KR20040088691A

KR20040088691A - 면적센서를 이용한 티디아이(ｔｄｉ) 방식의 디텍터 시스템

Info

Publication number: KR20040088691A
Application number: KR1020030022676A
Authority: KR
Inventors: 김용민; 이성운
Original assignee: 스타브이-레이주식회사
Priority date: 2003-04-10
Filing date: 2003-04-10
Publication date: 2004-10-20
Also published as: KR100538322B1

Abstract

본 발명은 면적센서를 이용한 티디아이 방식의 디텍터 시스템에 관한 것으로, 특히 면적센서를 이용하여 넓은 면적의 극미광 상태에서 빠른 시간내에 신호대 잡음비가 우수한 영상을 획득할 수 있는 디텍터 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 면적센서를 이용한 티디아이 방식의 디텍터 시스템은 임의의 물체를 정속도로 이동시키는 이송부와, 상기 이동하는 물체에 대한 영상을 라인 단위로 획득하는 디텍터와, 상기 이송부로부터 전달되는 이동정보에 따라 상기 디텍터의 픽셀 이동을 동기화시키는 로컬 프로세서와, 상기 로컬 프로세서의 제어에 의해 상기 디텍터로부터 획득된 영상을 전달받아 표시하는 주제어부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

면적센서를 이용한 티디아이(ＴＤＩ) 방식의 디텍터 시스템{DETECTOR SYSTEM OF TIME DELAY INTEGRATION TYPE USING AREA SENSOR}

본 발명은 면적센서를 이용한 티디아이 방식의 디텍터 시스템에 관한 것으로, 특히 면적센서를 이용하여 넓은 면적의 극미광 상태에서 빠른 시간내에 신호대 잡음비가 우수한 영상을 획득할 수 있는 디텍터 시스템에 관한 것이다.

통상적으로 많은 빛을 감지하는 소자는 광자(photon)를 전자(electron)로 전환하는 방식을 주로 많이 사용하며 과학적인 목적이나 각종 미약한 광원을 측정하기 위해서는 고감도의 디텍터가 필요하게 된다. 광원을 측정하는데 있어 현존하는 감지소자로는 고체촬상소자(Charge Coupled Device: CCD), 상보성 금속산화물 반도체(Complementary-Metal-Oxide-Semiconductor: CMOS) 등의 이미지 센서를 많이 사용하며 감지소자의 제작방식에 따라 빛에 대한 민감도가 차이는 제작 방법이나 구동 방법에 따라 수배의 차이를 보인다.

특히, 극단적인 미약광을 측정하기 위해서는 제한된 빛의 민감도에 대하여 변화시킬 수 있는 요소는 빛에 대한 감도를 향상시키는 방법과 노출하는 시간을 늘리는 방법이 있다. 그러나, 감도를 늘리는 방법은 제작단계에서 이미 결정되기 때문에 기술적으로 한계가 있다. 따라서, 노출 시간을 늘리는 방법이 사용자가 할 수 있는 최선의 방법이다.

아주 미약한 신호는 그 차이를 분해하는데 어려움이 많기 때문에 이미지 센서를 긴 시간동안 미약광에 노출시켜 원하는 양 만큼의 신호를 확보하고 그 크기를 측정하게 된다. 물론, 면적센서로 원하는 양의 신호가 될 때까지 노출을 하는 방식이 많이 사용되고 있으나 넓은 영역을 영상화하는 응용에 있어서는 센서에 셔터(shutter)를 장착하여 물체를 움직일 수 있는 이송부와 연동하여 사용하게 된다. 이 때, 각 부분에서 노출을 한 뒤에 셔터를 닫고 영상을 읽어내며 그 다음 이송부를 이동하고 다시 셔터를 열어 빛에 노출시키는 과정을 반복하게 된다.

그러나, 이러한 반복과정에서 문제가 되는 것은 셔터가 닫혀 있는 시간동안에는 감지소자가 빛에 노출되지 않는다는 것이다. 시스템적으로 이때의 빛은 영상신호로 변환하지 못하고 소실됨으로 인하여 시스템의 효율을 저하시키게 되고 결과적으로 영상을 얻는데 많은 시간을 소요하게 된다는 문제점이 있었다.

또한, 부분적으로 얻어진 각각의 영상을 하나로 합치는 과정에서 영상과 영상간에 각종 불균일 요소들에 의하여 경계부분이 매끄럽지 못하게 되는 단점이 있다.

이러한 문제들을 해결하기 위하여 시간지연적분(Time Delay Integration: TDI) 방식이 사용되었다. 시간지연적분 방식은 선형센서를 여러 단계로 겹쳐놓은 형태를 가지며 이송부를 한 방향으로 이동시키며 영상을 감지하게 되는데, 이송부의 이동량에 동기시켜 선형센서에 형성된 전자들을 한 개의 다음 라인(Line) 단위로 동시에 이동시킨다. 일반적으로 이러한 방식의 선형센서는 16단계, 64단계, 96단계, 256단계를 가지고 있으며, 결과적으로 가장 마지막 라인에서 나오는 신호는 물체의 한 점에 대해 모든 라인에서 얻은 전자를 더해 가지게 되어 영상화된다.

이러한 시간지연적분 방식의 시스템과 일반적인 시스템과의 차이는 일단 셔터를 움직이지 않기 때문에 시스템적으로 모든 빛을 전자로 전환하는데 활용하게 된다. 또한, 분할된 영상을 합하는 것이 아니기 때문에 영상의 경계가 매끄럽지 못하는 단점을 해결하게 된다.

그러나, 극미광에서 고감도를 구현하기 위해서는 동시에 노출되는 센서의 픽셀수가 다수가 되어야 하는데 이러한 시간지연적분 방식의 시스템에서는 전이단계가 최대 256단계이기 때문에 극단적으로 미약한 광을 측정하기에는 성능이 부족하여 영상의 선명도가 많이 떨어진다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해소하기 위한 것으로, 넓은 면적의 극미광 상태에서 다수의 화소수를 갖는 면적센서를 시간지연적분 방식을 이용하여 장시간 노출함으로써, 빠른 시간내에 신호대 잡음비가 우수한 고감도의 영상을 획득할 수 있는 면적센서를 이용한 티디아이 방식의 디텍터 시스템을 제공함에 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 면적센서를 이용한 티디아이 방식의 디텍터 시스템의 블록 구성도.

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 면적센서를 이용한 티디아이 방식의 영상획득과정을 나타내는 도면.

< 도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

10 : 디텍터 20 : 이송부

30 : 로컬 프로세서 40 : 주제어부

50 : 로컬 인터페이스부 60 : 메인 인터페이스부

70 : 물체 80 : TDI 센서

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 면적센서를 이용한 티디아이 방식의 디텍터 시스템은 임의의 물체를 정속도로 이동시키는 이송부와, 상기 이동하는 물체에 대한 영상을 라인 단위로 획득하는 디텍터와, 상기 이송부로부터 전달되는 이동정보에 따라 상기 디텍터의 픽셀 이동을 동기화시키는 로컬 프로세서와, 상기 로컬 프로세서의 제어에 의해 상기 디텍터로부터 획득된 영상을 전달받아 표시하는 주제어부로 구성된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 면적센서를 이용한 티디아이 방식의 디텍터 시스템의 블록 구성도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명은 크게 임의의 영상을 획득하는 디텍터(10)와, 디텍터(10)를 이동시키는 이송부(20)와, 디텍터(10)와 이송부(20)를 제어하는 로컬프로세서(30)와, 디텍터(10)로부터 획득된 영상을 로컬 프로세서(30)로부터 전송받아 저장하고 시스템 전체를 제어하는 주제어부(40)로 구성되며, 특히 로컬 프로세서(30)와 주제어부(40)는 상호간에 영상신호의 전송이나 각종 제어명령신호의 전송을 위해 로컬 인터페이스부(50)와 메인 인터페이스부(60)를 각각 구비하고 있다.

디텍터(10)는 로컬 프로세서(30)의 제어에 의해 이송부(20)에 위치하고 있는 물체에 대한 영상을 면적센서를 통해 라인 단위로 획득한다. 여기서, 이송부(20)는 로컬 프로세서(30)의 제어에 의해 물체를 정해진 속도로 이동시키게 되는데 이 때, 이송부(20)의 실제이동거리와 시간에 대한 이동정보가 로컬 프로세서(30)로 전달됨에 따라, 로컬 프로세서(30)는 이송부(20)의 이동정보에 근거하여 디텍터(10)를 제어하게 된다.

특히, 로컬 프로세서(30)에 제어에 의해 이송부(20)의 물체가 정속도로 이동되게 하는 것은 시간지연적분(이하, "TDI"라 함) 방식을 적용함에 있어 매우 중요한 것으로 TDI 방식에서는 이송부(20)의 정확도가 영상의 질에 크게 영향을 미치게 된다. 이에 따라, 본 발명에서는 고정밀도 정속제어가 가능한 이송부를 사용하여 TDI 구동에 의한 영상의 질 저하를 최소화시킨다. 이를 위해 본 발명의 디텍터(10)는 이송부(20)의 이동정보에 따라 면적센서를 면적 단위의 구동방식이 아닌 라인(line) 단위로 제어하는 TDI 방식으로 동기화하여 구동하게 된다.

또한, 이 때 사용되는 면적센서는 픽셀수가 512 ×512를 비롯하여 많게는 4000 ×4000, 8000 ×8000개의 픽셀들로 이루어져 있기 때문에 일반적인 선형센서보다 훨씬 많은 픽셀수 및 전이단계를 갖게 됨으로써 영상의 선명도를 높일 수 있게 된다.

이와 같이, 로컬 프로세서(30)의 제어에 의해 이송부(20)의 이동정보에 따라 동기화되어 구동하는 디텍터(10)의 면적센서로부터 획득되는 라인 단위의 영상은 디지털 영상신호로 변환되어 로컬 프로세서(30)로 전달된다.

그리고, 로컬 프로세서(30)로 전달된 디지털 영상신호는 인터페이스부(50,60)를 통해 주제어부(40)로 전송된다. 이에 따라, 주제어부(40)는 로컬 프로세서(30)로부터 전송된 영상신호를 처리하여 디스플레이한다.

또한, 주제어부(40)는 일반적인 컴퓨터를 사용하여 구현 가능하며 로컬 프로세서(30)의 온/오프 제어나 각종 제어신호를 발생시켜 로컬 프로세서(30)를 제어하기 위한 프로그램을 실행하는 플랫폼(platform)의 역할도 수행하게 된다.

상술한 본 발명의 실시예에서는 이송부(20)가 로컬 프로세서(30)의 제어에 의해 물체를 정해진 속도로 이동시킨다고 설명하였으나, 이송부(20)에 의해 디텍터(10)를 이동시켜 면적센서를 TDI 방식으로 구동할 수도 있다.

또한, 본 발명에서는 물체를 인위적으로 이동시키기 위한 이송부(20)를 이용하여 설명하였으나, 이송부(20)에 의하지 않고 이동하는 극미광 상태의 물체의 영상을 획득하는 경우에는 본 발명의 이송부(20)가 필요 없이 이동하는 물체에 대한 영상을 라인 단위로 획득할 수 있음은 자명할 것이다.

이어서, 상술한 본 발명의 구성에 따른 영상획득과정을 도 2를 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 면적센서를 이용한 티디아이 방식의 영상획득과정을 나타내는 도면으로 시간에 따른 영상획득과정을 보여주고 있다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 영상획득과정은 시간 0 내지 5의 단계로 구분되어 각 시간에서 라인 단위의 영상을 획득하게 된다.

먼저, 시간이 0인 시점에서 라인 단위의 영상획득과정을 살펴보면, 이송부(20)의 물체(70)는 밝은 부분(71)과 어두운 부분(72)으로 되어 있다. 이에 따라, TDI 센서(80)는 물체(70)의 밝은 부분(71)으로부터 발산되는 광만을 라인 단위로 수광하게 된다. 이 때 수광되는 광자는 TDI 센서(80)의 제2,3픽셀, 제5,6픽셀, 제8,9픽셀, 제11,12픽셀, 제14,15픽셀에 전자로 전환되어 라인 단위의 새로운 영상이 획득된다.

그리고, 시간이 1인 시점에서는 로컬 프로세서(30)의 제어에 의해 TDI 센서(80)의 픽셀이 하나씩 우측으로 이동됨에 따라 시간이 0인 시점에서 생성된 전자는 전 위치의 픽셀(제3,4픽셀, 제6,7픽셀, 제9,10픽셀, 제12,13픽셀, 제15,16픽셀)로 이동되어 영상이 전이되고 새로운 라인 단위의 영상이 제1픽셀, 제3,4픽셀, 제6,7픽셀, 제9,10픽셀, 제12,13픽셀, 제15,16픽셀에 생성되어 전이 영상의 전자와 함게 누적된다.

이어서, 시간이 2인 시점에서도 마찬가지로 로컬 프로세서(30)의 제어에 의해 TDI 센서(80)의 픽셀이 하나씩 우측으로 이동됨에 따라 시간이 0과 1인 시점에서 생성된 전자가 계속해서 누적되고 새로운 라인 단위의 영상이 제1,2픽셀, 제4,5픽셀, 제7,8픽셀, 제10,11픽셀, 제13,14픽셀, 제16픽셀에 생성된다.

이와 같이, 시간이 3 내지 5인 시점에서도 동일한 방식으로 전자가 누적되어결국, 시간이 5인 시점에서는 시간이 0 내지 4인 시점에서 픽셀 이동에 의해 각각 순차적으로 생성되어 누적된 전자와 함께 새로운 라인 단위의 영상을 나타내는 전자가 제1,2픽셀, 제4,5픽셀, 제7,8픽셀, 제10,11픽셀, 제13,14픽셀, 제16픽셀에 누적된다.

이와 같이, 본 발명에서는 라인 단위의 영상을 구성하는 전자를 계속적으로 누적시킴으로써 극미광 상태에서도 좋은 신호대 잡음비를 갖는 영상을 획득할 수 있게 되는 것이다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 넓은 면적의 극미광 상태에서 다수의 화소수를 갖는 면적센서를 시간지연적분 방식을 이용하여 장시간 노출함으로써, 빠른 시간내에 신호대 잡음비가 우수한 고감도의 영상을 획득할 수 있는 효과가 있다.

Claims

임의의 물체를 정속도로 이동시키는 이송부와,

상기 이동하는 물체에 대한 영상을 라인 단위로 획득하는 디텍터와,

상기 이송부로부터 전달되는 이동정보에 따라 상기 디텍터의 픽셀 이동을 동기화시키는 로컬 프로세서와,

상기 로컬 프로세서의 제어에 의해 상기 디텍터로부터 획득된 영상을 전달받아 표시하는 주제어부로 구성되는 것을 특징으로 하는 면적센서를 이용한 티디아이 방식의 디텍터 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 디텍터는 선형 티디아이(TDI) 방식의 면적센서인 것을 특징으로 하는 면적센서를 이용한 티디아이 방식의 디텍터 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 이동정보는 상기 이송부의 이동거리와 이동시간에 대한 정보인 것을 특징으로 하는 면적센서를 이용한 티디아이 방식의 디텍터 시스템.