KR102581638B1 - retina image processing device and the Method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시 예에 따른 망막 화상 처리 장치는, 콘택즈 렌즈 플랫폼에 구비되고, 외부 카메라로부터 전송된 영상 데이터의 RF 무선 신호를 수신하는 안테나; 상기 콘택즈 렌즈 플랫폼에 구비되고, 상기 안테나에 수신된 RF 무선 신호에서 DC 신호로 정류하여 이를 광 신호로 출력하는 전력 수확기; 및 망막 내에 삽입되어 상기 전력 수확기로부터 입사되는 광에 반응하여 전류 신호로 생성하는 망막신경회로를 포함하는 점에 그 특징이 있다.A retinal image processing device according to an embodiment of the present invention includes an antenna provided on a contact lens platform and receiving an RF wireless signal of image data transmitted from an external camera; A power harvester provided on the contact lens platform and rectifying the RF wireless signal received by the antenna into a DC signal and outputting it as an optical signal; And it is characterized in that it includes a retinal nerve circuit that is inserted into the retina and generates a current signal in response to light incident from the power harvester.
Description
본 발명은 망막 화상처리 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 본 발명은 시각장애인을 위한 망막 화상처리 장치에 있어서, 콘택트 렌즈에 외부 카메라로부터 영상 신호를 수신하는 안테나와 무선 전력을 발생시키는 RF 전력 수확기를 포함하는 체외부, 안구 내부에 형성된 망막신경회로(체내부)를 구성하여 망막신경회로에 고효율의 전력을 제공할 수 있는 망막 화상처리 장치 및 그 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a retinal image processing device and method. In particular, the present invention relates to a retinal image processing device for the visually impaired, which includes an antenna for receiving an image signal from an external camera on a contact lens and an RF power harvester for generating wireless power. It relates to a retinal image processing device and method that can provide highly efficient power to the retinal nerve circuit by configuring a retinal nerve circuit (inside the body) formed outside the body and inside the eye.
신경회로는 인간의 두뇌와 연결된 신경세포의 메커니즘과 유사하게 설계된 회로이다. 따라서, 신경회로는 인간의 생체 메커니즘을 모방하여 설계되는데, 인간의 기초적인 신경회로인 뉴런(neuron)의 구조를 모방하여 설계된다.A neural circuit is a circuit designed similar to the mechanism of nerve cells connected to the human brain. Therefore, neural circuits are designed by imitating human biological mechanisms, and are designed by imitating the structure of neurons, which are basic human neural circuits.
인간의 정보처리는 감각기관에서 인식하는 정보를 뉴런을 통해 두뇌가 전달받아 처리하는 방식을 취한다.Human information processing involves the brain receiving and processing information recognized by sense organs through neurons.
시각 신경과학은 인간의 시각기관을 연구하고, 이러한 시각기관의 메커니즘을 모방한 인공적인 장치를 구현하는 과학의 한 분야이다.Visual neuroscience is a field of science that studies the human visual system and implements artificial devices that mimic the mechanisms of the visual system.
인간의 시각기관을 구성하는 망막 등의 세포들의 입력, 출력 연결패턴을 이해하고, 세포들에 의한 신호의 접수, 처리, 저장, 변환 방식을 연구함으로써 생물학적 시각이 어떻게 이루어지는지를 규명하는 것이 시각 신경과학의 과제이다.Visual neuroscience aims to determine how biological vision is achieved by understanding the input and output connection patterns of cells such as the retina that make up the human visual system, and studying how signals are received, processed, stored, and converted by cells. It is a task.
이러한 연구결과를 바탕으로, 인간의 시각기관을 모방한 것 중 하나가 망막신경 회로이다. 이러한 망막신경 회로는 취득되는 이미지의 해상도를 높이고, 안정된 출력신호를 가지는 구조의 개발이 요구된다.Based on these research results, one of the things that mimics the human visual system is the retinal nerve circuit. This retinal nerve circuit requires the development of a structure that increases the resolution of the acquired image and has a stable output signal.
한편, 생체 내에 이식되어 신경조직을 감지 또는 자극하는 센서 또는 장치에 전력을 공급하기 위해 일반적으로 배터리를 사용한다. 그러나 생체 내에 이식되어 신경조직을 감지 또는 자극하는 센서 또는 장치는 크기가 소형, 경량이기 때문에 여기에 사용되는 배터리의 사이즈도 매우 작다. 배터리의 사이즈가 작기 때문에 센서 또는 장치의 활용 시간이 매우 적다. 이러한, 문제를 해결할 수 있는 방법으로 외부에서 무선으로 전력을 전달해 주는 무선 전력 전송 방법이 적합하다.Meanwhile, batteries are generally used to supply power to sensors or devices that are implanted in the body and detect or stimulate nervous tissue. However, since sensors or devices that are implanted in the body and sense or stimulate nervous tissue are small and lightweight, the size of the battery used here is also very small. Because the battery size is small, the utilization time of the sensor or device is very short. As a way to solve this problem, a wireless power transmission method that transmits power wirelessly from the outside is suitable.
이러한 무선 전력 공급은 유선으로 전기를 공급할 수 없거나 배터리 교체가 어려운 환경에서 RF 신호를 이용한 에너지의 공급을 RF 에너지 하베스팅이라고 한다. 안테나를 통하여 수신된 RF 신호는 교류(AC) 전압이기 때문에 대부분의 전자 부품이 필요로 하는 직류(DC) 전압으로 변환하기 위해서는 직류-교류 변환기(AC-DC converter), 즉 정류기가 필요하다.This wireless power supply is called RF energy harvesting, which supplies energy using RF signals in environments where wired electricity cannot be supplied or battery replacement is difficult. Since the RF signal received through the antenna is an alternating current (AC) voltage, an AC-DC converter, or rectifier, is needed to convert it to direct current (DC) voltage required by most electronic components.
하베스팅된 에너지를 효율적으로 기기에 전달함과 동시에 반도체 등에서 사용되기 위해서, 정류기의 소형화가 요구된다. In order to efficiently transfer the harvested energy to devices and at the same time use it in semiconductors, etc., rectifiers are required to be miniaturized.
또한, 하베스팅되는 에너지가 매우 저전력 이기 때문에 정류기는 고효율을 가지도록 설계되어야 한다. 또한, 정류기를 제어하는 부가회로는 단순해야 설계가 용이하고, 별도의 외부의 보조 배터리를 요구하지 않아야 한다. Additionally, because the harvested energy is very low power, the rectifier must be designed to have high efficiency. Additionally, the additional circuit that controls the rectifier should be simple to be easy to design and should not require a separate external auxiliary battery.
본 발명은 시각장애인을 위한 망막 화상처리 장치에 있어서, 콘택트 렌즈에 외부 카메라로부터 영상 신호를 수신하는 안테나와 무선 전력을 발생시키는 RF 전력 수확기를 포함하는 체외부, 안구 내부에 형성된 망막신경회로(체내부)를 구성하여 망막신경회로에 고효율의 전력을 제공할 수 있는 망막 화상처리 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention relates to a retinal image processing device for the visually impaired, which includes an external part of the body including an antenna for receiving image signals from an external camera in a contact lens and an RF power harvester for generating wireless power, and a retinal nerve circuit (body) formed inside the eye. The purpose is to provide a retinal image processing device and method that can provide high-efficiency power to a retinal neural circuit by configuring a retinal neural circuit.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical challenge that this embodiment aims to achieve is not limited to the technical challenges described above, and other technical challenges may exist.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 망막 화상 처리 장치는, 콘택즈 렌즈 플랫폼에 구비되고, 외부 카메라로부터 전송된 영상 데이터의 RF 무선 신호를 수신하는 안테나; 상기 콘택즈 렌즈 플랫폼에 구비되고, 상기 안테나에 수신된 RF 무선 신호에서 DC 신호로 정류하여 이를 광 신호로 출력하는 전력 수확기; 및 망막 내에 삽입되어 상기 전력 수확기로부터 입사되는 광에 반응하여 전류 신호로 생성하는 망막신경회로를 포함하는 점에 그 특징이 있다.As a technical means for achieving the above-described technical problem, a retinal image processing device according to an embodiment of the present invention includes an antenna provided on a contact lens platform and receiving an RF wireless signal of image data transmitted from an external camera; A power harvester provided on the contact lens platform and rectifying the RF wireless signal received by the antenna into a DC signal and outputting it as an optical signal; And it is characterized in that it includes a retinal nerve circuit that is inserted into the retina and generates a current signal in response to light incident from the power harvester.
여기서, 특히 상기 전력 수확기는, 상기 RF 무선 신호를 교류-커플링 하는 커플링 커패시터; 상기 커플링 커패시터에서 출력된 AC 신호를 입력받아 DC신호로 정류하는 다단 정류기; 및 상기 다단 정류기에서 정류된 DC 신호를 필터링 하는 필터링부;를 포함하는 점에 그 특징이 있다. Here, in particular, the power harvester includes a coupling capacitor for alternating current-coupling the RF wireless signal; A multi-stage rectifier that receives the AC signal output from the coupling capacitor and rectifies it into a DC signal; and a filtering unit that filters the DC signal rectified in the multi-stage rectifier.
여기서, 특히 상기 전력 수확기는 상기 필터링부에서 필터링된 DC 신호를 광 신호로 출력하는 마이크로 발광 다이오드(μ-LED)를 더 포함하는 점에 그 특징이 있다. Here, the power harvester is particularly characterized in that it further includes a micro light emitting diode (μ-LED) that outputs the DC signal filtered by the filtering unit as an optical signal.
여기서, 특히 상기 다단 정류기는 제1 스테이지 및 제2 스테이지가 연결되어 구성되고, 상기 제1스테이지 및 제2 스테이지의 각 RF 무선 신호 입력단에는 교류-커플링 하는 커플링 커패시터(C1 내지 C4)를 포함하는 점에 그 특징이 있다.Here, in particular, the multi-stage rectifier is configured by connecting a first stage and a second stage, and each RF wireless signal input terminal of the first stage and the second stage includes coupling capacitors (C1 to C4) for AC-coupling. Its characteristic lies in the fact that it does so.
여기서, 특히 상기 상기 제1 스테이지의 입력단에는 C1 및 C2가 연결되고, 상기 제 2 스테이지의 입력단에는 상기 C3 및 C4가 연결되는 점에 그 특징이 있다. Here, it is particularly characterized in that C1 and C2 are connected to the input terminal of the first stage, and C3 and C4 are connected to the input terminal of the second stage.
여기서, 특히 상기 C1의 출력 단자는 M1의 게이트 및 M2의 소스와 연결되고, 상기 C2의 출력 단자는 M3의 게이트 및 M4의 소스와 연결되고, 상기 C3의 출력 단자는 M1'의 게이트 및 M2'의 소스와 연결되고, 상기 C4의 출력 단자는 M3'의 게이트 및 M4'의 소스와 연결되는 점에 그 특징이 있다. Here, in particular, the output terminal of C1 is connected to the gate of M1 and the source of M2, the output terminal of C2 is connected to the gate of M3 and the source of M4, and the output terminal of C3 is connected to the gate of M1' and the source of M2'. It is connected to the source of, and the output terminal of C4 is characterized in that it is connected to the gate of M3' and the source of M4'.
여기서, 특히 상기 M4'의 게이트와 접지 사이에 C5 커패시터를 포함하고, 상기 C5 커패시터는 상기 제2 스테이지에서 출력되는 신호의 DC 성분을 균일하게 유지하는 점에 그 특징이 있다.Here, in particular, a C5 capacitor is included between the gate of M4' and ground, and the C5 capacitor is characterized in that it uniformly maintains the DC component of the signal output from the second stage.
여기서, 특히 상기 망막신경회로는, 입사하는 광에 반응하여 전류를 생성하는 전류생성부; 상기 전류생성부로부터 입력되는 전류와 동일한 크기의 전류를 출력하는 전류미러(current mirror); 및 상기 전류미러로부터 입력되는 신호를 상기 전류생성부로 되돌리는 피드백회로를 포함하고, 상기 피드백회로는, 상기 전류미러로부터 출력되는 전압의 크기를 제어하는 구성을 포함하는 점에 그 특징이 있다. Here, in particular, the retinal neural circuit includes a current generator that generates a current in response to incident light; A current mirror that outputs a current of the same magnitude as the current input from the current generator; and a feedback circuit that returns a signal input from the current mirror to the current generator, and the feedback circuit includes a component that controls the magnitude of the voltage output from the current mirror.
여기서, 특히 상기 전류생성부는, 입사하는 광에 반응하여 전류를 생성하는 포토다이오드; 상기 포토다이오드에서 생성되는 전류에 의해 전하가 축적되는 제1커패시터; 및 상기 전류생성부의 출력전압이고 기 설정값인 제1출력전압을 생성하는 제1증폭회로를 포함하는 점에 그 특징이 있다.Here, in particular, the current generation unit includes a photodiode that generates current in response to incident light; a first capacitor in which charge is accumulated by the current generated from the photodiode; and a first amplifier circuit that generates a first output voltage that is the output voltage of the current generator and is a preset value.
여기서, 특히 상기 피드백회로의 출력신호는 상기 제1증폭회로로 입력되는 점에 그 특징이 있다. Here, the output signal of the feedback circuit is particularly characterized in that it is input to the first amplifier circuit.
여기서, 특히 상기 전류미러는, 상기 제1증폭회로로부터 상기 제1출력전압을 입력받고, 제2출력전압을 출력하는 점에 그 특징이 있다.Here, the current mirror is particularly characterized in that it receives the first output voltage from the first amplifier circuit and outputs a second output voltage.
여기서, 특히 상기 피드백회로는, 상기 제2출력전압이 기 설정값으로 출력되도록 상기 전류미러를 제어하는 점에 그 특징이 있다.Here, the feedback circuit is particularly characterized in that it controls the current mirror so that the second output voltage is output at a preset value.
여기서, 특히 상기 제2출력전압은, 상기 포토다이오드에 입력되는 광 및 상기 전류미러에 입력되는 제어전압에 의해 생성되는 점에 그 특징이 있다.Here, the second output voltage is particularly characterized in that it is generated by light input to the photodiode and a control voltage input to the current mirror.
여기서, 특히 상기 피드백회로는, 입력되는 전압을 증폭하는 트랜지스터; 및Here, in particular, the feedback circuit includes a transistor that amplifies the input voltage; and
상기 트랜지스터와 연결되고, 입력되는 전류에 의해 전하가 축적되는 제2커패시터를 포함하는 점에 그 특징이 있다.It is characterized by including a second capacitor that is connected to the transistor and accumulates charge by the input current.
또한, 상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 망막 화상 처리 방법은, 콘택트 렌즈 플랫폼의 안테나에서 외부 카메라로부터 전송된 영상 데이터의 RF 무선 신호를 수신하는 단계; 전력 수확기에서 상기 안테나에 수신된 RF 무선 신호를 DC 신호로 정류하여 이를 광 신호로 출력하는 단계; 및 망막 내에 삽입된 망막 신경회로에서 상기 전력 수확기로부터 입사되는 광에 반응하여 전류 신호로 생성하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다. In addition, as a technical means for achieving the above-described technical problem, a retinal image processing method according to an embodiment of the present invention includes receiving an RF wireless signal of image data transmitted from an external camera at an antenna of a contact lens platform; Rectifying the RF wireless signal received by the antenna in a power harvester into a DC signal and outputting it as an optical signal; and generating a current signal in response to light incident from the power harvester in a retinal neural circuit inserted into the retina.
여기서, 특히 상기 전력 수확기에서 광 신호로 출력하는 단계는, 상기 수신된 RF 무선 신호를 교류-커플링 하는 단계; 상기 교류-커플링 AC신호를 입력받아 DC신호로 정류하는 단계; 상기 정류된 DC 신호를 필터링 하는 단계; 및 상기 필터링된 DC 신호를 광 신호로 출력하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.Here, in particular, the step of outputting an optical signal from the power harvester includes AC-coupling the received RF wireless signal; receiving the alternating current-coupling AC signal and rectifying it into a DC signal; filtering the rectified DC signal; and outputting the filtered DC signal as an optical signal.
여기서, 특히 상기 입사되는 광에 반응하여 전류 신호로 생성하는 단계는, 전류 생성부에서 입사하는 광에 반응하여 전류를 생성하는 단계; 전류미러에서 상기 생성된 전류와 동일한 크기의 전류를 출력하는 단계; 및 피드백 회로에서 상기 출력된 전류를 입력 받아 전압의 크기를 제어하여 상기 전류생성부로 되돌리는 단계;를 포함하는 점에 그 특징이 있다.Here, in particular, the step of generating a current signal in response to the incident light includes generating a current in response to the incident light in a current generator; Outputting a current of the same magnitude as the generated current from a current mirror; And it is characterized in that it includes a step of receiving the output current from a feedback circuit, controlling the magnitude of the voltage, and returning it to the current generator.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 체외부에서 광 신호로 체내부에 전달하고 이미지에 대한 광신호의 세기에 대응하여 신경신호가 시신경 활동전위를 발생시켜 뇌에 화상 정보를 전달하는 망막 화상처리 장치함에 있어 체외부(콘택트 렌즈)에서 별도의 전원 장치가 없어도 고효율의 전력을 수확하여 반영구적으로 전력을 제공할 수 있다.According to one of the means for solving the problems of the present invention described above, an optical signal is transmitted from the outside of the body to the inside of the body, and the nerve signal generates an optic nerve action potential in response to the intensity of the optical signal for the image, thereby transmitting image information to the brain. In a retinal image processing device, high-efficiency power can be harvested from outside the body (contact lens) without a separate power source and power can be provided semi-permanently.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 망막 화상처리 장치를 적용한 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 상기 도 1의 망막 화상처리 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 상기 도 2의 망막 화상처리 장치의 전력 수확기의 구성을 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 전력 수확기에서 주파수에 따라 얻는 전력 값의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 출력 전력에 따른 효율성 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 상기 도 2의 망막신경회로의 구성을 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 7은 본 발명에 따른 망막 화상처리 방법에 대한 순서도를 개략적으로 도시한 도면이다.Figure 1 is a diagram schematically showing the overall configuration of a retinal image processing device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of the retinal image processing device of FIG. 1.
FIG. 3 is a circuit diagram schematically showing the configuration of the power harvester of the retinal image processing device of FIG. 2.
Figures 4a to 4c are graphs showing changes in power values obtained according to frequency in the power harvester of the present invention.
Figure 5 is a graph showing the change in efficiency according to the output power of the present invention.
FIG. 6 is a circuit diagram schematically showing the configuration of the retinal neural circuit of FIG. 2.
Figure 7 is a diagram schematically showing a flow chart for the retinal image processing method according to the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해 도면에서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 또한, 도면을 참고하여 설명하면서, 같은 명칭으로 나타낸 구성일지라도 도면에 따라 도면 번호가 달라질 수 있고, 도면 번호는 설명의 편의를 위해 기재된 것에 불과하고 해당 도면 번호에 의해 각 구성의 개념, 특징, 기능 또는 효과가 제한 해석되는 것은 아니다.Below, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention, parts unrelated to the description have been omitted from the drawings, and similar parts have been assigned similar reference numerals throughout the specification. In addition, while explaining with reference to the drawings, even if the configuration is shown with the same name, the drawing number may vary depending on the drawing, and the drawing number is merely written for convenience of explanation, and the concept, feature, and function of each component are determined by the drawing number. Alternatively, the effect is not interpreted as limited.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected" to another part, this includes not only the case where it is "directly connected," but also the case where it is "electrically connected" with another element in between. . In addition, when a part is said to "include" a certain component, this does not mean excluding other components unless specifically stated to the contrary, but may further include other components, and means that it may further include one or more other components. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
본 명세서에 있어서 '부(部)' 또는 '모듈'이란, 하드웨어 또는 소프트웨어에 의해 실현되는 유닛(unit), 양방을 이용하여 실현되는 유닛을 포함하며, 하나의 유닛이 둘 이상의 하드웨어를 이용하여 실현되어도 되고, 둘 이상의 유닛이 하나의 하드웨어에 의해 실현되어도 된다.In this specification, 'part' or 'module' includes a unit realized by hardware or software, and a unit realized using both, and one unit is realized using two or more hardware. This may be possible, or two or more units may be realized by one hardware.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 망막 화상처리 장치를 적용한 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 상기 도 1의 망막 화상처리 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. FIG. 1 is a diagram schematically showing the overall configuration of a retinal image processing device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of the retinal image processing device of FIG. 1.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 망막 화상 처리 장치(10)는, 콘택트 렌즈 플랫폼(11)에 구비되고, 외부 카메라(400)로부터 촬영된 영상 데이터를 RF(radio frequency) 무선 신호로 전송받는 안테나(100); 상기 콘택즈 렌즈 플랫폼(11)에 구비되고, 상기 안테나(100)로부터 수신된 RF 무선 신호에서 DC(direct current) 전압으로 정류하여 이를 광 신호로 출력하는 전력 수확기(200); 및 망막 내에 삽입되고, 상기 전력 수확기(200)로부터 입사되는 광에 반응하여 전류 신호를 생성하는 망막신경회로(300)를 포함하여 구성된다. As shown in FIGS. 1 and 2, the retinal image processing device 10 of the present invention is provided on a contact lens platform 11 and receives image data captured from an external camera 400 via RF (radio frequency) wireless. Antenna 100 that receives signals; A power harvester 200 provided on the contact lens platform 11 and rectifying the RF wireless signal received from the antenna 100 into a direct current (DC) voltage and outputting it as an optical signal; and a retinal nerve circuit 300 that is inserted into the retina and generates a current signal in response to light incident from the power harvester 200.
상기 안테나(100)는 소형 전기 루프 마이크로 스트립 안테나로 안구 내에 이식하지 않고 RF 이미지를 수신하기 위해 콘택트 렌즈 플랫폼에 구성할 수 있다. The antenna 100 is a small electric loop microstrip antenna that can be configured on a contact lens platform to receive RF images without being implanted within the eye.
보다 구체적으로, 인체 조직 내에 이식되는 모든 장치에는 인체에 무해한 주파수 제한 대역으로 설계해야 한다. 즉, 인체에 무해한 주파수 대역은 3.1GHz ~ 10.6GHz의 초광대역(UWB) 주파수 대역으로 허가된 범위로 한정할 수 있다. 여기서, UWB 안테나는 작은 크기, 낮은 전력 소비, 높은 비트 전송률 및 고도로 통합된 시스템에 적용할 수 있도록 설계하는 것이 바람직하다. 예컨대, 소형 루프 안테나를 유리 콘택트 렌즈에 배치할 수 있다. More specifically, all devices implanted within human tissue must be designed in a frequency-limited band that is harmless to the human body. In other words, the frequency band that is harmless to the human body can be limited to the permitted ultra-wideband (UWB) frequency band of 3.1GHz to 10.6GHz. Here, it is desirable to design the UWB antenna to be applicable to small size, low power consumption, high bit rate, and highly integrated systems. For example, a small loop antenna can be placed in a glass contact lens.
상기 전력 수확기(200)는 콘택트 렌즈 플랫폼(11)에 구성하고, 상기 망막신경회로(300)는 눈 내부 망막에 임플란트로 구성하여, 콘택트 렌즈 플랫폼(11)과 인공 망막신경회로(300) 사이의 전력 및 데이터 전송 방식은 주로 광 신호를 이용하며, 광 신호는 망막에서 이미지를 획득하기 위한 정보 데이터이다. The power harvester 200 is configured on the contact lens platform 11, and the retinal neural circuit 300 is configured as an implant in the inner retina of the eye, between the contact lens platform 11 and the artificial retinal neural circuit 300. Power and data transmission methods mainly use optical signals, and optical signals are information data for acquiring images on the retina.
보다 구체적으로, 상기 전력 수확기(200)는 상기 안테나(100)에서 전달된 AC 신호인 RF 신호를 DC 전압으로 정류하여 이를 광 신호로 출력하게 된다. 여기서, 상기 전력 수확기(200)는 맞춤형 마이크로 발광 다이오드(μ-LED)(230)에 DC 전원을 공급하게 된다. 이때, 마이크로 발광 다이오드(μ-LED)(230)는 주로 빛을 발광하여 광 신호를 전달하게 된다. More specifically, the power harvester 200 rectifies the RF signal, which is an AC signal transmitted from the antenna 100, into a DC voltage and outputs it as an optical signal. Here, the power harvester 200 supplies DC power to the customized micro light emitting diode (μ-LED) 230. At this time, the micro light emitting diode (μ-LED) 230 mainly transmits light signals by emitting light.
여기서, 상기 전력 수확기(200)에 대한 상세한 설명은 후술할 도 3 내지 도 5를 참조하기 한다. Here, for a detailed description of the power harvester 200, refer to FIGS. 3 to 5, which will be described later.
상기 망막신경회로(300)는 상기 마이크로 발광 다이오드(μ-LED)(230)로부터 전달되는 광 신호를 포토 다이오드(310)에서 수신하여 빛이 신경절, 무축삭, 양극성, 수평 세포 및 광수용기를 통과하도록 하고, 광수용기를 자극하여 이를 전기 신호로 변환하게 된다. 광수용기는 뉴런의 중간층을 통해 신경절 세포로 전달되는 신호를 생성하게 된다. The retinal nerve circuit 300 receives the optical signal transmitted from the micro light emitting diode (μ-LED) 230 from the photo diode 310, and the light passes through ganglion, amacrine, bipolar, horizontal cells and photoreceptors. This stimulates the photoreceptors and converts them into electrical signals. Photoreceptors generate signals that are transmitted to ganglion cells through the middle layer of neurons.
그 후, 전달된 신호의 정보를 시신경으로 전파한 다음 활동 전위의 형태로 뇌로 전파하게 된다. 이때, 출력 스파이크 형태의 활동 전위는 뉴런 망막 회로에 의해 생성하게 된다. 여기서, 상기 망막신경회로(300)에 대한 상세한 설명은 후술할 도 6을 참조하기로 한다. Afterwards, the information from the transmitted signal is propagated to the optic nerve and then to the brain in the form of an action potential. At this time, action potentials in the form of output spikes are generated by the neuron retinal circuit. Here, for a detailed description of the retinal nerve circuit 300, refer to FIG. 6, which will be described later.
한편, 도 3은 상기 도 2의 망막 화상처리 장치의 전력 수확기의 구성을 개략적으로 도시한 회로도이다. Meanwhile, FIG. 3 is a circuit diagram schematically showing the configuration of the power harvester of the retinal image processing device of FIG. 2.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전력 수확기(200)는, 상기 RF 무선 신호인 AC 신호를 입력받아 DC신호로 정류하는 다단 정류기(210); 상기 다단 정류기(210)에서 정류된 DC 신호를 필터링 하는 필터링부(220); 및 상기 필터링부에서 필터링된 DC 신호를 광 신호로 출력하는 마이크로 발광 다이오드(μ-LED)(230)를 포함하여 구성된다. As shown in FIG. 3, the power harvester 200 includes a multi-stage rectifier 210 that receives the AC signal, which is the RF wireless signal, and rectifies it into a DC signal; A filtering unit 220 that filters the DC signal rectified in the multi-stage rectifier 210; and a micro light emitting diode (μ-LED) 230 that outputs the DC signal filtered by the filtering unit as an optical signal.
상기 다단 정류기(210)는 제1 스테이지(211) 및 제2 스테이지(212)가 연결되어 구성되고, 상기 제1스테이지(211) 및 제2 스테이지(212)의 각 RF 무선 신호 입력단에는 교류-커플링 하는 커플링 커패시터(C1 내지 C4)를 포함하여 구성할 수 있다. The multi-stage rectifier 210 is composed of a first stage 211 and a second stage 212 connected, and each RF wireless signal input terminal of the first stage 211 and the second stage 212 has an AC-couple It can be configured to include coupling capacitors (C1 to C4) that ring.
또한, 상기 제1 스테이지(211)는 M1 내지 M4 PMOS 트랜지스터를 연결하여 구성하고, 상기 제2 스테이지(212)는 M1' 내지 M4' PMOS 트랜지스터를 연결하여 구성할 수 있다.Additionally, the first stage 211 can be configured by connecting M1 to M4 PMOS transistors, and the second stage 212 can be configured by connecting M1' to M4' PMOS transistors.
보다 구체적으로, 상기 제1 스테이지(211)의 입력단에는 RF 무선 신호를 교류-커플링 하는 커플링 커패시터(C1 및 C2)가 연결되어 있다. More specifically, coupling capacitors C1 and C2 for AC-coupling RF wireless signals are connected to the input terminal of the first stage 211.
그리고, 상기 C1의 출력단은 M1의 게이트 및 M2의 소스와 연결되고, 상기 C2의 출력단은 M3의 게이트 및 M4의 소스와 연결되어 있다. And, the output terminal of C1 is connected to the gate of M1 and the source of M2, and the output terminal of C2 is connected to the gate of M3 and the source of M4.
또한, 제2 스테이지(212)의 입력단에는 RF 무선 신호를 교류-커플링 하는 커플링 커패시터(C3 및 C4)가 연결되어 있다.Additionally, coupling capacitors (C3 and C4) for AC-coupling the RF wireless signal are connected to the input terminal of the second stage 212.
상기 C3의 출력단은 M1' 의 게이트 및 M2'의 소스와 연결되고, 상기 C4 의 출력단은 M3' 의 게이트 및 M4'의 소스와 연결되어 있다. The output terminal of C3 is connected to the gate of M1' and the source of M2', and the output terminal of C4 is connected to the gate of M3' and the source of M4'.
또한, 상기 M4'의 게이트와 접지 사이에는 C5 커패시터가 연결되어 있으며, 상기 C5 커패시터는 상기 제2 스테이지(212)에서 출력되는 신호의 DC 성분을 균일하게 유지할 수 있게 된다. Additionally, a C5 capacitor is connected between the gate of M4' and ground, and the C5 capacitor can maintain the DC component of the signal output from the second stage 212 uniformly.
여기서, 본 발명의 다단 정류기(210)의 제1 스테이지(211)의 M1 내지 M4 PMOS 트랜지스터 및 제2 스테이지(212)의 M1' 내지 M4' PMOS(P-channel metal oxide semiconducto) 트랜지스터에서 P-type 금속 산화물 반도체(PMOS)는 바디 효과를 제거하기 위해 소스에 바디 터미널을 연결하여 낮은 임계값에서 동작할 수 있어 정류기의 감도를 향상시킬 수 있다. Here, in the M1 to M4 PMOS transistors of the first stage 211 of the multi-stage rectifier 210 of the present invention and the M1' to M4' PMOS (P-channel metal oxide semiconducto) transistors of the second stage 212, P-type Metal oxide semiconductors (PMOS) can operate at low thresholds by connecting the body terminal to the source to eliminate body effects, improving the sensitivity of the rectifier.
하기 수학식 1은 PMOS 트랜지스터의 순방향 바이어스의 문턱 전압을 나타낸 것이다. Equation 1 below represents the threshold voltage of the forward bias of the PMOS transistor.
[수학식 1][Equation 1]
여기서, Vth0p는 기판 전압(Vsb)이 0일 때 임계 전압이 0 이고, γ는 바디 효과 계수, 2ΨF는 표면 전위, MOSFET의 소스와 바디의 전위차를 나타낸다.Here, V th0p is the threshold voltage of 0 when the substrate voltage (V sb ) is 0, γ is the body effect coefficient, 2Ψ F is the surface potential, and represents the potential difference between the source and body of the MOSFET.
이때 Vth0p, γ, 2ΨF 는 제조 공정상에서 전해지는 값으로써, 실리콘 기판의 도핑 농도 및 공핍 영역의 전하량, 실리콘 기판의 일함수 등에 의해 결정되는 값이기 때문에 임의로 변경될 수 없다.At this time, V th0p , γ, and 2Ψ F are values transmitted during the manufacturing process and cannot be arbitrarily changed because they are values determined by the doping concentration of the silicon substrate, the amount of charge in the depletion region, and the work function of the silicon substrate.
다만, 소스와 바디의 전위차인 VSB를 통해서 회로 설계시 모스펫의 문턱전압을 임의로 조절할 수 있다.However, the threshold voltage of the MOSFET can be arbitrarily adjusted during circuit design through V SB , the potential difference between the source and body.
또한, PMOS 트랜지스터에 대해 고려된 드레인 전류 동작의 각 단계에서의 계산은 다음 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.Additionally, the calculation at each stage of the drain current operation considered for the PMOS transistor can be expressed as Equation 2 below.
[수학식 2][Equation 2]
여기서, Vd는 드레인 전압, Ids는 음의 방향을 가진 트랜지스터의 채널을 통한 전류, W는 드레인에서 소스까지 채널 폭, L은 채널 길이, Ψt 는 열 전압으로 실온에서 26mV와 같고, n은 각각 기울기 계수를 나타낸다.Where, V d is the drain voltage, I ds is the current through the channel of the transistor with negative direction, W is the channel width from drain to source, L is the channel length, Ψ t is the thermal voltage, equal to 26 mV at room temperature, and n represents the slope coefficient, respectively.
상기 필터링부(220)는 T자형 필터링 네트워크의 출력에 의해 mW에서 W 에 이르기까지 부드럽고 조정된 DC 출력을 얻을 수 있게 한다. The filtering unit 220 makes it possible to obtain a smooth and adjusted DC output from mW to W by the output of a T-shaped filtering network.
한편, 도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 전력 수확기에서 주파수에 따라 얻는 전력 값의 변화를 나타내는 그래프이다. Meanwhile, Figures 4A to 4C are graphs showing changes in power values obtained according to frequency in the power harvester of the present invention.
도 4a내지 도 4c에 도시된 바와 같이, 주파수 범위에 따른 출력을 나타내고 있으며, 4mW에서 2.7W 출력은 40 % 에서 82% 의 전력 효율을 보여주고 있다. As shown in Figures 4a to 4c, the output is shown according to the frequency range, and the 2.7W output at 4mW shows a power efficiency of 40% to 82%.
즉, 도 4a는 주파수 대역3GHz 5.5GHz, 도 4b는 5.5GHz~7.5GHz 및 도 4c는 7.5GHz~10.5GHz에서 각각 4mW ~ 7.5mW, 7mW ~ 0.1mW, 0mW ~ 2.7W의 출력을 나타내고 있다. That is, Figure 4a shows outputs of 4mW to 7.5mW, 7mW to 0.1mW, and 0mW to 2.7W in the frequency bands of 3GHz to 5.5GHz, Figure 4b to 5.5GHz to 7.5GHz, and Figure 4c to 7.5GHz to 10.5GHz, respectively.
도 5는 본 발명의 출력 전력에 따른 효율성 변화를 나타내는 그래프이다. Figure 5 is a graph showing the change in efficiency according to the output power of the present invention.
도 5에 도시된 바와 같이, mW에서 W로 출력 전력이 증가함에 따라 효율이 선형적으로 증가하는 것을 알 수 있다. 이는 전력 수확기의 다중 스택 구조를 형성하기 때문에 전력 손실을 줄이고 기생 상호 연결을 줄이는 효과를 보여주고 있다.As shown in Figure 5, it can be seen that the efficiency increases linearly as the output power increases from mW to W. Since this forms a multi-stack structure of the power harvester, it is effective in reducing power loss and parasitic interconnections.
따라서, 상술한 다단으로 구성된 정류기를 통해 출력 전압과 임피던스 정합 간의 설계 균형을 통해 절충할 수 있으며, 제1스테이지 및 제2 스테이지의 출력으로 추가 DC 전압 손실을 방지함으로써 고효율의 전력을 얻을 수 있게 된다.Therefore, through the above-described multi-stage rectifier, a compromise can be made through design balance between output voltage and impedance matching, and high efficiency power can be obtained by preventing additional DC voltage loss through the output of the first and second stages. .
한편, 도 6은 상기 도 2의 망막신경회로의 구성을 개략적으로 도시한 회로도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 망막신경회로(300)는, 입사하는 광에 반응하여 전류를 생성하는 전류생성부(310, 320, 330); 상기 전류생성부(310, 320, 330)로부터 입력되는 전류와 동일한 크기의 전류를 출력하는 전류미러(current mirror)(340); 및 상기 전류미러(340)로부터 입력되는 신호를 상기 전류생성부(310, 320, 330)로 되돌리는 피드백회로(350)를 포함하고, 상기 피드백회로(350)는, 상기 전류미러(340)로부터 출력되는 전압의 크기를 제어하는 구성을 포함할 수 있다.Meanwhile, FIG. 6 is a circuit diagram schematically showing the configuration of the retinal neural circuit of FIG. 2. As shown in FIG. 6, the retinal nerve circuit 300 includes current generators 310, 320, and 330 that generate current in response to incident light; A current mirror 340 that outputs a current of the same magnitude as the current input from the current generators 310, 320, and 330; and a feedback circuit 350 that returns the signal input from the current mirror 340 to the current generators 310, 320, and 330, and the feedback circuit 350 receives the signal from the current mirror 340. It may include a configuration that controls the magnitude of the output voltage.
상기 전류생성부(310, 320, 330)는 망막신경 회로로 입사하는 광에 반응하여 전류를 생성하는 포토다이오드(310); 상기 포토다이오드(310)에서 생성되는 전류에 의해 전하가 축적되는 제1커패시터(320); 및 상기 전류생성부(310, 320, 330)의 출력전압이고, 기 설정값인 제1출력전압을 생성하는 제1증폭회로(320)를 포함하여 구성된다.The current generators 310, 320, and 330 include a photodiode 310 that generates current in response to light incident on the retinal nerve circuit; A first capacitor 320 in which charge is accumulated by the current generated by the photodiode 310; and a first amplifier circuit 320 that is the output voltage of the current generators 310, 320, and 330 and generates a first output voltage that is a preset value.
상기 포토다이오드(310)는 광에너지를 전기에너지로 변화하는 소자이고, 따라서 입사하는 광에 반응하여 전류를 생성할 수 있다. 포토다이오드(310)에 광이 입사하면 포토다이오드(310)에는 전류가 흐른다.The photodiode 310 is a device that changes light energy into electrical energy, and therefore can generate current in response to incident light. When light is incident on the photodiode 310, current flows through the photodiode 310.
제1커패시터(320)는 상기 포토다이오드(310)에서 생성되는 전류에 의해 전하가 축적될 수 있다. 제1커패시터(320)에 축적된 전하는 제1증폭회로(330)가 온(on)되어 동작함에 따라 상기 제1커패시터(320)로부터 방출되고, 다시 상기 제1증폭회로(330)가 오프(off)되면 포토다이오드(110)에 광이 입사함에 따라 다시 전하가 축적될 수 있다.The first capacitor 320 may accumulate charge by the current generated by the photodiode 310. The charge accumulated in the first capacitor 320 is discharged from the first capacitor 320 as the first amplifier circuit 330 is turned on and operated, and the first amplifier circuit 330 is turned off again. ), charges may be accumulated again as light enters the photodiode 110.
제1커패시터(320)에 축적되는 전하량에 따라 제1증폭회로(330)에 입력되는 제1입력전압(Vi)은 비례하여 증가할 수 있다. 실시예의 망막신경 회로에서는 제1입력전압(Vi)이 제1증폭회로(330)를 동작시키는 스위치전압에 도달할 때 까지 제1증폭회로(330)를 오프시킬 수 있다.The first input voltage (Vi) input to the first amplifier circuit 330 may increase proportionally according to the amount of charge accumulated in the first capacitor 320. In the retinal nerve circuit of the embodiment, the first amplifier circuit 330 can be turned off until the first input voltage (Vi) reaches the switch voltage that operates the first amplifier circuit 330.
제1커패시터(320)에 전하가 축적되어 제1입력전압(Vi)이 상기 스위치전압에 도달하면 제1증폭회로(330)는 온되어 상기 제1증폭회로(330)에 제1입력전압(Vi)이 입력신호로 입력될 수 있고, 최종적으로 이미지 정보는 망막신경 회로로부터 제2출력전압(Vout)과 동일한 전압을 가진 스텝 파형의 펄스전압 신호로 출력될 수 있다.When the charge is accumulated in the first capacitor 320 and the first input voltage (Vi) reaches the switch voltage, the first amplifier circuit 330 is turned on and the first input voltage (Vi ) can be input as an input signal, and finally the image information can be output from the retinal nerve circuit as a pulse voltage signal in a step waveform with the same voltage as the second output voltage (Vout).
따라서, 실시예의 망막신경 회로에서는 이미지 정보를 제1커패시터(320)를 사용하여 스텝 파형의 전압신호로 출력할 수 있다. 이러한 스텝 파형의 전압신호는 상기한 바와 같이, 물결 파형 또는 사인 파형의 전압신호와 비교하여, 취득하는 이미지의 해상도를 높일 수 있다.Accordingly, the retinal nerve circuit of the embodiment may output image information as a step waveform voltage signal using the first capacitor 320. As described above, the step waveform voltage signal can increase the resolution of the acquired image compared to the wave waveform or sine waveform voltage signal.
제1증폭회로(330)는 상기 전류생성부의 출력전압이고 기 설정값인 제1출력전압(Vo)을 생성할 수 있다. 따라서, 이미지 정보는 제1증폭회로(330)에 제1입력전압(Vi)으로 입력되고 제1출력전압(Vo)으로 출력될 수 있다.The first amplifier circuit 330 can generate a first output voltage (Vo), which is the output voltage of the current generator and is a preset value. Accordingly, image information may be input to the first amplifier circuit 330 as a first input voltage (Vi) and output as a first output voltage (Vo).
상기 전류미러(340)는 상기 제1증폭회로로부터 상기 제1출력전압을 입력받고, 제2출력전압을 출력하게 된다. The current mirror 340 receives the first output voltage from the first amplifier circuit and outputs a second output voltage.
보다 구체적으로, 전류미러(340)는 예를 들어, P채널 MOSFET M8 및 M10과, N채널 MOSFET M9 및 M11을 포함하여 구성될 수 있다. 이때, N채널 MOSFET M11에는 제어전압(Vc)이 입력될 수 있다.More specifically, the current mirror 340 may include, for example, P-channel MOSFETs M8 and M10 and N-channel MOSFETs M9 and M11. At this time, the control voltage (Vc) can be input to N-channel MOSFET M11.
제2출력전압(Vout)은 상기 포토다이오드(310)에 입력되는 광 및 상기 전류미러(340)에 입력되는 제어전압(Vc)에 의해 생성될 수 있다. 따라서, 제어전압(Vc)이 입력되면 전류미러(200)는 제2출력전압(Vout)을 출력할 수 있다.The second output voltage (Vout) may be generated by light input to the photodiode 310 and a control voltage (Vc) input to the current mirror 340. Therefore, when the control voltage (Vc) is input, the current mirror 200 can output the second output voltage (Vout).
즉, 전류미러(340)는 상기 제1증폭회로(330)로부터 상기 제1출력전압(Vo)을 입력받고, 실시예의 망막신경 회로의 최종 출력신호인 제2출력전압(Vout)을 출력할 수 있다.That is, the current mirror 340 can receive the first output voltage (Vo) from the first amplifier circuit 330 and output the second output voltage (Vout), which is the final output signal of the retinal nerve circuit of the embodiment. there is.
상기 피드백회로(350)는 입력되는 전압을 증폭하는 트랜지스터 및 상기 트랜지스터와 연결되고, 입력되는 전류에 의해 전하가 축적되는 제2커패시터(360)를 포함할 수 있다. The feedback circuit 350 may include a transistor that amplifies the input voltage and a second capacitor 360 that is connected to the transistor and accumulates charge by the input current.
여기서, 상기 피드백회로(350)는 P채널 MOSFET M12, M14, M16 및 M17과 N채널 MOSFET M13, M15 및 M18을 포함하여 구성될 수 있다. 이때, MOSFET M17과 M18이 연결된 부위에 제2리셋펄스(reset2)가 입력될 수 있고, MOSFET M16에는 리셋전압(Vreset)이 입력될 수 있다.Here, the feedback circuit 350 may be configured to include P-channel MOSFETs M12, M14, M16, and M17 and N-channel MOSFETs M13, M15, and M18. At this time, a second reset pulse (reset2) can be input to the portion where MOSFET M17 and M18 are connected, and a reset voltage (Vreset) can be input to MOSFET M16.
이때, 상기 제2리셋펄스(reset2)는 전류신호 또는 전압신호로 입력될 수 있다. 상기 피드백회로(350)는 상기 제2리셋펄스(reset2)과 리셋전압(Vreset)이 입력되면 동작할 수 있다.At this time, the second reset pulse (reset2) may be input as a current signal or a voltage signal. The feedback circuit 350 can operate when the second reset pulse (reset2) and reset voltage (Vreset) are input.
제2커패시터(360)는 상기 트랜지스터와 연결되고, 입력되는 전류에 의해 전하가 축적될 수 있다. 상기 제2커패시터(360)의 역할은 상기한 제1커패시터(320)와 동일하다.The second capacitor 360 is connected to the transistor, and charge can be accumulated by the input current. The role of the second capacitor 360 is the same as that of the first capacitor 320 described above.
즉, 제2커패시터(360)는 스텝 파형의 전압신호를 상기 피드백회로(350)로부터 상기 전류생성부(310, 320, 330)의 제1증폭회로(330)로 보내도록 함으로써, 제2출력전압(Vout)을 스텝 파형으로 출력할 수 있도록 하여, 망막신경 회로가 취득하는 이미지의 해상도를 높일 수 있다.That is, the second capacitor 360 sends the step waveform voltage signal from the feedback circuit 350 to the first amplifier circuit 330 of the current generators 310, 320, and 330, thereby generating the second output voltage. By allowing (Vout) to be output as a step waveform, the resolution of the image acquired by the retinal nerve circuit can be increased.
상기 피드백회로(350)의 출력신호는 상기 제1증폭회로(330)로 입력될 수 있다. 피드백회로(350)의 출력신호는 제1증폭회로(330)의 MOSFET M2로 입력될 수 있다.The output signal of the feedback circuit 350 may be input to the first amplifier circuit 330. The output signal of the feedback circuit 350 may be input to MOSFET M2 of the first amplifier circuit 330.
실시예에서, 상기 제1출력전압(Vo) 및 상기 제2출력전압(Vout)은 펄스 파형으로 출력될 수 있다. 이때, 제1출력 전압(Vo) 및 제2출력전압(Vout)은 기 설정값일 수 있다.In an embodiment, the first output voltage (Vo) and the second output voltage (Vout) may be output as a pulse waveform. At this time, the first output voltage (Vo) and the second output voltage (Vout) may be preset values.
피드백회로(350)는 망막신경 회로의 최종 출력신호인 제2출력전압(Vout)이 일정하게 유지되도록 제어할 수 있다. The feedback circuit 350 can control the second output voltage (Vout), which is the final output signal of the retinal nerve circuit, to remain constant.
따라서, 망막신경 회로의 동작시, 전기적 외부충격에 의해 전류생성부(310,320,330) 또는 전류미러(340)가 오작동하여 제1출력전압(Vo) 또는 제2출력전압(Vout)이 설정값을 벗어나는 경우에도, 망막신경 회로의 제2출력전압(Vout)을 일정한 값으로 유지할 수 있다.Therefore, when the retinal nerve circuit is operating, the current generator 310, 320, 330 or the current mirror 340 malfunctions due to an external electrical shock and the first output voltage (Vo) or the second output voltage (Vout) deviates from the set value. Even so, the second output voltage (Vout) of the retinal nerve circuit can be maintained at a constant value.
도 7은 본 발명에 따른 망막 화상처리 방법에 대한 순서도를 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 각 단계의 상세한 설명은 상기 도 1 내지 도 6을 참조하여 생략하기로 한다. Figure 7 is a diagram schematically showing a flow chart for the retinal image processing method according to the present invention. Here, detailed description of each step will be omitted with reference to FIGS. 1 to 6.
도 7에 도시된 바와 같이, 먼저 콘택트 렌즈 플랫폼의 안테나에서 외부 카메라로부터 전송된 영상 데이터의 RF 무선 신호를 수신하게 된다(S710).As shown in FIG. 7, the RF wireless signal of image data transmitted from an external camera is first received at the antenna of the contact lens platform (S710).
그리고, 전력 수확기에서 상기 안테나에 수신된 RF 무선 신호를 DC 신호로 정류하여 이를 광 신호로 출력하게 된다.Then, the power harvester rectifies the RF wireless signal received by the antenna into a DC signal and outputs it as an optical signal.
보다 구체적으로, 상기 수신된 RF 무선 신호를 교류-커플링 하는 단계(S720)를 수행하고, 상기 교류-커플링 AC신호를 입력받아 DC신호로 정류하는 단계(S730)를 수행한다. More specifically, the step of AC-coupling the received RF wireless signal (S720) is performed, and the step of receiving the AC-coupled AC signal and rectifying it into a DC signal (S730) is performed.
그 다음, 상기 정류된 DC 신호를 필터링 하는 단계(S740)를 수행하고, 상기 필터링된 DC 신호를 광 신호로 출력하게 된다(S750).Next, a step of filtering the rectified DC signal is performed (S740), and the filtered DC signal is output as an optical signal (S750).
그리고, 망막 내에 삽입된 망막 신경회로에서 상기 전력 수확기로부터 입사되는 광에 반응하여 전류 신호로 생성하게 된다.In addition, the retinal neural circuit inserted into the retina responds to the light incident from the power harvester and generates a current signal.
보다 구체적으로, 먼저, 전류 생성부에서 입사하는 광에 반응하여 전류를 생성하는 단계를 수행하고(S760), 전류미러에서 상기 생성된 전류와 동일한 크기의 전류를 출력하는 단계(S770)를 거친 후, 피드백 회로에서 상기 출력된 전류를 입력 받아 전압의 크기를 제어하여 상기 전류생성부로 되돌리는 단계를 수행하게 된다(S780).More specifically, first, the current generator generates a current in response to the incident light (S760), and then the current mirror outputs a current of the same size as the generated current (S770). , the feedback circuit receives the output current, controls the magnitude of the voltage, and returns it to the current generator (S780).
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The description of the present invention described above is for illustrative purposes, and those skilled in the art will understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical idea or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. For example, each component described as unitary may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may also be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the claims described below rather than the detailed description above, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
100: 안테나
200: 전력 수확기
210: 다단 정류기
211: 제1 스테이지
212: 제2 스테이지
220: 필터링부
230: 마이크로 발광 다이오드
300: 망막신경회로
310: 포토다이오드
330: 증폭 회로
340: 전류 미러
350: 피드백 회로100: antenna
200: Power Harvester
210: multi-stage rectifier
211: Stage 1
212: Stage 2
220: Filtering unit
230: micro light emitting diode
300: Retinal neural circuit
310: photodiode
330: Amplification circuit
340: current mirror
350: feedback circuit
Claims (18)
상기 콘택트 렌즈 플랫폼에 구비되고, 상기 안테나에 수신된 RF 무선 신호에서 DC(direct current) 신호로 정류하여 이를 광 신호로 출력하는 전력 수확기; 및
상기 전력 수확기로부터 입사되는 광에 반응하여 전류 신호로 생성하는 망막신경회로를 포함하고,
상기 전력 수확기는 상기 RF 무선 신호를 입력받아 DC신호로 정류하는 다단 정류기를 포함하고,
상기 다단 정류기는 제1 스테이지 및 제2 스테이지가 연결되어 구성되고, 상기 제1스테이지 및 제2 스테이지의 각 RF 무선 신호 입력단에는 교류-커플링 하는 커플링 커패시터(C1 내지 C4)를 포함하고,
상기 제1 스테이지의 입력단에는 C1 및 C2가 연결되고, 상기 제 2 스테이지의 입력단에는 상기 C3 및 C4가 연결되는 망막 화상 처리 장치.
An antenna provided on the contact lens platform and receiving an RF (radio frequency) wireless signal of image data transmitted from an external camera;
a power harvester provided on the contact lens platform, which rectifies the RF wireless signal received by the antenna into a direct current (DC) signal and outputs it as an optical signal; and
It includes a retinal nerve circuit that generates a current signal in response to light incident from the power harvester,
The power harvester includes a multi-stage rectifier that receives the RF wireless signal and rectifies it into a DC signal,
The multi-stage rectifier is configured by connecting a first stage and a second stage, and each RF wireless signal input terminal of the first stage and the second stage includes coupling capacitors (C1 to C4) for AC-coupling,
A retinal image processing device in which C1 and C2 are connected to the input terminal of the first stage, and C3 and C4 are connected to the input terminal of the second stage.
상기 전력 수확기는,
상기 다단 정류기에서 정류된 DC 신호를 필터링 하는 필터링부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 망막 화상 처리 장치.
According to paragraph 1,
The power harvester,
A retinal image processing device comprising a filtering unit that filters the DC signal rectified in the multi-stage rectifier.
상기 전력 수확기는 상기 필터링부에서 필터링된 DC 신호를 광 신호로 출력하는 마이크로 발광 다이오드(μ-LED)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 망막 화상 처리 장치.
According to paragraph 2,
The power harvester further includes a micro light emitting diode (μ-LED) that outputs the DC signal filtered by the filtering unit as an optical signal.
상기 제1 스테이지는 M1 내지 M4 PMOS(P-channel metal oxide semiconducto) 트랜지스터를 연결하여 구성하고, 상기 제2 스테이지는 M1' 내지 M4' PMOS 트랜지스터를 연결하여 구성하는 것을 특징으로 하는 망막 화상 처리 장치.
According to paragraph 1,
The first stage is configured by connecting M1 to M4 PMOS (P-channel metal oxide semiconducto) transistors, and the second stage is configured by connecting M1' to M4' PMOS transistors.
상기 C1의 출력 단자는 M1의 게이트 및 M2의 소스와 연결되고, 상기 C2의 출력 단자는 M3의 게이트 및 M4의 소스와 연결되고, 상기 C3의 출력 단자는 M1'의 게이트 및 M2'의 소스와 연결되고, 상기 C4의 출력 단자는 M3'의 게이트 및 M4'의 소스와 연결되는 것을 특징으로 하는 망막 화상 처리 장치.
According to clause 5,
The output terminal of C1 is connected to the gate of M1 and the source of M2, the output terminal of C2 is connected to the gate of M3 and the source of M4, and the output terminal of C3 is connected to the gate of M1' and the source of M2'. A retinal image processing device characterized in that the output terminal of C4 is connected to the gate of M3' and the source of M4'.
상기 M4'의 게이트와 접지 사이에 C5 커패시터를 포함하고, 상기 C5 커패시터는 상기 제2 스테이지에서 출력되는 신호의 DC 성분을 균일하게 유지하는 것을 특징으로 하는 망막 화상 처리 장치.
In clause 7,
A retinal image processing device comprising a C5 capacitor between the gate of the M4' and ground, wherein the C5 capacitor uniformly maintains the DC component of the signal output from the second stage.
상기 망막신경회로는,
입사하는 광에 반응하여 전류를 생성하는 전류생성부;
상기 전류생성부로부터 입력되는 전류와 동일한 크기의 전류를 출력하는 전류미러(current mirror); 및 상기 전류미러로부터 입력되는 신호를 상기 전류생성부로 되돌리는 피드백회로를 포함하고,
상기 피드백회로는, 상기 전류미러로부터 출력되는 전압의 크기를 제어하는 구성을 포함하는 것을 특징으로 하는 망막 화상 처리 장치.
According to paragraph 1,
The retinal neural circuit is,
A current generator that generates current in response to incident light;
A current mirror that outputs a current of the same magnitude as the current input from the current generator; And a feedback circuit that returns the signal input from the current mirror to the current generator,
A retinal image processing device characterized in that the feedback circuit includes a component that controls the magnitude of the voltage output from the current mirror.
상기 전류생성부는,
입사하는 광에 반응하여 전류를 생성하는 포토다이오드;
상기 포토다이오드에서 생성되는 전류에 의해 전하가 축적되는 제1커패시터; 및
상기 전류생성부의 출력전압이고 기 설정값인 제1출력전압을 생성하는 제1증폭회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 망막 화상 처리 장치.
According to clause 9,
The current generator,
A photodiode that generates current in response to incident light;
a first capacitor in which charge is accumulated by the current generated from the photodiode; and
A retinal image processing device comprising a first amplifier circuit that generates a first output voltage that is the output voltage of the current generator and is a preset value.
상기 피드백회로의 출력신호는 상기 제1증폭회로로 입력되는 것을 특징으로 하는 망막 화상 처리 장치.
According to clause 10,
A retinal image processing device, characterized in that the output signal of the feedback circuit is input to the first amplifier circuit.
상기 전류미러는,
상기 제1증폭회로로부터 상기 제1출력전압을 입력받고, 제2출력전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 망막 화상 처리 장치.
According to clause 11,
The current mirror is,
A retinal image processing device that receives the first output voltage from the first amplifier circuit and outputs a second output voltage.
상기 피드백회로는,
상기 제2출력전압이 기 설정값으로 출력되도록 상기 전류미러를 제어하는 것을 특징으로 하는 망막 화상 처리 장치.
According to clause 12,
The feedback circuit is,
A retinal image processing device, characterized in that the current mirror is controlled so that the second output voltage is output at a preset value.
상기 제2출력전압은,
상기 포토다이오드에 입력되는 광 및 상기 전류미러에 입력되는 제어전압에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 망막 화상 처리 장치.
According to clause 12,
The second output voltage is,
A retinal image processing device characterized in that it is generated by light input to the photodiode and a control voltage input to the current mirror.
상기 피드백회로는,
입력되는 전압을 증폭하는 트랜지스터; 및
상기 트랜지스터와 연결되고, 입력되는 전류에 의해 전하가 축적되는 제2커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 망막 화상 처리 장치.
According to clause 9,
The feedback circuit is,
A transistor that amplifies the input voltage; and
A retinal image processing device comprising a second capacitor connected to the transistor and accumulating charge by an input current.
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