신호(10b)의 크기가 제2출력전기신호(20b)의 크기와 같아지도록 제1입력전기신호(10a)의 출력값을 제어할 수 있다.
도 4에서 예로서 도시한 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100a)는 제1입력전기신호(10a)의 출력값으로부터 광흡수 대상체(C)의 흡광도 또는 농도를 측정할 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100a)는 제1입력전기신호(10a)의 출력값 대비 제2입력전기신호(20a)의 크기로부터 온도변화에 따른 제1광검출기(120)의 특성변화에 상관없이 광흡수 대상체(C)의 흡광도 또는 농도를 측정할 수 있다.
다시 말하면, 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100a)는 제어부(130)의 제1피드백 회로부(132)를 통하여 제1입력전기신호(10a)의 크기를 제어하여 상기 제1광경로 상에 마련되는 광흡수 대상체(C)의 흡광도 또는 농도의 변화에 관계없이 제1출력전기신호(10b)가 일정한 값을 가지도록 제어할 수 있다. 이 경우, 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100a)는 제1기준전기신호(10c)로서 제2입력전기신호(20b)에 의해 출력이 제어되는 제2출력전기신호(20b)를 활용하고, 제어부(130)의 제1피드백 회로부(132)를 통해 제1출력전기신호(10b)와 제2출력전기신호(20b)를 비교한 후 제1광원(110)에 인가되는 제1입력전기신호(10a)를 제어함으로써 제1입력전기신호(10a)의 출력값 대비 제2입력전기신호(20a)의 크기로부터 온도변화에 따른 제1광검출기(120)의 특성변화에 상관없이 광흡수 대상체(C)의 흡광도 또는 농도를 측정할 수 있다. 이를 통해, 제1광검출기(120)로 주로 사용되는 포토다이오드가 수신되는 광량 대비 변환하여 출력하는 광전류(ISS2)의 크기의 비가 비선형성 및 포화특성을 가지고, 온도변화에 따라 광전류(ISS2)의 크기가 변화하더라도 본 기술을 통할 경우에 광흡수 대상체(C)의 흡광도 또는 농도 대비 제1입력전기신호(10a)의 크기는 선형성을 유지할 수 있고, 온도변화에 따른 제1광검출기(120)의 특성변화로 인한 오차는 자동보정 될 수 있어 광흡수 대상체(C)의 흡광도 또는 농도 측정의 정확성을 높일 수 있다.
결과적으로 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100a)를 활용할 경우, 상기 기준단 광학통로 회로의 제2광검출기(150)가 감지할 수 있는 최소의 광량을 제2광원(140)이 방사할 수 있는 수준으로 제2입력전기신호(20a)의 크기를 정하면 높은 분해능을 가지며, 상기 측정단 광학통로 회로의 제1입력전기신호(10a)의 크기를 광흡수 대상체(C)의 흡광도 또는 농도에 따라 제1광원(110)의 최대 구동 전류영역까지 사용함으로써 도 2의 일반적인 광학식 센서의 광검출기 신호처리회로 대비 동적영역이 확대되거나
동적영역을 최대로 활용할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 도 5에서 예로서 도시한 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100b)의 제어부(130)는 제2출력전기신호(20b)와 제2기준전기신호(30a)를 비교하여 제1광검출기(120) 및 제2광검출기(150) 각각에 인가하는 바이어스 전압을 제어할 수 있다. 제어부(130)는 제2출력전기신호(20b)와 제2기준전기신호(30a)를 비교하여 온도 변화에 관계없이 제2출력전기신호(20b)가 일정한 값을 가지도록 상기 바이어스 전압을 제어할 수 있다. 도 5에는 제2기준전기신호(30a)로서 전압설정부(Voltage Setting)에 의해 제공되는 기준전압(30a, Vset)이 예시되어 있으나 제2기준전기신호(30a)는 전류의 형태일 수도 있다. 이하 설명의 편의상 제2기준전기신호(30a)로서 기준전압(30a, Vset)을 활용하여 설명하기로 한다. 이러한 설명이 본 명세서에서 개시하는 기술의 권리범위를 제한할 의도가 아님을 분명히 밝혀둔다.
한편, 전압설정부(Voltage Setting)에 의해 제공되는 기준전압(30a, Vset)은 전압설정부(Voltage Setting)에 기준전압(10c, Vref)을 직접 셋팅하는 방식으로 제공되거나, 전압설정부(Voltage Setting)에 설정을 원하는 제1출력전기신호(10b)의 값(예로서, 전류값) 및 제2출력전기신호(20b)의 값(예로서, 전류값)을 입력하고 이를 기준전압(30a, Vset)으로 변환하는 방식을 통하여 제공될 수도 있다. 기준전압(30a, Vset)은 제1광검출기(120) 및 제2광검출기(150) 각각에 인가되는 동작전압을 제어한다. 이를 통하여 제2피드백 회로부(134)는 온도변화에 상관없이 제1광검출기(120) 및 제2광검출기(150) 각각의 이득 또는 제1출력전기신호(10b) 및 제2출력전기신호(20b)를 일정하게 유지할 수 있다. 후술하는 내용과 같이, 제어부(130)는 제2기준전기신호(30a)에 따라 상기 바이어스 전압을 제어할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100b)는 제어부(130)에 의한 제2기준전기신호(30a)의 제어를 통한 상기 바이어스 전압 제어를 통해 제1광검출기(120) 및 제2광검출기(150) 각각에 인가되는 상기 동작전압을 제어함으로써 온도가 변화하더라도 제1출력전기신호(10b) 및 제2출력전기신호(20b)가 일정한 값을 가지도록 하거나, 제1광검출기(120) 및 제2광검출기(150)의 광검출 이득이 일정한 값을 가지도록 할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100b)의 제어부(130)는 제1피드백 회로부(132) 및 제2피드백 회로부(134)를 포함할 수 있다.
제1피드백 회로부(132)는 제1출력전기신호(10b)와 도 3의 제1기준전기신호(10c)로서 작용하는 제2출력전기신호(20b)를 비교하는 제1비교부(132a) 및 제1비교부(132a)의 비교 결과를 통해 제2출력전기신호(20b)의 크기 대비 제1출력전기신호(10b)의 크기의 차이-이하 제2편차라 함-를 판별하고 상기 제2편차의 크기에 따라 제1입력전기신호(10a)의 출력값을 조절하는 제1입력전기신호 제어부(132b)를 포함할 수 있다.
제2피드백 회로부(134)는 제2출력전기신호(20b)와 제2기준전기신호(30a)를 비교하는 제2비교부(134a) 및 제2비교부(134a)의 비교 결과를 통해 제2기준전기신호(30a)의 크기 대비 제2출력전기신호(20b)의 상기 크기의 차이-이하 제3편차라 함-를 판별하고 상기 제3편차의 크기에 따라 바이어스 전압을 조절하는 바이어스 전압 제어부(134b)를 포함할 수 있다.
제1피드백 회로부(132)와 관련하여 도 5에는 제2출력전기신호(20b)로서 제2광원(140)으로부터 방사된 후 상기 제2광경로를 경유하여 제2광검출기(150)에 도달하여 흡수되는 제2광원(140)의 광의 적어도 일부에 의해 제2광검출기(150)에 흐르는 전류(ISS1)가 예로서 표현되어 있다. 도면에 도시한 바와 달리, 제2출력전기신호(20b)는 전압의 형태일 수도 있다. 이하 설명의 편의상 제2출력전기신호(20b)로서 전류(ISS1)를 활용하여 설명하기로 한다. 이러한 설명이 본 명세서에서 개시하는 기술의 권리범위를 제한할 의도가 아님을 분명히 밝혀둔다.
제2출력전기신호(20b)인 전류(ISS1)는 센싱저항(RS1)과 차동증폭기(Av1)에 의해 전압(Vref)으로 출력되어 제1비교부(132a)에 인가될 수 있다. 도면에는 전류(ISS1)를 전압(Vref)으로 출력하기 위한 저항으로서 전류(ISS2)를 전압(Vout)으로 출력하기 위한 출력 센싱저항(RS1)과 동일한 경우가 예시되어 있으나 전류(ISS1)를 전압(Vref)으로 출력하기 위한 저항은 다른 저항값을 가질 수도 있다. 또한, 도면에는 전류(ISS1)를 전압(Vref)으로 출력하기 위한 증폭기로서 전류(ISS2)를 전압(Vout)으로 출력하기 위한 차동증폭기(Av1)와 동일한 경우가 예로서 표현되어 있으나, 전류(ISS1)를 전압(Vref)으로 출력하기 위한 증폭기는 다른 증폭기가 사용될 수도 있다. 또한, 도면에는 제1비교부(132a)로서 입력되는 전압의 차이를 증폭하는 에러증폭기(Error AMP)가 예로서 표현되어 있다. 도면에 도시한 바와 달리, 제1비교부(132a)로서 입력되는 전류의 차이를 증폭하는 에러증폭기(Error AMP)가 사용될 수도 있다. 이하 설명의 편의상 제1비교부(132a)로서 입력되는 전압의 차이를 증폭하는 에러증폭기(Error AMP)를 활용하여 설명하기로 한다. 이러한 설명이 본 명세서에서 개시하는 기술의 권리범위를 제한할 의도가 아님을 분명히 밝혀둔다.
제1비교부(132a)는 제1출력전기신호(10b)와 제2출력전기신호(20b)를 비교하여 상기 제2편차를 그대로 또는 미리 정해진 방식에 따라 증폭하거나 감쇄하여 제1입력전기신호 제어부(132b)에 제공할 수 있다. 제1입력전기신호 제어부(132b)는 제1입력전기신호(10a)의 출력값을 제어할 수 있다. 상술한 과정은 상기 제2편차가 실질적으로 0이 될 때까지 반복되며, 이를 통하여 제어부(130)는 제1출력전기신호(10b)의 크기를 제어할 수 있다.
도면에는 제1입력전기신호 제어부(132b)로서 드라이브증폭기(132b, Drive AMP)가 예로서 표현되어 있다. 드라이브증폭기(132b, Drive AMP)는 예로서 상기 제2편차에 따라 제1비교부(132a)가 제공하는 전압에 의해 구동되는 전압제어저항(Voltage Controlled Register, VCR, 미도시)에 의해 제1광원(110)에 전류를 제공할 수 있다. 도면에 예로서 도시한 바와 같이, 제1입력전기신호 제어부(132b)가 제1광원(110)에 제공하는 전류는 센싱저항(RS2)과 차동증폭기(Av2)에 의해 전압으로 변환되어 전류감지부(Current Sensing)에 제공되고, 전류감지부(Current Sensing)는 제공되는 전압으로부터 제1입력전기신호 제어부(132b)가 제1광원(110)에 제공하는 제1입력전기신호(10a)인 전류(Iout)를 확인할 수 있다.
도 5에 예로서 도시한 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100b)는 제1피드백 회로부(132)를 통하여 제1광원(110)이 제공하는 광에 의한 제1광검출기(120)의 제1출력전기신호(10b)를 제1기준전기신호(10c)로서 제2광원(140)이 제공하는 광에 의한 제2광검출기(150)의 제2출력전기신호(20b)와 비교한 후 제1광원(110)에 인가되는 제1입력전기신호(10a)를 제어하여 제1출력전기신호(10b)를 제어할 수 있다. 또한, 도 5에 예로서 도시한 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100b)는 제2입력전기신호(20a)의 크기 대비 제1입력전기신호(10a)의 크기의 차이로부터 광흡수 대상체(C)의 흡광도 또는 농도를 측정할 수 있다. 이를 통해 도 5에 예로서 도시한 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100b)는 제1피드백 회로부(132)를 통해 온도변화에 따라 변화되는 제1광원(110)의 파라미터 특성 변화에 따라 제1출력전기신호(10b)가 온도변화에 따라 변화함에 따라 제1입력전기신호(10a)의 크기가 변화되는 것을 자동으로 보정할 수 있다. 제1피드백 회로부(132)의 구체적인 동작에 대해서는 앞서 도 4와 관련한 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100a)의 동작 설명에서 상세히 설명한 바, 이에 대한 자세한 설명은 설명의 편의상 생략하기로 한다.
제2피드백 회로부(134)와 관련하여 도 5에는 제2출력전기신호(20b)로서 제2광원(140)으로부터 방사된 후 상기 제2광경로를 경유하여 제2광검출기(150)에 도달하여 흡수되는 제2광원(140)의 광의 적어도 일부에 의해 제2광검출기(150)에 흐르는 전류(ISS1)가 예로서 표현되어 있다. 도면에 도시한 바와 달리, 제2출력전기신호(20b)는 전압의 형태일 수도 있다. 이하 설명의 편의상 제2출력전기신호(20b)로서 전류(ISS1)를 활용하여 설명하기로 한다. 이러한 설명이 본 명세서에서 개시하는 기술의 권리범위를 제한할 의도가 아님을 분명히 밝혀둔다
제2출력전기신호(20b)인 전류(ISS1)는 센싱저항(RS1)과 차동증폭기(Av1)에 의해 전압(Vref)으로 출력되어 제2비교부(134a)에 인가될 수 있다. 도 5에는 제2비교부(134a)로서 입력되는 전압의 차이를 증폭하는 에러증폭기(Error AMP)가 예로서 표현되어 있다. 도면에 도시한 바와 달리, 제2비교부(134a)로서 입력되는 전류의 차이를 증폭하는 에러증폭기(Error AMP)가 사용될 수도 있다. 이하 설명의 편의상 제2비교부(134a)로서 입력되는 전압의 차이를 증폭하는 에러증폭기(Error AMP)를 활용하여 설명하기로 한다. 이러한 설명이 본 명세서에서 개시하는 기술의 권리범위를 제한할 의도가 아님을 분명히 밝혀둔다.
제2비교부(134a)는 제2출력전기신호(20b)와 제2기준전기신호(30a)를 비교하여 상기 제3편차를 그대로 또는 미리 정해진 방식에 따라 증폭하거나 감쇄하여 바이어스 전압 제어부(134b)에 제공할 수 있다. 바이어스 전압 제어부(134b)는 바이어스 전압(Vbias_v)을 조절할 수 있으며, 바이어스 전압 제어부(134b)의 바이어스 전압(Vbias_v) 조절에 따라 제2출력전기신호(20b)는 조절될 수 있다. 상술한 과정은 상기 제3편차가 실질적으로 0이 될 때까지 반복되며, 이를 통하여 제어부(130) 즉, 제2피드백 회로부(134)는 제2출력전기신호(20b)의 크기를 제어할 수 있다. 바이어스 전압(Vbias_v)은 제1광검출기(120)에도 인가되는바, 제2피드백 회로부(134)를 통해 제1출력전기신호(10b)의 크기 역시 제어할 수 있다. 또한, 제1출력전기신호(10b)는 상술한 제1피드백 회로부(132)에 의해 제1출력전기신호(10b)의 크기가 조절됨에 따라 조절될 수 있다. 일례로, 본 명세서에서 개시하는 기술은 제1피드백 회로부(132)를 통하여 제1출력전기신호(10b)를 제1기준전기신호(10c)인 제2출력전기신호(20b)와 비교한 후 제1광원(110)에 인가되는 제1입력전기신호(10a)를 제어하여 제1출력전기신호(10b)를 제1기준전기신호(10c)인 제2출력전기신호(20b)와 같아지도록 제어할 수도 있다.
한편, 제2기준전기신호(30a)인 기준전압(30a, Vset)은 제1광검출기(120) 및 제2광검출기(150) 각각에 인가되는 동작전압을 제어한다. 이를 통하여 제2피드백 회로부(134)는 온도변화에 상관없이 제1광검출기(120) 및 제2광검출기(150) 각각의 이득 또는 제1출력전기신호(10b) 및 제2출력전기신호(20b)를 일정하게 유지할 수 있다.
도 5에는 바이어스 전압 제어부(134b)로서 드라이브증폭기(134b, Drive AMP)가 예로서 표현되어 있다. 드라이브증폭기(134b, Drive AMP)는 예로서 상기 제3편차에 따라 제2비교부(134a)가 제공하는 전압에 의해 구동되는 전압제어저항(Voltage Controlled Register, VCR, 미도시)에 의해 제2광검출기(150) 및 제1광검출기(120)에 바이어스 전압(Vbias_v)을 제공할 수 있다.
도 5에 예로서 도시한 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100b)는 제1피드백 회로부(132)를 통하여 제1광원(110)이 제공하는 광에 의한 제1광검출기(120)의 제1출력전기신호(10b)를 제1기준전기신호(10c)로서 제2광원(140)이 제공하는 광에 의한 제2광검출기(150)의 제2출력전기신호(20b)와 비교한 후 제1광원(110)에 인가되는 제1입력전기신호(10a)를 제어하여 제1출력전기신호(10b)를 제어할 수 있다. 일례로, 제1피드백 회로부(132)를 통하여 제1출력전기신호(10b)를 제1기준전기신호(10c)인 제2출력전기신호(20b)와 비교한 후 제1광원(110)에 인가되는 제1입력전기신호(10a)를 제어하여 제1출력전기신호(10b)를 제1기준전기신호(10c)인 제2출력전기신호(20b)와 같아지도록 제어할 수도 있다. 이를 통해 온도변화에 따른 제1출력전기신호(10b)의 변화를 자동으로 보정할 수 있다.
또한, 도 5에 예로서 도시한 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100b)는 제2피드백 회로부(134)에 의한 제2기준전기신호(30a)의 제어를 통한 상기 바이어스 전압 제어를 통해 제1광검출기(120) 및 제2광검출기(150) 각각에 인가되는 상기 동작전압을 제어함으로써 온도가 변화하더라도 제1출력전기신호(10b) 및 제2출력전기신호(20b)가 일정한 값을 가지도록 하거나, 제1광검출기(120) 및 제2광검출기(150)의 광검출 이득이 일정한 값을 가지도록 할 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하여 본 기술에서 제시하는 광검출기 신호처리회로(100b)의 동작을 도 4에 예로서 도시한 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100a)와 비교하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
설명에 앞서, 도 4에 예로서 도시한 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100a)에 대한 도 5에 예로서 도시한 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100b)의 차이점은 다음과 같다.
도 5에 예로서 도시한 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100b)는 도 4에 예로서 도시한 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100a)에 제2피드백 회로부(134)를 추가한 기술적 특징을 가진다. 이를 통하여 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100b)는 제1피드백 회로부(132)의 작용효과인 온도변화에 따라 변화되는 제1광원(110)의 파라미터 특성 변화에 따라 제1출력전기신호(10b)가 온도변화에 따라 변화함에 따라 제1입력전기신호(10a)의 크기가 변화되는 것을 자동으로 보정할 수 있는 효과를 제공할 수 있다. 이와 함께, 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100b)는 제2피드백 회로부(134)의 작용효과인 바이어스 전압 제어를 통해 제1광검출기(120) 및 제2광검출기(150) 각각에 인가되는 동작전압을 제어함으로써 온도가 변화하더라도 제1출력전기신호(10b) 및 제2출력전기신호(20b)가 일정한 값을 가지도록 하거나, 제1광검출기(120) 및 제2광검출기(150)의 광검출 이득이 일정한 값을 가지도록 할 수 있는 효과를 아울러 제공해 줄 수 있다.
이에 제2피드백 회로부(134)를 위주로 하여 도 5에서 예로서 도시한 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100b)의 동작을 도 4에 예로서 도시한 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100a)와 비교하여 구체적으로 설명하기로 한다.
이하 설명의 편의상 제1광원(110) 및 제1광검출기(120)를 측정단 광학통로 회로라 칭하고, 제2광원(140) 및 제2광검출기(150)를 기준단 광학통로 회로라 칭하기로 한다. 상기 측정단 광학통로 회로의 상기 제1광경로 상에는 흡광도 또는 농도 측정 대상인 광흡수 대상체(C)가 마련될 수 있으며, 상기 기준단 광학통로 회로의 상기 제1경로 상에는 공기가 마련된 경우를 가정하기로 한다.
일례로, 제1광원(110) 및 제2광원(140)은 동일한 특성의 광을 방사할 수 있다. 제1광검출기(120) 및 제2광검출기(150)는 전기적 특성이 동일할 수 있다. 제1광검출기(120) 및 제2광검출기(150) 각각의 양단에는 바이어스 전압에 의해 동일한 동작전압이 인가될 수 있다. 상기 제1광경로 및 상기 제2광경로는 서로 일치하는 경로를 가질 수 있다. 도 5에 예로서 도시한 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100b)의 제어부(130) 즉, 제2피드백 회로부(134)는 상기 바이어스 전압을 제어함으로써 제1광검출기(120) 및 제2광검출기(150) 각각에 인가되는 상기 동작전압의 크기를 동일하게 제어할 수 있다. 제2피드백 회로부(134)는 제2출력전기신호(20b)와 제2기준전기신호(30a)의 크기 차이인 상기 제3편차를 입력값으로 하는 제2비교부(134a)를 포함할 수 있다. 제2비교부(134a)는 예로서 입력되는 전압의 차이를 증폭하는 에러증폭기(Error AMP)일 수 있다. 제2비교부(134a)는 제2출력전기신호(20b)와 제2기준전기신호(30a)를 비교하여 상기 제3편차를 그대로 또는 미리 정해진 방식에 따라 증폭하거나 감쇄하여 바이어스 전압 제어부(134b)에 제공할 수 있다. 바이어스 전압 제어부(134b)는 제2비교부(134a)가 제공하는 신호를 통해 바이어스 전압(Vbias_v)을 조절할 수 있다. 바이어스 전압 제어부(134b)는 예로서 드라이브증폭기(134b, Drive AMP)일 수 있다. 바이어스 전압 제어부(134b)는 예로서 상기 제3편차에 따라 제2비교부(134a)가 제공하는 신호에 의해 구동되는 전압제어저항(Voltage Controlled Register, VCR, 미도시)에 의해 제2광검출기(150) 및 제1광검출기(120)에 바이어스 전압(Vbias_v)을 제공할 수 있다.
제1광검출기(120) 및 제2광검출기(150)의 전기적 특성이 동일하고, 상기 제1광경로 및 상기 제2광경로가 일치하고, 전류(ISS1)를 전압(Vref)으로 출력하기 위한 저항으로서 전류(ISS2)를 전압(Vout)으로 출력하기 위한 출력 센싱저항(RS1)과 동일한 저항을 사용하고, 전류(ISS1)를 전압(Vref)으로 출력하기 위한 증폭기로서 전류(ISS2)를 전압(Vout)으로 출력하기 위한 차동증폭기(Av1)와 동일한 증폭기를 사용한 경우를 가정하자. 제1피드백 회로부(132)를 통해 제1출력전기신호(10b)와 제2출력전기신호(20b)를 비교한 후 제1광원(110)에 인가되는 제1입력전기신호(10a)를 제어함으로써 본 기술은 제1입력전기신호(10a)의 출력값 대비 제2입력전기신호(20a)의 크기로부터 온도변화에 따른 제1광검출기(120)의 특성변화에 상관없이 광흡수 대상체(C)의 흡광도 또는 농도를 측정할 수 있다는 점은 앞서 도 4와 관련하여 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100a)에 대한 상세한 설명에서 상술한 바 있다.
도 5에 예로서 도시한 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100b)와 같이 제1피드백 회로부(132)와 별도로 제2피드백 회로부(134)를 추가로 구성할 경우, 제2피드백 회로부(134)에 의한 제2기준전기신호(30a)의 제어를 통한 상기 바이어스 전압 제어를 통해 제1광검출기(120) 및 제2광검출기(150) 각각에 인가되는 동작전압을 제어함으로써 온도가 변화하더라도 제1출력전기신호(10b) 및 제2출력전기신호(20b)가 일정한 값을 가지도록 하거나, 제1광검출기(120) 및 제2광검출기(150)의 광검출 이득이 일정한 값을 가지도록 할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 제2피드백 회로부(134)는 제2출력전기신호(20b)와 제2기준전기신호(30a)를 비교하여 제1광검출기(120) 및 제2광검출기(150)에 각각 인가되는 바이어스 전압(Vbias_v)을 제어함으로써 제1광검출기(120)와 제2광검출기(150)의 동작을 위해 제1광검출기(120)와 제2광검출기(150)의 양단에 인가되는 동작전압을 제어할 수 있다. 온도변화에 따른 제1광검출기(120)와 제2광검출기(150)의 양단에 인가되는 동작전압의 변동은 제1출력전기신호(10b) 및 제2출력전기신호(20b)의 변동을 야기할 수 있다. 제2피드백 회로부(134)는 제2기준전기신호(30a)에 따라 제2출력전기신호(20b)가 일정한 값을 가지도록 제어함으로써 온도가 변화하더라도 제1출력전기신호(10b) 및 제2출력전기신호(20b)가 일정한 값을 가지도록 하거나, 제1광검출기(120) 및 제2광검출기(150)의 광검출 이득이 일정한 값을 가지도록 할 수 있다.
일례로, 제1광검출기(120)로서 실리콘 광배전관(SiPM)이 사용될 수 있고, 제2광검출기(150)로서 실리콘 광배전관(SiPM)이 사용될 수 있다. 제어부(130)는 제1출력전기신호(10b)의 크기가 제2출력전기신호(20b)의 크기와 동일하게 되도록 제1입력전기신호(10a)의 출력값을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(130)는 제2출력전기신호(20b)와 제2기준전기신호(30a)를 비교하여 온도 변화에 관계없이 제2출력전기신호(20b)가 일정한 값을 가지도록 바이어스 전압을 제어할 수 있다. 제1광검출기(120)로서 사용되는 실리콘 광배전관(SiPM) 및 제2광검출기(150)로서 사용되는 실리콘 광배전관(SiPM)은 각각 가이거 모드에서 작동하는 실리콘 광배전관(SiPM)일 수 있다.
실리콘 광배전관(SiPM)에 인가되는 바이어스 전압(Vbias_v)은 항복전압과 과전압의 합으로 표현될 수 있다. 상기 항복전압은 가이거 모드를 생성하기 위해 공핍영역(depletion region)에 충분히 높은 전기장을 발생시키는 바이어스 포인트를 의미한다. 상기 과전압은 바이어스 전압(Vbias_v)과 상기 항복전압의 차이를 의미한다. 실리콘 광배전관(SiPM)의 이득은 광자에 의해 생성된 전하의 양으로 정의되며, 상기 과전압에 비례하는 특성을 가진다. 실리콘 광배전관(SiPM)의 항복전압은 온도의 함수로서 온도변화에 따라 변화하며 선형성에 가까운 변화 특성을 가진다. 이에 따라 고정된 바이어스 전압(Vbias_v)이 인가되는 경우에는 온도변화에 따른 실리콘 광배전관(SiPM)의 항복전압의 변화에 따라 실리콘 광배전관(SiPM)의 과전압 역시 온도변화에 따라 변화하게 된다. 따라서 고정된 바이어스 전압(Vbias_v)이 인가되는 경우에 온도가 증가할수록 실리콘 광배전관(SiPM)의 상기 항복전압이 증가함에 따라 실리콘 광배전관(SiPM)의 상기 과전압은 감소하게 된다. 실리콘 광배전관(SiPM)의 상기 과전압의 감소는 실리콘 광배전관(SiPM)의 상기 이득의 감소를 야기하며, 결과적으로 실리콘 광배전관(SiPM)에 흐르는 바이어스 전류인 전류(ISS1)와 전류(ISS2)는 감소하게 된다. 온도변화에 따른 실리콘 광배전관(SiPM)의 상기 이득의 변화는 측정오차를 증가시키는 결과를 가져올 수 있다.
도 5에 예로서 도시한 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100b)는 제2피드백 회로부(134)를 통해 제2출력전기신호(20b)와 제2기준전기신호(30a)를 비교하여 온도 변화에 관계없이 제2출력전기신호(20b)가 일정한 값을 가지도록 바이어스 전압을 제어할 수 있다. 바이어스 전압(Vbias_v)은 제1광검출기(120)에도 인가되는바, 제2피드백 회로부(134)를 통해 제1출력전기신호(10b)의 크기 역시 제어할 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 도 5에 예로서 도시한 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100b)는 제2피드백 회로부(134)를 통해 제2출력전기신호(20b)와 제2기준전기신호(30a)를 비교하여 상기 제3편차의 크기에 따라 바이어스 전압(Vbias_v)을 조절할 수 있다. 상술한 과정은 상기 제3편차가 실질적으로 0이 될 때까지 반복되며, 이를 통하여 제어부(130) 즉, 제2피드백 회로부(134)는 제1광검출기(120) 및 제2광검출기(150) 각각에 인가되는 과전압이 온도변화에 관계없이 일정하게 유지되도록 할 수 있다. 즉, 도 5에 예로서 도시한 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100b)는 제2피드백 회로부(134)를 통해 제1광검출기(120) 및 제2광검출기(150) 각각의 이득 또는 제1출력전기신호(10b) 및 제2출력전기신호(20b)를 일정하게 유지할 수 있다. 이를 통해 도 5에 예로서 도시한 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100b)는 도 4에 예로서 도시한 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100a)에 비해 광흡수 대상체(C)의 흡광도 또는 농도를 측정함에 있어 오차를 보다 더 줄여줄 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
상술한 예시에서는 동일한 특성을 가지는 제1광원(110) 및 제2광원(140), 제1광검출기(120) 및 제2광검출기(150)로서 동일한 특성을 가지는 SiPM을 예로서 활용하여 설명하였으나, 제1광원(110) 및 제2광원(140)의 특성이 동일하지 않고, 제1광검출기(120) 및 제2광검출기(150)의 특성이 동일하지 않더라도 본 기술이 제공하는 기술적 특징에 의하여 얻어지는 상술한 효과는 마찬가지로 적용될 수 있음을 자명하다 할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 명세서에서 개시하는 기술은 제어부 즉, 제1피드백 회로부를 통하여 제1광원이 제공하는 광에 의한 제1광검출기의 제1출력전기신호를 제1기준전기신호와 비교하여 상기 제1광원에 인가되는 제1입력전기신호를 제어하여 상기 제1출력전기신호를 일정하게 제어함으로써 상기 제1광원과 상기 제1광검출기 사이의 경로인 제1광경로 상에 마련되는 광흡수 대상체의 흡광도가 변화하더라도 상기 제1출력전기신호의 크기를 일정하게 유지할 수 있다. 이를 통해 제1광검출기로 주로 사용되는 포토다이오드가 수신되는 광량 대비 변환하여 출력하는 광전류의 크기의 비가 비선형성 및 포화특성을 가지더라도 본 기술을 통할 경우에 광흡수 대상체의 흡광도 또는 농도 대비 제1입력전기신호의 크기는 선형성을 유지할 수 있어 광흡수 대상체의 흡광도 또는 농도 측정의 정확성을 높일 수 있는 효과를 제공해 줄 수 있다. 본 명세서에서 개시하는 기술은 제어부에 의해 제어되는 제1입력전기신호의 크기로부터 광흡수 대상체의 상기 흡광도 또는 상기 농도를 측정할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 개시하는 기술은 제1광원 및 제1광검출기에 대응하여 제2광원 및 제2광검출기를 도입하고, 제1피드백 회로부를 통하여 제1광원이 제공하는 광에 의한 제1광검출기의 제1출력전기신호를 제2광원이 제공하는 광에 의한 제2광검출기의 제2출력전기신호를 상기 제1기준전기신호로 하여 이들을 비교하여 상기 제1광원에 인가되는 제1입력전기신호를 제어하여 상기 제1출력전기신호를 제어하고, 상기 제1입력전기신호를 상기 제2광원에 인가되는 제2입력전기신호와 상호 비교하여 광흡수 대상체의 흡광도 또는 농도 측정함으로써 온도변화에 따른 제1광검출기 및 제2광검출기의 파라미터 변화에 따라 광흡수 대상체의 흡광도 또는 농도 측정값이 달라지는 영향을 자동 보정할 수 있는 효과를 제공해 줄 수 있다.
또한, 본 명세서에서 개시하는 기술은 제2피드백 회로부를 통하여 제2광검출기의 제2출력전기신호를 제2기준전기신호와 비교하여 제1광검출기 및 상기 제2광검출기 각각에 동작전압을 인가하는 바이어스 전압을 제어하여 상기 제1광검출기의 제1출력전기신호 및 상기 제2광검출기의 상기 제2출력전기신호의 크기를 각각 미리 설정한 값으로 일정하게 유지할 수 있도록 함으로써 온도변화에 관계없이 상기 제1광검출기 및 상기 제2광검출기가 일정한 이득을 유지하도록 할 수 있는 효과를 제공해 줄 수 있다.
이하 구체적인 실시 예를 통하여 본 명세서에서 개시하는 기술의 동작 및 작용효과를 설명하기로 한다.
도 6은 실제로 구현한 구동보드의 사진이다. 도 7은 온습도 시험장비 사진이다. 도 8은 총인 농도에 따라 푸르게 비색된 샘플(왼쪽부터 1mg/1000ml, 2mg/1000ml, 3mg/1000ml, 4mg/1000ml, 5mg/1000ml)을 보여주는 사진이다. 도 9는 고정 바이어스전압 이중광학통로 신호처리회로의 온도변화에 따른 출력전류, SiPM 바이어스전류 및 바이어스전압을 보여주는 도면이다. 도 10은 LED 입력전류에 따른 일반적인 신호처리회로(Conventional ROIC)와 제안된 신호처리회로(Proposed ROIC)의 출력전류를 비교한 도면이다. 도 11은 가변 바이어스전압 이중광학통로 신호처리회로의 온도변화에 따른 출력전류, SiPM 바이어스전류 및 바이어스전압을 보여주는 도면이다. 도 12는 고정 바이어스전압 이중광학통로 신호처리회로(Fixed bias voltage ROIC)와 가변 바이어스전압 이중광학통로 신호처리회로(Variable bias voltage ROIC)의 온도변화에 따른 SiPM 바이어스전압을 비교한 도면이다. 도 13은 고정 바이어스전압 이중광학통로 신호처리회로(Fixed bias voltage ROIC)와 가변 바이어스전압 이중광학통로 신호처리회로(Variable bias voltage ROIC)의 온도변화에 따른 SiPM 바이어스전류를 비교한 도면이다. 도 14는 고정 바이어스전압 이중광학통로 신호처리회로(Fixed bias voltage ROIC)와 가변 바이어스전압 이중광학통로 신호처리회로(Variable bias voltage ROIC)의 온도변화에 따른 출력전류를 비교한 도면이다. 도 15는 가변 바이어스전압 이중광학통로 신호처리회로로 측정된 총인 농도에 따른 출력전류를 보여주는 도면이다.
제안한 회로의 성능을 평가하기 위하여 도 6과 같이 실구현하였다. 이때 측정에 사용한 LED는 ODTECH사의 OL87KLB를 사용하였으며, 차동증폭기는 Analog Device사의 AD620, 드라이버증폭기는 On-Semiconductor사의 NCS2372, SiPM은 On-Semiconductor사의 MICRORB-10035-MLP를 사용하였다.
제작한 보드는 LED광원 구동보드, 랩온어칩(Lab-on-a-Chip, LOC) 구동보드, SiPM 구동보드와 연결된 3개의 보드를 제어 및 측정하고 출력하는 메인 보드 등 총 4장으로 구성하였다. 이중광학통로 신호처리회로를 구현하기 위한 구조물로서 공기와 시료를 분리하여 담는 직각 구조의 용기와 LED 광원의 상호 간섭을 줄이기 위한 간섭차단 기구를 3D 프린터로 제작하였다.
도 6의 (a)는 특성평가를 위해 시험 준비된 신호처리회로(ROIC) 구동 보드의 사진이다. 도 6의 (b)는 실구현한 각각의 보드를 표시하였다. 왼쪽 상단에서 반시계방향으로 SiPM 구동보드, 메인 보드, LED 구동보드, 랩온어칩 구동보드이다.
제안한 신호처리회로의 온도변화에 따른 성능을 평가하였는데, 온습도 시험기는 경상북도 영천시에 소재한 항공전자시험평가센터의 H1500(KOLAS)와 대구광역시 달서구에 있는 나노융합실용화센터의 SH-100모델(삼흥기계공사)을 사용하였다.
실험에 사용한 신호처리회로는 기구 결합이 없는 보드 상태로, 동일한 구동보드를 2가지 방안으로 수정하여 시험하였다. 측정단의 시료 농도를 기준단의 농도와 동일하도록 시료가 없는 공기매질에서 -10 ~ 50℃ 범위에서 온도를 5℃씩 변화시켜가며 각 온도 구간에서 20분씩 유지시킨 후 측정단의 LED 출력전류, SiPM의 바이어스전류 및 바이어스전압을 측정하였다. 측정에 사용한 기준단의 LED 입력전류는 1mA로 설정하였으며 두 SiPM의 바이어스전류는 상온(25℃)에서 약 0.3mA가 되도록 설정하였다. SH-100 온습도 시험 장비를 사용하여 측정을 위한 상태는 도 7과 같다.
비색법(Colorimetric)은 색 시약을 이용하여 빛의 특정 파장의 흡광도를 측정하여 용액의 농도를 정성 및 정량하는 방법으로 비색 분석이라고도 하며 유기 및 무기 화합물 모두에서 사용된다. 용액에 의한 빛의 흡수가 농도와 시료의 두께에 의존한다는 비어-램버트(Beer-Lambert) 법칙을 이용해서 용액의 농도를 측정한다. 비색법 기반 광학식 센서는 수질오염 분석의 하나인 총인(Total-Phosphorus) 분석법에 사용된다. 총인 분석법은 수생태계의 부영양화 정도를 나타내는 지표로써 수생태계에 포함된 인의 총량을 의미한다. 인은 수생태계에서 다양한 물질들과 결합하여 화합물(Compound) 형태로 존재하며 측정을 위해서는 전처리 과정을 통해 인산염인 형태로 분해되어야 한다. 전처리 과정을 통해 분해된 인산염 인은 발색제(몰리브덴-아스코르브산 혼합액)에 의해 파란색으로 발색되며, 시료의 흡광도를 측정하는 비색법을 활용하여 시료 속에 포함된 총인의 농도를 정량적으로 측정하게 된다.
총인 분석을 위해 필요한 시약의 제조방법은 다음과 같다.
1. 과황산칼륨 용액(4W/V %): 과황산칼륨(Potassium Persulfate, K2S2O8) 4g을 100mL 물에 녹인다.
2. 몰리브덴산암모늄-아스코르브산 혼합액: 몰리브덴산암모늄(Ammonium Molybdate(Ⅵ), (NH4Mo7O24ㆍ4H2O)) 6g과 주석산 안티몬칼륨 0.24g을 물 300mL에 녹이고 황산 120mL와 술파민산암모늄 5g을 넣어 녹인 다음 물을 보충하여 500mL를 만들고 여기에 7.2% L-아스코르브산(Ascorbic Acid: C6H8O6) 용액 100mL를 넣어 섞는다. 반드시 사용 직전에 제조한다.
3. 인산염인 표준원액(1000mg PO4-P/L): 미리 105℃에서 건조한 인산이수소 칼륨(Potassium Phosphate, Monobasic; KH2PO4; 표준시약) 0.439g을 정밀히 달아 물에 녹여 정확히 1000mL를 만든다.
4. 인산염인 표준용액(100mg PO4-P/L)을 100배 희석한 후 몰리브덴산암모늄 아스코르브산 혼합액 0.8mL를 넣어 흔들어 섞은 후 20~40℃에서 15분간 방치한다.
5. 위 절차에 따라 제조된 시료의 총인 농도에 따라 파란색으로 발색된 시약을 활용하여 총인의 농도를 측정한다.
이하 도 4에 예로서 도시한 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100a)를 고정 바이어스전압 이중광학통로 신호처리회로라고 칭하고, 도 5에 예로서 도시한 본 기술의 광검출기 신호처리회로(100b)를 가변 바이어스전압 이중광학통로 신호처리회로라고 칭하기로 한다. 제1광원(110) 및 제2광원(140)으로는 LED를 활용하였고, 제1광검출기(120) 및 제2광검출기(150)으로는 SiPM을 활용하였다.
고정 바이어스 전압 이중광학통로 신호처리회로에 대한 평가는 다음과 같이 진행되었다.
제안한 고정 바이어스전압 이중광학통로 신호처리회로의 성능을 평가하기 위해 SiPM의 바이어스전류가 상온(25℃)에서 약 0.3mA가 되도록 바이어스전압(26.82 V)을 조정하여 온도 시험을 하였다. 도 9에서는 온도변화에 따른 LED 출력전류(Iout), SiPM의 바이어스전류(Iss1) 및 바이어스전압(Vbias)의 변화를 보여준다. 바이어스전압은 상온에서의 설정전압(26.82V) 기준 ±0.2 %(26.87~26.80V) 이내로 안정적으로 유지함을 보여주는데 미미한 편차는 정전압회로의 온도특성에 기인한 것으로 판단된다. 바이어스전류는 상온에서의 설정전류(0.313mA) 기준으로 0.970mA@-10℃에서 0.011mA@50℃ 변화로 온도 증가에 따라 감소하는 특성을 보였다. 이는 고정 바이어스전압에서 SiPM의 온도변화에 따른 이득의 특성 변화를 잘 보여준다. 출력전류(Iout)는 상온에서의 측정전류(1.023mA) 기준으로 0.739mA@-10 ℃에서 1.170 mA@50℃ 변화하여 최대 28% 편차를 보였다.
제안한 회로에서 기준단의 LED 입력전류 변화에 따른 측정단의 LED 출력전류 변화를 시료가 없는 공기매질에서 측정하였다. 측정을 위한 온도는 25℃로 설정하고, 두 SiPM의 바이어스전압은 각각 30V로 고정하였다. 기준단의 입력전류는 2mA에서 20mA까지 2mA단위로 증가시키면서 측정하였다. 기준단의 LED 입력전류에 대한 측정단의 LED 출력전류 특성은 도 10의 점선과 같이 전 영역에서 선형성을 유지하였다. 도 2의 일반적인 신호처리회로에서 LED 입력전류의 변화에 따른 SiPM 출력전류의 변화를 공기매질에서 측정하였다. 측정을 위한 온도는 25℃로 설정하고, SiPM의 바이어스전압은 30V로 고정하였다. LED의 입력전류는 2mA에서 20mA까지 2mA단위로 증가시키면서 측정하였다. 도 10의 실선과 같이 LED의 입력전류가 증가(시료의 농도가 감소)하면 SiPM의 출력전류의 변화율이 감소하는데 이는 시료의 농도가 낮은 영역에서는 분해능이 낮아짐을 알 수 있다. 즉 측정 시료의 농도를 높은 영역으로 증대하기 위해서는 LED의 입력전류를 증가시켜야 하며 이는 낮은 농도에서 시료의 분해능을 감소시킨다.
가변 바이어스 전압 이중광학통로 신호처리회로에 대한 평가는 다음과 같이 진행되었다.
제안한 가변 바이어스전압 이중광학통로 신호처리회로의 성능을 평가하기 위해 SiPM의 바이어스전류가 상온(25℃)에서 약 0.3mA가 되도록 설정하였다. 도 11에서는 온도변화에 따라 측정한 LED 출력전류(Iout_v), SiPM의 바이어스전류(Iss1_v) 및 바이어스전압(Vbias_v)을 표시하였다. 바이어스전압은 상온에서의 측정 전압(26.676V) 기준으로 23.123~30.510V로 온도변화에 따라 가변됨을 보여준다. 바이어스전류는 상온에서의 설정전류(0.313mA) 기준으로 0.6%(최대 0.319mA) 이내로 유지함을 보여준다. 출력전류는 상온에서의 측정전류(0.981mA) 기준으로 +7 %(최대 1.053mA) 이내의 편차 특성을 보였다.
비색법 기반 광학식 센서 신호처리회로 비교 분석 및 평가는 다음과 같다.
제안한 두 가지 방식의 이중광학통로 신호처리회로의 온도특성을 출력전류, SiPM의 바이어스전류 및 바이어스전압으로 구분하여 비교 분석하였다. 파란색 실선은 고정 바이어스전압 방식 및 회색 실선은 가변 바이어스전압 방식의 이중광학통로 신호처리회로의 특성 곡선이다.
도 12에서는 온도변화에 따른 두 가지 방식의 SiPM 바이어스전압의 특성을 보여준다. 고정 바이어스전압 방식에서는 바이어스전압이 온도변화에 상관없이 인가한 전압으로 일정하게 유지되나. 가변 바이어스전압 방식에서는 SiPM의 바이어스전류가 일정하게 유지하도록 하는 가변 바이어스전압 제어회로에 의해 온도변화에 따라 가변된다.
도 13에서는 온도변화에 따른 두 가지 방식의 SiPM 바이어스전류의 특성을 보여준다. 고정 바이어스전압 방식에서는 바이어스전류가 온도에 따라 변화되나, 가변 바이어스 방식에서는 SiPM의 바이어스전류가 일정하게 유지하도록 바이어스전압을 피드백 제어하여 온도변화에 상관없이 일정하게 유지된다.
도 14에서는 온도변화에 따른 두 가지 방식의 출력전류의 특성을 보여준다. 고정 바이어스전압 방식에서는 출력전류가 상온에서의 측정전류(1.023mA) 기준으로 0.739~1.170mA로 최대 28% 변화를 보이며, 가변 바이어스전압 방식에서는 출력전류가 상온에서의 측정전류(0.981mA) 기준으로 약 +7%(최대 1.053mA) 이내로 고정 바이어스전압 방식에 비해 낮은 우수한 편차 특성을 나타내었다.
도 14에서 보는 것처럼 가변 바이어스전압 이중광학통로 신호처리회로는 온도변화에 따라 변하는 SiPM의 이득 및 바이어스전류를 일정하게 유지하도록 하여 온도변화에 따라 변하는 두 SiPM 파라미터(Parameters)의 특성 변화를 최소화하여 고정 바이어스전압 이중광학통로 신호처리회로 보다 온도특성이 우수함을 보였다.
제안한 신호처리회로를 활용한 비색법 기반 광학식 센서의 구동 결과는 다음과 같다.
제안한 가변 바이어스전압 이중광학통로 신호처리회로에서 측정단의 시료 농도변화에 따른 출력전류 테스트를 상온(25℃)에서 진행하였다. 측정을 위한 SiPM의 바이어스전류는 0.3mA, 기준단의 LED 입력전류는 1mA로 설정하였다. 측정에 사용한 1mg/1000ml ~ 5mg/1000ml의 총인 농도별 비색된 혼합용량은 각각 13ml로서 직육면체의 측정 용기에 담아 측정하였다.
농도 변화에 따른 출력전류 측정실험에서 시료 농도 1 ~ 5mg/1000ml에 대해 출력전류 5.968~59.95mA의 변화를 보였는데, 그 결과를 도 15에서 로그 스케일(Log scale)과 리니어 스케일(Linear scale)로 나타내었다. 제안한 회로에서의 입출력 특성이 로그 스케일에서 선형적인 특성을 보이며, 이는 총인 농도 변화에 따른 출력 특성이 Beer-Lambert의 법칙을 잘 따르고 있음을 알 수 있으며 제안한 신호처리회로의 분해도 및 선형성이 우수함을 보여준다.
정리하면, 4차 산업혁명 시대에 접어들면서, 고성능의 스마트 센서 개발에 대한 수요가 점점 높아지고 있다. 특히, 비광학식 센서에 비해 선택도 및 민감도가 우수하며 수명이 반영구적인 광학식 센서 개발에 대한 수요가 높아지고 있다. 고성능의 광학식 센서를 개발하기 위해서는 센서 자체의 성능 개선도 중요하지만 취득된 신호를 가공하는 신호처리회로 성능 개선도 필수적이다.
본 기술에서는 광학식 센서의 측정방식 중, 가장 일반적인 방법인 비색법(Colorimetric) 기반 광학식 센서의 성능 개선에 적용될 수 있는 신호처리회로를 제안하였다. 제안된 신호처리회로에서는 가변 바이어스전압 제어 회로(Variable bias voltage control circuit)를 적용한 이중광학통로(Dual Optical Path, DOP) 방식을 구현하여 센서의 온도특성. 분해도(Resolution) 및 동적 영역(Dynamic range)을 증대시켰다. 제안된 회로에서는 예로서 두 개의 실리콘 광배전관(Silicon PhotoMultiplier, SiPM)을 사용하는 이중광학통로 센서 구조를 적용하여 두 SiPM의 바이어스전류가 동일하게 유지되도록 예로서 LED 광원의 전류를 피드백(Feedback) 제어하여 센서의 분해도 및 동적 영역을 증대시켰다. 또한, 가변 바이어스전압 제어 회로를 적용하여 각 SiPM의 이득 및 바이어스 전류를 일정하게 유지하도록 제어하여 센서의 온도변화에 따른 SiPM 파라미터(Parameters)의 특성 변화를 최소화하였다. 제안된 회로를 실구현하여 가변 바이어스전압 이중광학통로 신호처리회로는 온도변화에 따라 변하는 SiPM의 이득 및 바이어스전류를 일정하게 유지하도록 하여 온도변화에 따라 변하는 두 SiPM의 파라미터(Parameters)의 특성 변화를 최소화하여 고정 바이어스전압 이중광학통로 신호처리회로의 장점에 더하여 측정 오차가 보다 더 우수한 기술을 구현하였으며, 대표적인 비색법 기반 분석법 중 하나인 총인(Total-Phosphorus) 및 총질소(Total-Nitrogen) 분석법에 적용하여 실험한 결과 분해도 및 선형성이 우수함을 확인하였다.
상기로부터, 본 개시의 다양한 실시 예들이 예시를 위해 기술되었으며, 아울러 본 개시의 범주 및 사상으로부터 벗어나지 않고 가능한 다양한 변형 예들이 존재함을 이해할 수 있을 것이다. 그리고 개시되고 있는 상기 다양한 실시 예들은 본 개시된 사상을 한정하기 위한 것이 아니며, 진정한 사상 및 범주는 하기의 청구항으로부터 제시될 것이다.
A: 광원
B: 광검출기
C: 광흡수 대상체
10a: 제1입력전기신호
10b: 제1출력전기신호
10c: 제1기준전기신호
20a: 제2입력전기신호
20b: 제2출력전기신호
30a: 제2기준전기신호
100, 100a, 100b: 광검출기 신호처리회로
110: 제1광원
120: 제1광검출기
130: 제어부
132: 제1피드백 회로부
132a: 제1비교부
132b: 제1입력전기신호 제어부
134: 제2피드백 회로부
134a: 제2비교부
134b: 바이어스 전압 제어부
140: 제2광원
150: 제2광검출기
B: 광검출기
C: 광흡수 대상체
10a: 제1입력전기신호
10b: 제1출력전기신호
10c: 제1기준전기신호
20a: 제2입력전기신호
20b: 제2출력전기신호
30a: 제2기준전기신호
100, 100a, 100b: 광검출기 신호처리회로
110: 제1광원
120: 제1광검출기
130: 제어부
132: 제1피드백 회로부
132a: 제1비교부
132b: 제1입력전기신호 제어부
134: 제2피드백 회로부
134a: 제2비교부
134b: 바이어스 전압 제어부
140: 제2광원
150: 제2광검출기
Claims (12)
- 인가되는 제1입력전기신호를 수신하여 광을 방사할 수 있는 제1광원;
상기 제1광원으로부터 방사된 후 제1광경로를 경유하여 도달하는 광의 적어도 일부를 흡수하여 제1출력전기신호로 변환하는 제1광검출기; 및
상기 제1출력전기신호와 제1기준전기신호를 비교하여 상기 제1입력전기신호의 출력값을 제어하여 상기 제1출력전기신호의 크기를 제어하는 제어부를 포함하며,
상기 제어부는 제1피드백 회로부를 포함하며,
상기 제1피드백 회로부는
상기 제1출력전기신호와 상기 제1기준전기신호를 비교하는 제1비교부; 및
상기 제1비교부의 비교 결과를 통해 상기 제1기준전기신호의 크기 대비 상기 제1출력전기신호의 상기 크기의 차이-이하 제1편차라 함-를 판별하고 상기 제1편차의 크기에 따라 상기 제1입력전기신호의 상기 출력값을 조절하는 제1입력전기신호 제어부를 포함하는 광검출기 신호처리회로. - 삭제
- 인가되는 제1입력전기신호를 수신하여 광을 방사할 수 있는 제1광원;
상기 제1광원으로부터 방사된 후 제1광경로를 경유하여 도달하는 광의 적어도 일부를 흡수하여 제1출력전기신호로 변환하는 제1광검출기; 및
상기 제1출력전기신호와 제1기준전기신호를 비교하여 상기 제1입력전기신호의 출력값을 제어하여 상기 제1출력전기신호의 크기를 제어하는 제어부를 포함하며,
인가되는 제2입력전기신호를 수신하여 광을 방사할 수 있는 제2광원; 및
상기 제2광원으로부터 방사된 후 제2광경로를 경유하여 도달하는 광의 적어도 일부를 흡수하여 제2출력전기신호로 변환하는 제2광검출기를 더 포함하되,
상기 제2출력전기신호는 상기 제1기준전기신호로 작용하며,
상기 제어부는 상기 제1출력전기신호와 상기 제2출력전기신호를 비교하여 상기 제1입력전기신호의 상기 출력값을 제어하여 상기 제1출력전기신호의 상기 크기를 제어하는 광검출기 신호처리회로. - 제3항에 있어서,
상기 제1광검출기는 실리콘 광배전관(silicon photomultiplier, SiPM)을 포함하며,
상기 제2광검출기는 실리콘 광배전관(silicon photomultiplier, SiPM)을 포함하는 광검출기 신호처리회로. - 제3항에 있어서,
상기 제어부는 제1피드백 회로부를 포함하며,
상기 제1피드백 회로부는
상기 제1출력전기신호와 상기 제2출력전기신호를 비교하는 제1비교부; 및
상기 제1비교부의 비교 결과를 통해 상기 제2출력전기신호의 크기 대비 상기 제1출력전기신호의 상기 크기의 차이-이하 제2편차라 함-를 판별하고 상기 제2편차의 크기에 따라 상기 제1입력전기신호의 상기 출력값을 조절하는 제1입력전기신호 제어부를 포함하는 광검출기 신호처리회로. - 제3항에 있어서,
상기 제1광원 및 상기 제2광원은 동일한 특성의 광을 방사하며,
상기 제1광검출기 및 상기 제2광검출기는 전기적 특성이 동일하며, 상기 제1광검출기 및 상기 제2광검출기 각각의 양단에는 동일한 동작전압이 인가되며,
상기 제1광경로 및 상기 제2광경로는 서로 일치하는 경로를 가지며,
상기 제어부는 상기 제1출력전기신호의 상기 크기가 상기 제2출력전기신호의 크기와 동일하게 되도록 상기 제1입력전기신호의 상기 출력값을 제어하는 광검출기 신호처리회로. - 제3항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제2출력전기신호와 제2기준전기신호를 비교하여 상기 제1광검출기 및 상기 제2광검출기 각각에 인가하는 바이어스 전압을 제어하는 광검출기 신호처리회로. - 제7항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제2출력전기신호와 상기 제2기준전기신호를 비교하여 온도 변화에 관계없이 상기 제2출력전기신호가 일정한 값을 가지도록 상기 바이어스 전압을 제어하는 광검출기 신호처리회로. - 제7항에 있어서,
상기 제어부는 제1피드백 회로부 및 제2피드백 회로부를 포함하며,
상기 제1피드백 회로부는
상기 제1출력전기신호와 상기 제2출력전기신호를 비교하는 제1비교부; 및
상기 제1비교부의 비교 결과를 통해 상기 제2출력전기신호의 크기 대비 상기 제1출력전기신호의 상기 크기의 차이-이하 제2편차라 함-를 판별하고 상기 제2편차의 크기에 따라 상기 제1입력전기신호의 상기 출력값을 조절하는 제1입력전기신호 제어부를 포함하며,
상기 제2피드백 회로부는
상기 제2출력전기신호와 상기 제2기준전기신호를 비교하는 제2비교부; 및
상기 제2비교부의 비교 결과를 통해 상기 제2기준전기신호의 크기 대비 상기 제2출력전기신호의 상기 크기의 차이-이하 제3편차라 함-를 판별하고 상기 제3편차의 크기에 따라 상기 바이어스 전압을 조절하는 바이어스 전압 제어부를 포함하는 광검출기 신호처리회로. - 제7항에 있어서,
상기 제1광원 및 상기 제2광원은 동일한 특성의 광을 방사하며,
상기 제1광검출기 및 상기 제2광검출기는 전기적 특성이 동일하며,
상기 제1광경로 및 상기 제2광경로는 서로 일치하는 경로를 가지며,
상기 제어부는 상기 바이어스 전압을 제어함으로써 상기 제1광검출기 및 상기 제2광검출기 각각에 인가되는 동작전압의 크기를 동일하게 제어하는 광검출기 신호처리회로. - 제10항에 있어서,
상기 제1광검출기는 실리콘 광배전관(silicon photomultiplier, SiPM)을 포함하며,
상기 제2광검출기는 실리콘 광배전관(silicon photomultiplier, SiPM)을 포함하며,
상기 제어부는 상기 제1출력전기신호의 상기 크기가 상기 제2출력전기신호의 크기와 동일하게 되도록 상기 제1입력전기신호의 상기 출력값을 제어하며,
상기 제어부는 상기 제2출력전기신호와 상기 제2기준전기신호를 비교하여 온도 변화에 관계없이 상기 제2출력전기신호가 일정한 값을 가지도록 상기 바이어스 전압을 제어하는 광검출기 신호처리회로. - 제1항 및 제3 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1광경로 상에 마련되어 상기 제1광원이 방사하는 상기 광의 적어도 일부를 흡수하는 광흡수 대상체를 더 포함하며,
상기 제어부는 상기 제1입력전기신호의 상기 크기로부터 상기 광흡수 대상체의 흡광도를 측정하는 광검출기 신호처리회로.
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