KR20160144692A - 광센서 어레이의 특성평가를 통한 보정방법 - Google Patents

광센서 어레이의 특성평가를 통한 보정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광센서 어레이의 특성평가 및 보정방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 광센서 어레이의 특성 평가를 통한 보정방법은 일정 특성 값을 가지는 표준 광원에 대한 광센서 어레이의 수집 특성 값을 입력 받아 상기 수집 특성 값의 제1 보정값을 추출하는 단계; 적용 환경의 광원에 대한 상기 광센서 어레이의 수집 특성 값을 입력 받아 상기 적용 환경의 광원의 특성 값의 제2 보정값을 추출하는 단계; 및 상기 제1 보정값 및 상기 제2 보정값을 이용하여 상기 광센서 어레이의 적용 환경에 대한 보정값을 산출하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 다양한 환경에 적용되는 광 센서 어레이의 측정 신뢰성 확보를 위한 테스트 및 보정 기준을 마련할 수 있으며, 측정값의 신뢰범위를 파악할 수 있기 때문에 실제 바이오/의료 등의 응용 사용자가 최종 판정함에 있어 잠재적 판단 오류를 줄일 수 있게 된다.

Description

광센서 어레이의 특성평가를 통한 보정방법 {The method of calibration of photon sensor pixel array by evaluating its characteristic}
본 발명은 광센서 어레이의 특성평가 및 보정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광센서 어레이의 측정 값의 보정을 통하여 신뢰성을 높이기 위한 방법에 관한 것이다.
그 동안 이미지 센서(CCD, CMOS Image sensor)의 가장 큰 활용분야는 스마트폰과 디지털 카메라 시장이었다. 이들 카메라 모듈의 구조는 외부 광학렌즈부, IR필터부, 이미지 센서로 구성되어 있다. 전통적인 CMOS, CCD 이미지 센서 내부의 컬러필터층은 각 픽셀마다 R, G, B 필터들이 일정한 패턴을 가지고 배치되고, 인간의 시각 특성을 따라서 G가 50%, R과 B가 각각 25%가 되도록 교차 배치되며 이를 베이어 패턴(Bayer pattern)이라 부른다. 이와 같이 실제 이미지 센서의 각 픽셀은 R, G, B 중 어느 한 색만을 감지할 수 있지만, 우리가 보는 카메라 영상에서는 각 픽셀마다 R,G,B 전체 색상을 보여준다. 이것이 가능한 이유는 소프트웨어적으로 각 픽셀마다 주변 셀들의 색상값을 보간(interpolation)하여 색을 구성하기 때문이다. 이러한 이미지의 특성평가 및 보정방법은 ISO 평가방법 표준 및 이미지 시그널 프로세싱 등의 다양한 알고리즘들이 개발되어 있다.
그런데, 최근에는 센서 기술이 발전함에 따라, 외부 광학렌즈부가 없는 광센서 어레이 각각 그 자체를 측정기기로 응용하는 사례들이 늘어나고 있다. 특히 바이오 광반응 측정기기, 렌즈프리 현미경, 면역크로마토그래피의 광반응 측정을 이용한 체외진단기기, DNA 분석용 멀티플랙싱 기기, 헬스케어용 생체신호 측정기, 이식형 또는 패치형 의료측정기기 등에 사용된다. 그러나, 일반적으로 반도체 팹에서 생산된 이미지 센서의 특성은 웨이퍼의 센서 위치마다 다르고, 같은 센서 내에서도 각 픽셀마다 특성이 다르다. 따라서, 이러한 진단기기에서는 광센서 어레이의 각 픽셀에 대한 측정정확도에 대한 신뢰성이 중요한 이슈가 되고 있으며, 이에 적합한 측정장치 셋업 및 어레이 특성 테스트 방법과 보정을 통한 정확도 향상이 필요하다.
본 발명은 측정정확도에 대한 신뢰도가 중요한 분야에 적용되는 광센서 어레이의 모든 픽셀들의 특성을 표준광원환경 하에서 다양한 조건에 따라 미리 추출하여 1차 보정하고, 실제 측정 환경조건에서 한번 더 샘플링 추출한 다음 이에 따른 측정 및 보정 기준을 제안하여 신뢰성 있는 측정 값을 산출하는 방법을 제안하고, 측정값과 보정계수 그리고 주요 특성 값 등을 데이터 목록화 하여 이 센서를 활용하고자 하는 사용자가 측정 결과값의 오차범위를 인지하여 중요한 판단의 오류를 줄이고 신뢰도를 높이는 것을 목적으로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 광센서 어레이의 특성 평가를 통한 보정방법은 일정 특성 값을 가지는 표준 광원에 대한 광센서 어레이의 수집 특성 값을 입력 받아 상기 수집 특성 값의 제1 보정값을 추출하는 단계; 적용 환경의 광원에 대한 상기 광센서 어레이의 수집 특성 값을 입력 받아 상기 적용 환경의 광원의 특성 값의 제2 보정값을 추출하는 단계; 및 상기 제1 보정값 및 상기 제2 보정값을 이용하여 상기 광센서 어레이의 적용 환경에 대한 보정값을 산출하는 단계를 포함한다.
상기 제1 보정값을 추출하는 단계는, 상기 표준 광원의 파장 변경에 따른 상기 광센서 어레이의 수집 특성 값을 평탄화하는 평탄화 보정값을 추출하는 단계; 및 상기 표준 광원의 세기 변경에 따른 상기 광센서 어레이의 수집 특성 값을 선형화하는 선형화 보정값을 추출하는 단계를 포함한다.
상기 제2 보정값을 추출하는 단계는, 상기 적용 환경의 광원의 적용 파장의 상기 광센서 어레이의 수집 특성 값을 평탄화하는 평탄화 보정값을 추출하는 단계; 및 상기 적용 환경의 광원의 적용 세기대의 상기 광센서 어레이의 수집 특성 값을 선형화하는 선형화 보정값을 추출하는 단계를 포함한다.
상기 제2 보정값을 추출 하는 단계는 상기 표준 광원의 광량을 목표광량으로, 상기 목표광량에 따라 결정된 상기 적용 환경의 광센서 어레이의 노출시간 또는 이득에 따른 수집 특성 값을 입력 받는 것이 바람직하다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 광센서 어레이를 통한 진단 방법은 적용 환경의 광원에 대하여 광센서 어레이에 수집되는 수집 특성 값을 입력 받는 단계; 및 상기 적용 환경의 광원에 대하여 피반응체에 의해 반응되어 상기 광센서 어레이에 수집되는 반응 특성 값을 입력 받는 단계를 포함하고, 상기 광센서 어레이는 일정 특성 값을 가지는 표준 광원에 대한 광센서 어레이의 수집 특성 값을 입력 받아 상기 수집 특성 값의 제1 보정값, 및 적용 환경의 광원에 대한 상기 광센서 어레이의 수집 특성 값을 입력 받아 상기 적용 환경의 광원의 특성 값의 제2 보정값을 이용하여 보정된 특성 값을 수집하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 다양한 환경에 적용되는 광 센서 어레이의 측정 신뢰성 확보를 위한 테스트 및 보정 기준을 마련할 수 있으며, 측정값의 신뢰범위를 파악할 수 있기 때문에 실제 바이오/의료분야 등에 종사하는 사용자가 측정 결과값의 오차범위를 인지하여 판단의 오류를 줄이고 신뢰도를 높일 수 있게 된다.
또한, 추가적인 외부 렌즈모듈 구성없이 광센서를 구현할 수 있어서 구성을 보다 간소화 시킬 수 있으며, 초소형 고성능의 랩온어칩 또는 이식형 패치 형태의 진단기기 등의 산업분야 활성화에 기여하게 된다.
도 1은 일반적인 광원에 대한 디지털 카메라의 구조를 나타내는 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광센서 어레이의 구조를 나타내는 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 렌즈 프리 광센서 어레이의 특성평가를 통한 보정방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 도 3에 따른 테스트 단계를 보다 상세히 나타내는 세부 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 보정된 외부 렌즈 프리 광센서 픽셀 어레이의 특성평가를 통한 진단방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 테스트 단계의 환경을 예시하는 도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 테스트 환경을 예시하는 도이다.
이하의 내용은 단지 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 발명의 원리를 구현하고 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.
또한, 발명을 설명함에 있어서 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
본 발명을　첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래에 이용되는 일반적인 광센서의 응용 예를 나타내는 도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 이용되는 광센서를 나타내는 도이다.
도 1과 도 2를 비교하면, 본 실시예에 따른 광센서는 별도의 외부 렌즈를 포함하고 있지 않다.
구체적으로 도 1은 이미징 렌즈를 추가로 포함하고 있으므로, 렌즈를 실장하기 위한 마운트 구조와 배럴 구성을 포함하고 있으며 이에 따라 전체적인 센서의 두께가 두꺼워지는 문제가 있다.
이에 반해 본 실시예에 따른 광센서는 도 2에 도시된 바와 같이 광을 조사하는 광원과 테스트 시료로부터 오는 광을 측정하기 위한 광센서로만 구성되므로 상대적으로 구성이 간소화 될 수 있다.
다만, 본 실시예에 따른 광센서는 외부 렌즈가 있는 일반 카메라 센서와는 특성 값의 측정 조건이 달라져야 한다. 또한 일반 카메라에서의 이미지는 각 픽셀에 할당되는 Red필터, green필터, blue필터를 통과한 주변 픽셀값을 interpolation하여 결정하지만, 본 실시예에서는 각 픽셀 값 자체가 해당 픽셀에서 반응한 측정값을 의미한다. 또한 각 픽셀의 용도가 계측기이기 때문에 정확도에 대한 신뢰성이 더욱 중요하다.
또한, 최종 신호값은 광원과 센서뿐만아니라 센서에서 신호값을 읽어내는 PCB보드 등에도 따라 영향을 받기때문에, 기존의 웨이퍼 테스트와 별도로 본 실시예에서 처럼 실제 적용 PCB에 실장된 플립칩 센서 상태에서 전체 어레이를 여러 조건에 따라 전수 테스트하고 보정하는 것이 바람직하다.
구체적으로, 기존 반도체센서 위에 카메라 렌즈가 마운트되는 시스템의 경우 렌즈에 의한 초점 조절이 가능하나, 본 실시예에 따른 광센서는 렌즈가 없이 거의 테스트 시료와 접촉하는 수준에서 측정되기 때문에 이에 대한 테스트 환경의 설정방법 및 보정방법이 필요하다.
즉, 도 2의 평준화된 응답 결과를 얻기 위하여광 센서 어레이의 표면구조나 내부 마이크로 렌즈 및 컬러필터 등의 구조물에 의한 광경로 차이 등의 보정 파라미터의 설정이 필요하다.
이하, 도 3을 참조하여 본 실시예에 따른 렌즈-프리 광센서를 통해 시료에서 방사되는 광특성의 신뢰성을 확보하기 위한 보정 방법, 구체적으로 이용되는 빛의 세기, 파장, 광축을 포함하는 측정 파라미터의 설정 방법에 대하여 설명한다.
본 실시예에 따른 광센서 어레이의 특성평가를 통한 보정방법(이하, 보정 방법)은 제1 테스트 단계(S100), 제2 테스트 단계(S200), 보정 단계(S300)를 포함한다.
본 실시예에서 제1 테스트 단계(S100)는 일정 특성 값을 가지는 표준 광원에 대한 광센서 어레이의 수집 특성 값을 입력 받아 상기 수집 특성 값의 제1 보정값을 추출한다.
즉, 표준 광원을 통한 광센서 어레이의 절대평가를 위한 것으로 평탄도, 선형성(linearity), 센서의 감도(sensitivity), SNR(Signal to Noise Ratio)를 포함하는 특성 값을 측정할 수 있다.
제1 테스트를 위해서는 암실의 구성과 광원의 균일성이 요구될 수 있다.
제1 테스트의 환경은 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 제1 테스트의 환경을 나타내는 예시도이다.
즉, 도 6은 제1 테스트의 암실 구성(10)을 통해 외부 잡광의 진입을 막는다. 따라서, 테스트 하기 위한 장치는 하우징으로 밀폐될 수 있다.
구체적인 테스트 장치는 도 7을 참조하여 설명한다.
도 7은 도 6의 A 영역을 확대한 것이다.
도 7을 참조하면 본 실시예에서는 광원(20)으로 텅스텐 램프 광원에 모노크로메터를 통과하여 원하는 파장의 빛을 얻은 후 적분구에 연결한다. 적분구의 출력포트에 수직하게 광센서 어레이(30)를 배치한다. 적분구 출력포트 광원의 공간적 균일도는 광센서 어레이 전체 면적에 대하여 0.1%이내, 시간에 따른 균일도 0.5% 이내가 되도록 한다. 픽셀출력 값의 1코드에 해당하는 광량의 1%이내 균질도를 유지하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 공인인증기관에서 검증된 성능을 만족하는 광원환경을 표준광원(20)이라 부른다.
본 실시예에 따른 센서는 외부 렌즈를 포함하고 있지 않으므로 광원과 센서 사이의 거리가 특성 평가에 영향을 미치는 파라미터로 작용할 수 있으며, 이때는 센서 자체의 마이크로 렌즈의 기하학적 특성을 고려하여 거리를 산출하는 것도 가능하다. 추가적으로 광축 또는 거리를 정렬하기 위한 지그 구성(40)이 포함될 수 있다.
이상의 설명에 따른 제1 테스트를 위한 초기 설정이 완료되면, 광원의 파장을 설정하고 광원의 세기를 균일한 간격으로 증가시키면서, 모든 픽셀의 출력 코드 값을 읽어 들인다.
이에 대해서는 도 5를 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 제1 테스트 단계(S100)는 표준 광원의 파장 변경에 따른 상기 광센서 어레이의 수집 특성 값을 평탄화하는 평탄화 보정값을 추출하고(S110), 상기 표준 광원의 세기 변경에 따른 상기 광센서 어레이의 수집 특성 값을 선형화하는 선형화 보정값을 추출한다(S120).
먼저 평탄화 보정값을 추출하기 위하여 광원의 파장을 변경하면서 광센서의 평탄화 보정용 행렬 값을 구하고 이를 데이터베이스에 저장하여 보정계수 룩업 테이블을 만드는 것이 바람직하다.
본 실시예에 따른 평탄화에 대하여 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 광센서는 도 1과 같은 외부 렌즈가 없이 센서 어레이 각각의 픽셀에 대해 마이크로렌즈가 구성된다.
이때, 구성된 마이크로렌즈 각각의 기하학적 곡률이 조금씩 상이하여 광경로들의 차이가 발생하게 되며, 본 실시예에서는 각 픽셀 값 자체가 해당 픽셀에서 반응한 측정값을 의미하므로 마이크로렌즈의 곡률 또는 추가적인 필터 구성에 따라 달라지는 광경로로 인한 각 픽셀 값의 오차를 줄이기 위하여 기준이 되는 픽셀 값으로 평준화할 필요가 있다.
따라서, 도 2와 같은 응답 결과를 얻기 위하여 본 실시예에서는 소프트웨어적으로 평탄화보정계수 연산을 통해 측정되는 픽셀 값을 평준화한다,
다음으로는 센서의 반도체 팹공정시 도핑농도 등의 주요 특성 파라메터의 균일도 제어 한계가 있고 포토다이오드를 구성하는 실리콘의 광흡수 물리적 특성이 있어, 각 픽셀간의 감도편차가 생기고 비선형성을 갖게 된다. 따라서, 선형화 보정값을 추출하기 위하여, 광원의 세기를 변경하면서 광센서의 선형성 보정용 행렬 값을 구하고 이를 데이터베이스에 저장하여 보정계수 룩업 테이블을 만드는 것이 바람직하다.
본 실시예에서 평탄화 보정용 행렬 값과 선형화 보정용 행렬 값은 수학식 1을 통해 추출될 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
여기서,
Figure pat00002
는 i번째 행과 j번째 열의 픽셀 이름이고, n은 출력코드값이다. 예를 들면, 8비트 ADC(아날로그 디지털 컨버터)인 경우, n은 0에서 255까지의 값이다.
Figure pat00003
는 i번째행과 j번째 열에 있는 픽셀의 보정된 출력코드값이다.
Figure pat00004
는 i번째행과 j번째 열에 있는 픽셀의 측정된 출력코드값이다.
Figure pat00005
는 i번째행과 j번째 열에 있는 픽셀의 평탄화 보정값이다.
Figure pat00006
는 i번째행과 j번째 열에 있는 픽셀의 선형성 보정값이다.
또한, 특성 값으로 본 실시예에 따른 광센서 어레이의 다이내믹 레인지, SNR 값이 포함될 수 있다.
추가적으로 본 실시예에 따른 제1 테스트 단계(S100)는 표준 광원에 대하여 광센서 어레이의 노출시간 또는 이득을 기본값으로 설정하는 단계(S105)를 더 포함하고, 설정된 광량에 대하여 테스트가 수행될 수 있다.
이후, 본 실시예에 따른 제2 테스트 단계(S200)는 제1 테스트 단계(S100)에서 설정된 표준 광원의 광량을 목표 광량으로, 상기 목표 광량에 따라 결정된 보정 기준값을 갖는 광센서 어레이의 적용 환경의 광원에 대한 수집 특성 값을 입력 받는다.
즉, 적용 환경에 대한 특성 값과 표준 광원에 대한 특성 값을 통한 광센서 어레이에 대한 보정값의 산출을 위하여 각각의 테스트에 사용되는 광원의 광량이 서로 대응될 수 있게 하는 기준을 설정하는 것이 바람직하다.
이때, 광센서 어레이는 노출 시간과 이득을 그 설정 파라미터로 이용 가능하므로, 보정값 추출을 위한 기준으로 목표 광량과 현재 광센서 어레이가 적용된 환경에서의 광량이 같거나 또는 그 비율이 같게 하는 노출시간 또는 이득을 설정한다.
본 실시예에서 노출시간 또는 이득은 수학식 2를 만족하는 값으로 설정될 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00007
이때, Luminence_Ratio는 목표광량(OCrefOC)과, 적용된 환경에서의 광량(MOC)의 비율을 나타내고 상기 적용환경 광원의 광량을 목표 광량에 맞추기 위한 노출시간 또는 이득 조정값 또는 이들의 조합에 따른 수집 특성 값을 선택할 수 있으며, 이를 보정 기준값(노출시간, 이득)으로 설정하여 적용한다(S205).
다음, 본 실시예에서 제2 테스트 단계(S200)는 적용 환경의 광원에 있어서, 보정 기준값이 설정된 광센서 어레이의 수집 특성 값을 입력 받아 상기 적용 환경의 광원의 특성 값의 제2 보정값을 추출한다.
즉, 제2 테스트 단계(S200)는 적용 환경에 대한 광센서 어레이의 특성값을 이용하는 것으로, 예를 들어 생체 센서와 같은 바이오 반응에 관계된 발광 또는 형광에 따른 센싱 특성 값을 추출한다.
본 실시예에 따른 제2 테스트 단계(S200)도 상술한 제1 테스트 단계(S100)와 마찬가지로 암실 구성을 통해 수행되는 것이 바람직하다.
구체적으로 제2 테스트 단계(S200)는 제1 테스트 단계(S100)에 이용되는 센서의 구조를 실제 패키징되는 환경에 구현하고 이에 따른 특성 측정을 수행한다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 광센서 어레이는 체내에 삽입 가능한 캡슐형의 패키지로 구성될 수 있다. 구체적으로 도 9를 참조하면, 실제 패키징 되는 환경에서 광원 또는 광반응 영역(120) 및 광센서 어레이(130)를 구성하여 테스트를 수행한다.
본 발명의 실시예로서 발광반응이 광센서 표면에서 일어나는 경우에는 제1 테스트에서 보정된 값을 적용한 상태에서 각 픽셀의 반응전 누적평균값을 구하고, 반응시 각 픽셀의 누적평균값을 구한 다음, 두 차이값을 최종 결과값으로 출력할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예로서 형광반응 또는 투과반응인 경우에는 광원의 균일성을 위하여 광원의 파장 또는 세기를 제어한다.
즉, 본 실시예에서는 광원(120)으로 LED(Light Emitting Diode) 를 예로 들어 설명하면, LED의 효율은 온도에 영향을 받으므로, 온도 균일성을 맞추기 위하여, TEC(Thermo Electric Cooler)를 LED가 실장되는 기판에 적용하여 일정한 온도가 유지되도록 할 수 있다.
또한, LED의 밝기의 균일성을 구현하기 위하여 LED 회로에 피드백 회로로서, APC(Automatic Power control)를 구현하여 하여 일정한 밝기를 내도록 인입되는 전력을 제어하는 것도 가능하다.
구체적으로 본 실시예에서 광원은 특정 파장의 단일 LED를 적용하거나 또는 3원색 LED(RED, BLUE, GREEN) 조합으로 구성될 수 있다. 나아가 물리적인 공간적 평행광을 구성하기 위하여, 디퓨저 또는 평행광 렌즈 등을 조합하여 구성할 수 있다.　부가적으로 디머(Dimmer) 회로를 구성하여, 광원의 세기를 조정하는 것도 가능하다.
또한, 상술한 광원의 균일성의 설정 외에 광원에서 방출되는 광의 광축을 정렬하는 단계를 더 포함할 수 있다. 구체적으로 본 실시예에서 광원의 평행광의 광축은 센서 면과 수직으로 정렬되는 것이 바람직하다. 즉, 도 8을 참조하면 정렬여부를 판단하기 위한 방법의 하나로, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) grating(140)을 이용할 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 제2 테스트 단계(S200)는 패키징된 적용 환경의 광원의 보정 기준값이 설정된(S205) 광센서 어레이의 적용 파장의 수집 특성 값을 평탄화하는 평탄화 보정값을 추출하고(S210) 상기 적용 환경의 광원의 적용 세기대의 상기 광센서 어레이의 수집 특성 값을 선형화하는 선형화 보정값을 추출한다(S220).
먼저, 적용되는 환경의 바이오 반응에 사용할 광원의 파장에서 광센서 어레이의 평탄화 보정값을 구하고 이를 데이터베이스에 저장하여 보정계수 룩업 테이블을 만드는 것이 바람직하다.
다음은 적용되는 환경의 광원의 세기를 포함하는 세기대에 대하여 샘플링된 일부 단계에 대한 광센서의 선형성 보정값을 구하고, 이를 데이터베이스에 저장하여 보정계수 룩업 테이블을 만드는 것이 바람직하다.
본 실시예에서 평탄화 보정값과 선형화 보정값은 샘플링된 일부 단계에 대하여 수학식 1을 적용하여 추출될 수 있다.
보정 단계(S300)는 제1 보정값 및 상기 제2 보정값을 이용하여 상기 광센서 어레이의 적용 환경에 대한 보정값을 산출하고 이를 적용하여 광센서 어레이를 보정한다. 즉, 광센서 어레이의 적용 환경에 대한 보정 기준값을 설정하고, 본 실시예에서 제1 테스트에서 구한 평탄화 보정값과 선형성 보정값을 제2 테스트에서 약식으로 구한 평탄화 보정값과 선형성 보정값을 각각 곱하여 보정값을 산출하고 광센서 어레이 각 픽셀의 평탄화 보정과 선형성 보정을 실시한다.
추가적으로 도 6을 참조하면, 보정을 통한 최종 측정은 보정값이 적용된 광센서 어레이의 반응전 각 픽셀에서 수집되는 특성 값의 누적 평균을 산출하고(S410), 반응 동안 각 픽셀에서 수집되는 특성 값의 누적 평균을 산출하고(S420), 이들의 차를 결과 픽셀 최종값으로 산출한다(S430).
이때, 반응전 누적 평균 픽셀값은 수학식 3를 통해 추출될 수 있다.
즉, 수집된 픽셀값의 누적값을 수집 회수로 나누어 누적 평균을 산출한다.
[수학식 3]
Figure pat00008
여기서,
Figure pat00009
는 반응전 (i,j)위치에 있는 픽셀에 대한 특성값인 출력코드값을 의미한다.
Figure pat00010
는 반응전 (i,j)위치에 있는 픽셀에 대한 특성값인 출력코드값의 누적 평균값을 의미한다.
다음, 반응 동안 수집되는 누적 평균 픽셀값은 수학식 4를 통해 추출될 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00011
여기서,
Figure pat00012
는 반응 동안 (i,j)위치에 있는 픽셀에 대한 특성값인 출력코드값을 의미한다.
Figure pat00013
는 반응 동안 (i,j)위치에 있는 픽셀에 대한 특성값인 출력코드값의 누적 평균값을 의미한다.
이들의 차를 통해 산출되는 결과 픽셀값 D(xi,yi)은 수학식 5로 표현될 수 있다.
[수학식 5]
Figure pat00014
또한, 본 실시예에서 제2 테스트 단계(S200)는 패키징 환경 외에 패키징 되어 이용되는 환경을 구현하여 특성값을 산출하도록 하는 것도 적용 가능하다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 센서가 체내 혈당량의 측정을 위해 인체에 삽입되는 것이라면 인체 내의 환경으로서 인체 삽입환경을 구현하고 이에 따른 특성 측정을 수행하는 것일 수 도 있다.
다음은 측정자료를 활용하는 사용자가 데이터를 판독하는데 오류의 여지가 어느 정도 있는지를 파악할 수 있도록 최소한 다음과 같은 내용이 포함되도록 보고서를 작성하는 것이 바람직하다.
먼저 테스트 환경 스펙에 관한 보고서는 다음 표 1과 같은 항목을 포함하는 것이 바람직하다.
Test Equipment and Environmental specification Value Tolerance Min Typical Max
Illumination type
Wavelength(λ) of Light source [nm]
Two dimensional Uniformity of Light intensity at the each pixel surface [%]
Uniformity of Light intensity when the time goes on [%]
Angle of Light incidence with respect to the each pixel surface [o]
Temperature [oC]
Humidity [%RH]
Analogue Supply voltage [DC Volts]
Analogue Supply current [mA]
Digital Supply voltage [DC Volts]
Digital Supply current [mA]
External clock [MHz]
광센서 어레이의 스펙은 다음 표 2와 같은 내용을 포함하는 것이 바람직하다.
CMOS Photon sensor Specification Value Tolerance Min Typical Max
Sensor maker
Model name
Pixel size [um * um]
Resolution
ADC [bit]
Sensitivity
Dynamic Range
보정값의 룩업 테이블은 다음 표 3과 같은 내용을 포함하는 것이 바람직하다.
Code /
( # of Photon) 		Calibrated Output Code value Measured Output Code value average Planarization Calibration Coefficient Linearity Calibration Coefficient
1/
( )
.
.
. 		.
.
. 		.
.
. 		.
.
. 		.
.
.
100/
( )
.
.
. 		.
.
. 		.
.
. 		.
.
. 		.
.
.
200/
( )
.
.
. 		.
.
. 		.
.
. 		.
.
. 		.
.
.
255/
( )
.
.
. 		.
.
. 		.
.
. 		.
.
. 		.
.
.
이상의 본 발명에 따르면, 다양한 환경에 적용되는 광 센서 어레이의 측정 신뢰성 확보를 위한 테스트 및 보정 기준을 마련할 수 있으며, 측정값의 신뢰범위를 파악할 수 있기 때문에 실제 바이오/의료 등의 응용 사용자가 최종 판정함에 있어 잠재적 판단 오류를 줄일 수 있게 된다.
또한, 추가적인 외부 렌즈모듈 구성없이 광센서를 구현할 수 있어서 구성을 보다 간소화 시킬 수 있으며, 초소형 고성능의 랩온어칩 또는 이식형 패치 형태의 진단기기 등의 산업분야 활성화에 기여하게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 암실 20: 표준 광원
30: 광센서 어레이 40:광축 및 거리 정렬용 지그
100: 광센서 어레이 패키지 120:광원 또는 광반응 영역
130: 광센서 어레이 140: MEMS grating

Claims (5)

  1. 일정 특성 값을 가지는 표준 광원에 대한 광센서 어레이의 수집 특성 값을 입력 받아 상기 수집 특성 값의 제1 보정값을 추출하는 단계;
    적용 환경의 광원에 대한 상기 광센서 어레이의 수집 특성 값을 입력 받아 상기 적용 환경의 광원의 특성 값의 제2 보정값을 추출하는 단계; 및
    상기 제1 보정값 및 상기 제2 보정값을 이용하여 상기 광센서 어레이의 적용 환경에 대한 보정값을 산출하는 단계를 포함하는 광센서 어레이의 특성 평가를 통한 보정방법
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 보정값을 추출하는 단계는,
    상기 표준 광원의 파장 변경에 따른 상기 광센서 어레이의 수집 특성 값을 평탄화하는 평탄화 보정값을 추출하는 단계; 및
    상기 표준 광원의 세기 변경에 따른 상기 광센서 어레이의 수집 특성 값을 선형화하는 선형화 보정값을 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광센서 어레이의 특성 평가를 통한 보정방법
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 보정값을 추출하는 단계는,
    상기 적용 환경의 광원의 적용 파장의 상기 광센서 어레이의 수집 특성 값을 평탄화하는 평탄화 보정값을 추출하는 단계; 및
    상기 적용 환경의 광원의 적용 세기대의 상기 광센서 어레이의 수집 특성 값을 선형화하는 선형화 보정값을 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광센서 어레이의 특성 평가를 통한 보정방법
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 보정값을 추출 하는 단계는 상기 표준 광원의 광량을 목표광량으로, 상기 목표광량에 따라 결정된 상기 적용 환경의 광센서 어레이의 노출시간 또는 이득에 따른 수집 특성 값을 입력 받는 것을 특징으로 하는 광센서 어레이의 특성 평가를 통한 보정 방법
  5. 적용 환경의 광원에 대하여 광센서 어레이에 수집되는 수집 특성 값을 입력 받는 단계;
    상기 적용 환경의 광원에 대하여 피반응체에 의해 반응되어 상기 광센서 어레이에 수집되는 반응 특성 값을 입력 받는 단계를 포함하고,
    상기 광센서 어레이는 일정 특성 값을 가지는 표준 광원에 대한 광센서 어레이의 수집 특성 값을 입력 받아 상기 수집 특성 값의 제1 보정값, 및 적용 환경의 광원에 대한 상기 광센서 어레이의 수집 특성 값을 입력 받아 상기 적용 환경의 광원의 특성 값의 제2 보정값을 이용하여 보정된 특성 값을 수집하는 것을 특징으로 하는 광센서 어레이를 통한 진단 방법
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180036582A (ko) 2016-09-30 2018-04-09 (주) 솔 유동 채널을 갖는 렌즈프리 cmos 광 어레이 센서 패키지 모듈의 유체흐름 특성 평가 방법
KR102032251B1 (ko) * 2018-10-04 2019-10-15 (주) 솔 이미지 센서 모듈, 소형 디지털 현미경 및 소형 디지털 현미경 어레이 시스템

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080061052A (ko) * 2006-12-28 2008-07-02 전자부품연구원 선형 광센서의 보정 시스템 및 보정방법
KR20110085785A (ko) * 2010-01-21 2011-07-27 삼성전자주식회사 거리 정보 추출 방법 및 상기 방법을 채용한 광학 장치
KR20130040026A (ko) * 2011-10-13 2013-04-23 주식회사 솔루봇 측정 대상 물체에 대한 거리를 측정하는 방법 및 장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080061052A (ko) * 2006-12-28 2008-07-02 전자부품연구원 선형 광센서의 보정 시스템 및 보정방법
KR20110085785A (ko) * 2010-01-21 2011-07-27 삼성전자주식회사 거리 정보 추출 방법 및 상기 방법을 채용한 광학 장치
KR20130040026A (ko) * 2011-10-13 2013-04-23 주식회사 솔루봇 측정 대상 물체에 대한 거리를 측정하는 방법 및 장치

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180036582A (ko) 2016-09-30 2018-04-09 (주) 솔 유동 채널을 갖는 렌즈프리 cmos 광 어레이 센서 패키지 모듈의 유체흐름 특성 평가 방법
US11137335B2 (en) 2016-09-30 2021-10-05 Sol Inc. Method for evaluating fluid flow characteristics of lens-free CMOS optical array sensor package module having flow channel
KR102032251B1 (ko) * 2018-10-04 2019-10-15 (주) 솔 이미지 센서 모듈, 소형 디지털 현미경 및 소형 디지털 현미경 어레이 시스템

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