KR20040050087A - 멤스 영상 어레이가 구비된 수동 밀리미터파 영상 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 MEMS 영상 어레이가 구비된 수동 밀리미터파 영상 시스템에 관한 것으로, 렌즈부, 안테나부, 증폭부, 검파부, 적분부, 영상처리부 등의 요소가 필요한 수동 밀리미터파 영상 시스템 중에서 안테나부, 증폭부, 검파부를 MEMS 기술로 집적, 소형화된 영상 검출기가 n×n 구조로 배열된 어레이로 대체되어 소형 장치로 제작되어지는 영상 시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 MEMS 영상 어레이가 구비된 수동 밀리미터파 영상 시스템에 관한 것으로, 특히 MEMS 기술을 이용하여 안테나부, 증폭부, 검파부를 집적하여 소형화된 MEMS 영상 어레이가 구비된 수동 밀리미터파 영상 시스템에 관한 것이다.
모든 물체는 그 절대온도에 비례해서 넓은 대역의 열잡음을 방사하고 있고, 수동 밀리미터파 영상 시스템은 이 열잡음 중에서 밀리미터파 대역의 스펙트럼 강도를 수신해서 영상을 형성한다. 여기서, 밀리미터파란 그 파장이 밀리미터 단위인 신호를 말한다.
이 밀리미터파 신호는 의복 등을 투과할 수가 있기 때문에, 수동 밀리미터파영상 시스템을 사용하면 의복 내부의 인체 및 소지품이 방사하고 있는 절대온도에 비례하는 열잡음 중 밀리미터파를 수신하여 영상의 형성이 가능하다.
그러므로, 이를 이용하면 공항 등에서 권총 등의 위험물 소지를 체크하는 안전 검색 시스템, 건물 내의 침입감지 시스템, 비접촉형 카드 시스템, 화재 시 건물 내부 탐색 시스템으로도 사용할 수 있으며 밀리미터파가 안개나 수증기 등에 의한 감쇠가 적기 때문에 안개 발생 시 자동차의 전방 확인용 레이더, 위치확인 시스템 등으로서도 사용할 수 있어 매우 유용하다.
종래의 수동 밀리미터파 영상 시스템은 도 1에 나타낸 바와 같이, 열잡음을 집속하기 위한 렌즈부(1)와 열잡음 중 밀리미터파 신호를 수신하기 위한 안테나부(2), 수신된 신호를 증폭하는 증폭부(3), 증폭된 수신신호를 직류로 전환하는 검파부(4), 검파된 신호의 저주파 성분을 필터링하여 직류전압으로 출력하는 적분부(5, 로긴앰프), 입력된 직류신호를 영상으로 처리하는 영상처리부(6, 컴퓨터)로 구성된다.
종래의 밀리미터파 영역의 영상 검출은 한 개의 검출기가 장착된 광학계를 기계적으로 주사하는 방법, 또는 홀로그래피 등의 기술을 응용하여 행하여졌으며, 이러한 장치는 장치의 소형화 불가능하고 영상의 실시간 취득이 어려운 단점이 있었다.
현재 선진 각국에서 밀리미터파를 이용한 영상 시스템의 개발이 진행 중이지만, 상용화된 시스템이나, 밀리미터파 회로 설계 기술, MEMS 스위치부 제작 기술, MMIC 제작 기술 등 시스템에 관한 상세한 정보를 얻기는 매우 어렵다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 물체가 그 절대온도에 비례해서 방사하고 있는 넓은 대역의 열잡음 중에서 밀리미터파 대역의 스펙트럼 강도를 수신해서 영상을 형성하는 수동 밀리미터파 영상 시스템을 소형화하고, 실시간 영상 검출이 가능토록 하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적은 렌즈부, 안테나부, 증폭부, 검파부, 적분부, 영상처리부 등의 요소가 필요한 수동 밀리미터파 영상 시스템 중에서 상기 안테나부, 증폭부, 검파부를 n×n 구조로 배열된 영상 검출기들로 구성된 MEMS 영상 어레이로 대체함으로써 달성된다.
상기 안테나부, 증폭부, 검파부를 대체할 수 있도록 상기 MEMS 영상 어레이는 밀리미터파 관련 제반 기술(테이퍼 슬롯 안테나부 제작 기술, MMIC 제작 기술, 검파 회로 제작 기술), MEMS 스위치부 제작 기술, 안테나 기판과 MEMS 스위치부 및 MMIC 부착 기술로 집적되어지고 소형화된다.
도 1은 종래의 수동 밀리미터파 영상 시스템의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 MEMS 영상 어레이가 구비된 수동 밀리미터파 영상 시스템 의 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 영상 검출기의 개략도로서, 도 3(a)은 영상 검출기의 정면도이고 도 3(b)은 영상 검출기의 저면도,
도 4는 본 발명의 테이퍼 슬롯 안테나부의 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 MEMS 스위치부의 단면도, 및
도 6은 본 발명에 따른 발룬부의 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
10: 렌즈부 20: MEMS 영상 어레이
200: 영상 검출기201 : 유리기판
202 : 금속층 203: MEMS 스위치
204: MMIC 증폭기205: 바이어스라인
210: 테이퍼 슬롯 안테나부220: MEMS 스위치부
221: 알루미늄층222: 이산화 규소층
223: 마이크로 히터층224 : 금속 접촉층
225: 실리콘230: 발룬부
231: 발룬232: CPW
240: MMIC 증폭부250: 검파부
260: 연결부30: 로긴 엠프
300: 슬롯 라인40 : 컴퓨터
본 발명의 MEMS 영상 어레이가 구비된 수동 밀리미터파 영상 시스템는 렌즈부와 영상 검출기가 n×n 구조로 배열된 MEMS 영상 어레이와 로긴 엠프와 컴퓨터로 구성되며, 상기 영상 검출기가 밀리미터파 신호를 수신하는 테이퍼 슬롯 안테나부와 스위치 작동으로 참조신호를 생성하는 MEMS 스위치부와 신호의 전송모드를 변환하는 발룬부와 수신신호를 증폭하는 MMIC 증폭부와 증폭된 수신신호를 직류로 전환하는 검파부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 MEMS 영상 어레이가 구비된 수동 밀리미터파 영상 시스템을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 MEMS 영상 어레이가 구비된 수동 밀리미터파 영상 시스템의 구성도로서, 렌즈부(10)와; MEMS 영상 어레이(20)와; 로긴 엠프(30)와; 컴퓨터(40)로 구성된다.
상기 렌즈부(10)는 열잡음을 집속하기 위한 것이며 상기 MEMS 영상 어레이(20)는 n×n 구조로 배열된 영상 검출기(200)들로 구성되어 집속된 신호 중 밀리미터파 신호를 수신하여 증폭하고 직류로 전환한다.
상기 로긴엠프(30)는 상기 MEMS 영상 어레이(20)의 신호 중에서 저주파 성분을 필터링하여 직류전압으로 출력하고 상기 컴퓨터(40)는 입력된 직류신호를 영상으로 처리한다.
도 3은 본 발명의 영상검출기(200)의 개략도로서 (a)는 도 2에 나타난 상기 영상 검출기(200)의 정면도이며 도 3(b)은 영상 검출기(200)의 저면도이다.
상기 영상 검출기(200)의 수평길이(a) 57mm, 수직길이(b) 10mm, 두께(h1) 10mm로 구성된다.
상기 MEMS 기술을 이용한 영상 검출기(200)는 코닝사 유리 기판(201)에 금속층(202)를 이용하여 테이퍼 슬롯 안테나부(210)를 제작하고, 유리기판(201)의 일부에 MEMS 스위치부(220), 발룬부(230), MMIC 증폭부(240), 검파부(250),연결부(260)를 통상적으로 유리에 직접 부착시키는 방법인 에노딕 본딩 방법을 이용하여 부착하는 일체형 구조를 가진다.
상기 테이퍼 슬롯 안테나부(210)는 밀리미터파 신호를 수신하여 슬롯라인(300)을 통해 신호를 전달한다.
상기 MEMS 스위치부(220)는 MEMS 스위치(203)의 작동으로 참조신호를 생성한다.
상기 발룬부(230)는 수신된 신호를 전송모드를 변환한다.
상기 MMIC 증폭부(240)는 MMIC 증폭기(204)로 수신신호를 증폭하고 이 증폭된 수신신호를 상기 검파부(250)에서 직류로 전환한다.
상기 MMIC 증폭기(204)의 바이어스 라인(205)은 유리기판(201) 하층에 형성되고 그 길이(c)는 15mm이다. 여기서 상기 바이어스 라인(205)는 라인을 그림과 같이 직접 만들 수도 있지만 금속의 집게나 고무피복된 금속선 등 여러 형태로 구현될 수 있으므로 그 형태를 제한하지 않는다.
상기 연결부(260)는 상기 영상 검출기(200)가 MEMS 영상 어레이(20)에 구비되도록 연결되는 부분이다.
도 4는 본 발명에 따른 테이퍼 슬롯 안테나부(210)의 사시도로써, 밀리미터파를 집속할 수 있도록 d1은 7.8mm, x1은 0.3428mm, x2는 34.28mm, h2는 1.1mm, h3은 1.15mm로 구성되어, 상기 테이퍼 슬롯 안테나부(210)에서 집속된 신호는 슬롯라인(300)을 통해 MEMS 스위치부(220)로 전달된다.
도 5는 본 발명의 MEMS 스위치부(220)의 단면도를 나타낸 것이다.
상기 MEMS 스위치부(220)는 상기 슬롯라인(300)으로 전송되는 신호를 On-Off하도록 MEMS 스위치(203)을 구비한다.
상기 MEMS 스위치(203)는 열을 발산하는 마이크로 히터층(223, Cr/Pt/Cr)과 상기 열에 의해 늘어나고 줄어드는 알루미늄층(221, Al), 상부로 휘지 않도록하는 이산화규소층(222, SiO2), 슬롯라인(300)에 접촉되어 on-off의 스위칭 작용을 위한 접촉층(224, Au/Pt/Ti) 그리고 상기의 각 층들을 지지하는 실리콘(225, Si)으로 구성된다.
도 6은 발룬부(230)의 사시도로써, 상기 발룬부(230)는 슬롯라인(300)에서 코플래너 웨이브가이드(232, Coplanar Waveguide, 이하 CPW라 칭한다)로 전송모드가 변환되도록 구성된다.
상기 슬롯 라인(300)은 상기 발룬부(230)의 초입부에서는 그 라인 두께인 w1이 0.1mm이고 말단에서는 w2가 0.012mm로 가늘어지며 발룬(231)의 지름(d2)은 3.174mm로 구성된다.
CPW(232) 라인의 두께(w3)는 0.012mm이며 말단에서 근접하는 상기 슬롯 라인(300)과의 간격(d3)은 0.14mm이다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 MEMS 영상 어레이가 구비된 수동 밀리미터파 영상 시스템 의 작동은 다음과 같다.
렌즈부(10) 전면에 물체가 위치할 때, 상기 렌즈부(10)는 물체가 그 절대온도에 비례해서 방사하고 있는 열잡음을 MEMS 영상 어레이(20)에 집속하고, 상기 MEMS 영상 어레이(20)는 밀리미터파(35GHz 대역)신호를 수신한 후 수신한 신호를 증폭하고 이 증폭된 수신신호를 직류로 전환하여 로긴앰프(30)로 보낸다.
상기 로긴앰프(30)는 물체로부터의 열잡음 신호를 30헤르츠 간격으로 차단하는 MEMS 스위치부(220)에 의해 만들어진 참조 신호를 바탕으로 검파된 신호의 저주파 성분을 필터링하여 직류전압으로 출력하고, 이를 영상처리부 컴퓨터(40)로 보내어 영상 처리하게 된다.
한편, 상기 MEMS 영상 어레이(20)를 구성하고 있는 각각의 밀리미터파 영상 검출기(200)는 테이퍼 슬롯 안테나부(210)에서 밀리미터파 신호를 수신하고, 수신된 신호는 슬롯라인(300)에서 CPW(232)로 신호의 전송모드 변환을 가능케 하는 발룬부(230)를 통과하여 증폭기(240)에서 증폭되고, 검파부(250)에서 직류로 전환된다.
MEMS 스위치부(220)는 30헤르츠 간격으로 온 오프를 반복하여 수신 신호를 차단 및 통과시켜, 검출기(200) 자체의 잡음을 나타내는 참조 신호를 생성하여 각각의 밀리미터파 영상 검출기(200)는 각 위치의 영상 신호에 해당하는 직류신호를 내보낸다.
위에서 설명한 바와 같이 본 발명의 MEMS 영상 어레이가 구비된 수동 밀리미터파 영상 시스템은, 모든 물체가 그 절대온도에 비례해서 방사하고 있는 넓은 대역의 열잡음 중에서 밀리미터파 대역의 신호를 수신해서 영상을 형성하는 수동 밀리미터파 영상 시스템 중의 밀리미터파의 수신 및 직류전압 출력까지를 담당하는 부분을 MEMS 기술로 인한 일체형의 영상 검출기가 n×n 으로 배열되어 있는 MEMS 영상 어레이로 대체하여, 실시간으로 영상 검출이 가능함에 동시에 영상을 얻기 위해 검출기를 주사시키는 장치가 필요 없도록 구성되어 소형 장치 제작이 가능한 특징을 있다.
따라서, 본 발명에 따른 MEMS 영상 어레이가 구비된 수동 밀리미터파 영상 시스템은 안전 검색 시스템, 건물내의 침입감지 시스템, 비접촉형 카드 시스템, 화재 시 건물 내부 탐색 시스템, 자동차의 전방 확인용 레이더 시스템, 위치확인 시스템 등으로 다양하게 활용할 수 있다.
Claims (5)
- 렌즈부(10)와; 영상 검출기(200)가 n×n 구조로 배열된 MEMS 영상 어레이(20)와; 로긴 엠프(30)와; 컴퓨터(40)로 구성되는 것을 특징으로 하는 MEMS 영상 어레이가 구비된 수동 밀리미터파 영상 시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기 영상 검출기(200)가 밀리미터파 신호를 수신하는 테이퍼 슬롯 안테나부(210)와; 스위치 작동으로 참조신호가 생성되는 MEMS 스위치부(220)와; 신호의 전송모드를 변환되는 발룬부(230)와; 수신신호가 증폭되는 MMIC 증폭부(240)와; 증폭된 수신신호가 직류로 전환되는 검파부(250)를 구비하는 것을 특징으로 하는 MEMS 영상 어레이가 구비된 수동 밀리미터파 영상 시스템.
- 제 2항에 있어서, 상기 영상 검출기(200)가 유리 기판(201)에 금속층(202)을 이용하여 테이퍼 슬롯 안테나부(210)를 구비하고, 그 유리기판(201)의 일부에 MEMS 스위치부(220), 발룬부(230), MMIC 증폭부(240), 검파부(250)를 부착하여 일체형 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 MEMS 영상 어레이가 구비된 수동 밀리미터파 영상 시스템.
- 제 2항에 있어서, 상기 MEMS 스위치부(220)가 테이퍼슬롯안테나(210)와 MMIC 증폭부(240)사이에 삽입되어 일체형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 MEMS 영상 어레이가 구비된 수동 밀리미터파 영상 시스템.
- 제 2항에 있어서, 상기 MEMS 스위치부(220)가 열을 발산하는 마이크로 히터층(223, Cr/Pt/Cr)과 상기 열에 의해 늘어나고 줄어드는 알루미늄층(221, Al), 상부로 휘지 않도록하는 이산화규소층(222, SiO2), 슬롯라인(300)에 접촉되어 on-off의 스위칭 작용을 위한 접촉층(224, Au/Pt/Ti) 그리고 상기의 각 층들을 지지하는 실리콘(225, Si)으로 구성된 MEMS 스위치(203)를 구비하는 것을 특징으로 하는 MEMS 영상 어레이가 구비된 수동 밀리미터파 영상 시스템.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| J201 | Request for trial against refusal decision | ||
| E801 | Decision on dismissal of amendment | ||
| B601 | Maintenance of original decision after re-examination before a trial | ||
| J301 | Trial decision |
Free format text: TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20060331 Effective date: 20070322 |