KR20170077472A - 패키지된 광센서 어레이 모듈 보정방법 - Google Patents

패키지된 광센서 어레이 모듈 보정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 패키지된 광센서 어레이 모듈 보정방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 패키지된 광센서 어레이 모듈 보정방법은 일정 특성 값을 가지는 표준 광원에서 방출되는 광에 대한 광 센서 어레이의 통계적 특성을 분석하여 대표값을 추출하고, 상기 추출된 대표값에 따른 상기 측정 값의 제1 보정값을 산출하는 단계; 및 적용 광원에서 방출되는 광 또는 상기 적용 광원에 대한 형광 반응에 의해 방출되는 광에 대하여, 제1 보정값에 의해 보정된 상기 광 센서 어레이의 측정 값에 대한 제2 보정값을 산출하는 단계를 포함한다.

Description

패키지된 광센서 어레이 모듈 보정방법 {The method of calibration of packaged photonic sensor pixel array by evaluating its characteristic}
본 발명은 광 센서 어레이의 특성평가를 통한 패키지된 광센서 어레이 모듈 보정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 패키지된 광 센서 어레이 모듈의 측정 값의 보정을 통하여 신뢰성을 높이기 위한 방법에 관한 것이다.
최근에는 광 센서의 성능이 발전함에 따라, 외부렌즈를 추가하여 스마트폰 카메라, 디지털카메라, 보안카메라와 같은 용도의 카메라모듈 사용 산업분야뿐만 아니라, 외부 광학렌즈부가 없는 광 센서 어레이 각각 그 자체를 측정기기로 응용하는 사례들이 늘어나고 있다.
그러나, 일반적으로 반도체 팹에서 생산된 이미지 센서의 특성은 웨이퍼의 센서 위치마다 다르고, 같은 센서 내에서도 각 픽셀마다 특성이 다르다.
이미지센서 자체의 감응도(responsivity, 혹은 response)가 각 픽셀에 따라 차이가 나는 정도, 즉 감응균일도(spatial uniformity of response)를 높은 정확도로 측정하는 기술은 미비한 상황이다. 그 이유는 일반적인 카메라에 사용하는 이미지센서의 감응균일도는 렌즈까지 장착한 완제품 단계에서 이미지영상을 획득하여 디지털 신호처리 부분에서 평가하도록 되어 센서 단계에서 정확한 측정은 생산 공정에서의 품질관리 등 매우 제한적인 경우에만 필요하기 때문이다. 하지만 이미지센서 자체를 측정기기로 사용하는 바이오칩 등 응용분야에서는 센서 단계에서 각 픽셀별 감응도의 균일도를 측정하고 이를 보정하는 단계의 중요성과 필요성이 매우 높다.
특히 반응 광 반응 측정기기, 렌즈프리 현미경, 면역크로마토그래피의 광 반응 측정을 이용한 체외진단기기, DNA 분석용 멀티플랙싱 기기, 헬스케어용 생체신호 측정기, 이식형 또는 패치형 의료측정기기 등에 사용이 확대되고 있다.
따라서, 이러한 진단기기에서는 광 센서 어레이의 각 픽셀에 대한 측정정확도에 대한 신뢰성이 중요한 이슈가 되고 있으며, 이에 적합한 측정장치 셋업 및 어레이 모듈의 특성 측정 방법과 보정을 통한 정확도 향상이 필요하다.
본 발명은 측정정확도에 대한 신뢰도가 중요한 분야에 적용되는 광 센서 어레이의 모든 픽셀들의 특성을 표준광원 환경 및 실제 적용되는 적용 광원 환경 하에서 다양한 조건에 따른 보정 기준을 제안하여 신뢰성 있는 측정 값을 산출하는 방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.
또한, 광 센서 어레이에 적층되는 중간층에 따른 오차 보정 값을 제시하여 더욱 신뢰성 있는 측정 값을 산출하는 방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.
또한, 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 위해 본 발명에 따른 패키지된 광센서 어레이 모듈 보정방법은 일정 특성 값을 가지는 표준 광원에서 방출되는 광에 대한 광 센서 어레이의 통계적 특성을 분석하여 대표값을 추출하고, 상기 추출된 대표값에 따른 상기 측정 값의 제1 보정값을 산출하는 단계; 및 적용 광원에서 방출되는 광 또는 상기 적용 광원에 대한 형광 반응에 의해 방출되는 광에 대하여, 제1 보정값에 의해 보정된 상기 광 센서 어레이의 측정 값에 대한 제2 보정값을 산출하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 다양한 환경에 적용되는 패키지된 광 센서 어레이 모듈의 측정 신뢰성 확보를 위한 측정 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 1 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 패키지된 광센서 어레이 모듈 보정값 산출을 위한 측정의 환경을 나타내는 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 보정되는 광 센서 어레이의 중간층 적층을 나타내는 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 패키지된 광센서 어레이 모듈 보정 방법의 흐름도이다.
도 5 내지 9은 본 발명의 일실시예에 따른 패키지된 광센서 어레이 모듈 보정 방법의 수행 과정 중 일부를 설명하기 위한 예시도이다.
도 10 내지 도 12은 본 발명의 일실시예에 따른 패키지된 광센서 어레이 모듈 보정 방법의 단계별 측정 환경을 개념적으로 나타내는 예시도이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 패키지된 광센서 어레이 모듈 보정 방법의 수행 과정 중 일부를 설명하기 위한 예시도이다.
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, 이와같이 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.
먼저, 도면을 참조하여 본 실시예에 따른 패키지된 광센서 어레이 모듈의 보정을 위한 측정이 수행되는 측정 환경에 대하여 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 보정값 산출을 위한 측정의 환경을 나타내는 예시도이다.
도 1에 따르면 측정 환경은 암실 구성(10)을 통해 외부 잡광의 진입이 막힌 환경이 바람직하다. 따라서, 측정 하기 위한 장치는 하우징으로 밀폐될 수 있다.
구체적인 측정 장치는 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 도 1의 A 영역을 확대한 것이다.
도 2를 참조하면 본 실시예에서는 광원에 수직하게 광 센서 어레이(30)를 배치한다. 본 실시예에서는 공인인증기관에서 검증된 공간적 균일도를 만족하는 광원을 표준 광원(20)이라 한다. 예를 들어 표준 광원의 공간적 균일도는 광 센서 어레이 전체 면적에 대하여 0.1%이내, 시간에 따른 균일도 0.5% 이내가 되도록 한다. 또한 픽셀출력 값의 1코드에 해당하는 광량의 1%이내 균질도를 유지하는 경우 표준 광원으로 이용할 수 있다.
본 실시예에서 적용 광원은 실제 광 센서 어레이가 적용되는 환경의 광원을 의미한다.
본 실시예에서 적용 광원은 광을 방출하는 발광원(LED, OLED, 화학발광, 레이저 등), 발광원으로부터 광에너지를 받고 이에 대한 반응으로 새로운 광을 방출하는 형광원 등을 포함한다. 발광 또는 형광의 세기를 측정하거나, 광원이 중간매질을 투과하는 정도 또는 흡수하는 정도를 측정하는 실시예를 포함한다.
본 실시예에 따른 광 센서 어레이는 광원으로부터 방출된 광원의 특성 값을 수집하기 위한 구성으로 바람직하게는 외부 렌즈를 포함하고 있지 않으므로 광원과 센서 어레이 사이의 거리가 특성 평가에 영향을 미치는 파라미터로 작용될 수 있다.
이때는 센서 어레이 자체의 마이크로 렌즈 유무 등의 기하학적 특성을 고려하여 거리를 산출하고, 산출된 거리에 따른 보정값을 보정 파라미터로 설정할 수 있다. 추가적으로 광원의 광축 또는 센서 어레이와의 거리를 정렬하기 위한 지그 구성(40)이 포함될 수 있고, 광축과 거리가 설정되면 보정값 산출을 위한 테스트를 수행한다.
즉, 본 실시예에서 측정을 수행하기 위해서는 상술한 구성을 통해 측정값에 영향을 미치는 파라미터들의 초기 설정이 필요하다.
광원(20)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.
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. 광축의 정렬여부를 판단하기 위한 방법의 하나로, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 그레이팅 을 이용할 수 있다.
즉 테스트 환경 내에 MEMS 그레이팅을 형성하고, 그레이팅을 통해 반사되는 광의 파장을 판단하여 수직으로 입사되는 광 만을 추출하여 측정에 이용할 수 있다.
또한 기준거울을 이용하여 상술한 LED에서 나온 광이 하나의 광축을 지나 센서가 고정된 스테이지 지그에 부착된 거울에 입사되었다 반사되고, 스테이지 지그의 거울로부터 반사된 빛과 하나의 광원에서 분리되어 기준거울에 반사된 빛을 비교 분석하여 전후 이동거리를 알 수 있는 마이켈스 간섭계와 스테이지 거울로부터 반사된 빛이 입사되는 위치를 분석하는 오토콜리메이터에 의해 광의 변위와 각도 변화를 동시에 측정하도록 구성할 수도 있다.
이를 통해 입사되는 광의 변위와 각도를 조절하여 수직으로 입사되는 광 만을 추출하거나, 조건에 따른 소정 변위와 각도 범위 내의 광 만을 추출하여 측정에 이용할 수 있다. 측정된 변위나 각도는 후술하는 표 1의 센서와 광원 간의 거리차이에 따른 보정 값의 추출에 이용될 수 있다..나아가 물리적인 공간적 평행광을 구성하기 위하여, 디퓨저 또는 평행광 렌즈 등을 조합하여 구성할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예로서 적용 광원에서 방출되는 광이 형광반응 또는 투과반응을 통해 방출 되는 경우에는 광원의 균일성을 위하여 광원의 파장 또는 세기를 제어하는 구성을 추가로 포함할 수 있다.
　부가적으로 디머(Dimmer) 회로를 구성하여, 광원의 세기를 조정하는 것도 가능하다.
즉, 이상의 설명에 따른 광원과의 거리, 온도, 광축 등의 측정값에 영향을 미치는 파라미터의 초기 설정이 완료되면, 광원의 파장을 설정하고 광원의 세기를 균일한 간격으로 증가시키면서, 모든 픽셀의 출력 코드 값을 특성 값으로 읽어 들인다.
또한, 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 광 센서 어레이는 광 센서 어레이의 상부에 복수의 중간층(32)을 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 적용 환경에서, 광 센서 어레이는 복수의 중간층이 상부에 접합되며, 따라서 수집되는 특성 값은 중간층을 통과하여 수집된 것일 수 있다.
본 실시예에서 중간층은 적용 광원과 광 센서 어레이 사이에 구성되는 매질로 이루어진 층 뿐만 아니라, 반응 물질층 및 광이 통과하는 물리적 공간을 모두 포함한다.
본 실시예에 따른 보정 방법은 이러한 물리적 공간이 무시할 수 있는 범위 내인 경우로서, 중간층이 존재하지 않는 환경에서 광 센서 어레이 단일 구성인 경우와, 복수의 중간층이 형성된 경우에 대한 측정을 모두 수행하여 이에 따른 보정값을 산출한다.
이하, 도 4를 참조하여, 상술한 환경에서 보정값의 산출을 수행하는 광 센서 어레이의 보정 방법에 대하여 설명한다.
본 실시예에 따른 광 센서 어레이의 보정 방법은 도 4와 같이 수행될 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 광 센서 어레이의 보정 방법은 제1 보정값 산출 단계(S100), 제2 보정값 산출 단계(S200), 제3 보정값 산출 단계(S300) 및 제4 보정값 산출 단계(S400)를 포함한다.
상기 보정 단계들에서, 제1 및 제2 보정값 산출 단계는 광 센서 어레이의 상부에 중간층이 올라가기 전(패키지되기 이전) 광 센서 어레이에 대한 보정 단계이고, 제3 및 제4 보정값 산출 단계는 중간층이 올라간 이후 패키지된 광 센서 어레이에 대한 보정 단계에 해당된다.
본 실시예에 따른 제1 보정값 산출 단계(S100)는 일정 특성 값을 가지는 표준 광원에서 방출되는 광에 대한 광 센서 어레이의 측정 값의 통계적 특성을 분석하여 대표값을 추출하고, 상기 추출된 대표값에 따른 상기 측정 값의 제1 보정값을 산출한다.
본 실시예에 따른 제1 보정값 산출 단계(S100)는 암실 박스 내에서 표준 광원에 대한 광 센서 어레이의 제1 보정값을 산출한다.
본 실시예에서 수행되는 측정은 노출 시간, 아날로그 이득, 디지털 이득 및 프레임 레이트를 조절하여 수행될 수 있다.
구체적으로 측정되는 측정 값은 상기 광원에서 방출되는 광의 세기 또는 파장에 따라 상기 광 센서 어레이에서 수집되는 값인 것이 바람직하다.
본 실시예에서 측정 값은 상기 광원에서 방출되는 광의 세기 및 파장을 고정하여 복수의 N번 수집된 값 간의 차 또는 기준 오프셋 값과 수집된 값 간의 차를 이용하여 결정되는 값일 수 있다.
즉, 도 5와 같이 결정된 프레임 레이트에 따라 N번의 측정을 통해 측정값을 산출한다.
또한 도 6과 같이 N번 측정된 일련의 값들 중 연속 한 프레임 내의 측정 값의 차이를 산출한다. 또한, 다크 프레임으로 광원의 동작 없이 광 센서 어레이에서 측정된 값을 기준 오프셋 값으로 이를 이용하여 복수의 측정된 값 간의 차이 산출할 수 있으며, 이러한 차이값을 이용하여 측정 값에 포함된 노이즈 값을 산출할 수 있다.
본 실시예에서 대표값은 상기 측정 값의 통계적 특성에 따라 추출되는 값으로, 상술한 노이즈 값을 고려하여 결정될 수 있다.
구체적으로 대표값은 상기 광원에서 방출되는 광의 세기 및 파장을 고정하여 복수의 N번 수집된 측정 값의 중간값, 평균값, 최빈값 또는 노이즈의 RMS(Root Mean Square) 값을 고려하여 결정된다.
도 7 내지 도 9를 참조하면 본 실시예에서 대표값은 박스플롯을 이용하여 결정될 수 있다.
도 7 내지 도 9는 본 실시예에 따른 통계적 특성을 설명하기 위한 것으로, 먼저 도 7을 참조하면 본 실시예에서 박스플롯은 동일한 광세기에 대하여 측정된 측정값의 통계적 특성으로 최대값, 최소값, 평균값, 중간값, 최빈값 외에 평균에 노이즈 RMS를 더한 값을 함께 표시하여 사용자가 용이하게 대표값을 선택하게 할 수 있다. 일반적으로 평균값 및 중간값은 노이즈를 포함하고 있는 값이어서, 이를 분리하여 표시하는 것이, 측정값에 어느 정도의 　노이즈값이 포함되어 있는지를 즉흥적으로 알 수 있게 한다.
별도로 　노이즈 RMS를 표시하면, 　박스플롯에서 많이 벗어나게 될 수 있으므로, 사용자가 직관적인 대표값의 선택이 어려우므로 가장 일반적인 표현인 평균값에 노이즈 RMS 를 더하는 것으로 하여, 사용자는 최대값, 최소값으로 분포, 노이즈의 정도 등을 판단하여 대표값을 용이하게 판단할 수 있다.
본 실시예에서 평균값에 노이즈 RMS를 더하는 대신 빼기를 한다면 신호가 낮은 영역에서는 신호가 노이즈에 묻히는 경우가 있을 수 있어, 더하여 표시한다. 다만 신호의 최소값이 어느 정도 이상인 경우 빼기를 통해 노이즈 RMS를 함께 표시하여도 무방하다.　
본 실시예에서 측정은 광센서 어레이내의 동일 행으로 존재하는 픽셀에 대한 광 세기 또는 파장을 측정하는 것을 통해 수행될 수 있다.
도 8을 참조하면, 박스 플롯과 추론되는 값들을 통해 평탄화 보정을 위한 통계적 분포의 대표값으로 "보정의 기준값"을 어떤 것으로 결정하는 것이 좋을지 판단할 수 있다. 예를 들어, 도 8에 따른 측정값의 분포에 대하여 차이를 갖는 측정 값을 평탄화 하기 위한 기준을 산출하고, 이를 만족하는 값을 보정의 기준 값으로 설정할 수 있다. 도 8 에 따르면, 점선으로 표시되는 기준값에 대하여 픽셀 A의 중간값이 대응되므로, 픽셀 A의 중간값을 대표값으로 보정의 기준을 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시예에서 측정은 광 세기, 파장을 변화시키는 것을 통해 수행될 수 있다.
도 9를 참조하면, 도 9는 광 세기에 따라 측정된 광 센서 어레이의 픽셀의 출력값을 그래프로 나타낸 것으로, 이상의 그래프 및 박스플롯을 통해 측정값의 포화 레벨(Saturatoin Level) 암흑 레벨(Dark Level), 노이즈, 선형성, 반응도, 측정 에러 분포 등을 추론할 수 있다.
도 9를 참조하면, 박스 플롯과 추론되는 값들을 통해 선형성의 보정을 위한 통계적 분포의 대표값으로 "보정의 기준값"을 어떤 것으로 결정하는 것이 좋을지 판단할 수 있다. 예를 들어, 도 9에 따른 측정값의 분포에 대하여 선형성을 만족하는 기준 선을 산출하고, 이를 만족하는 값을 보정의 기준 값으로 설정할 수 있다. 즉, 평균값, 중간값, 최빈값 　또는 최대/최소의 분포를 비교하여 기준 선과 비교하여 벗어나는 폭이 큰 값을 제외할 수 있다. 선형성을 만족하는 중간값을 대표값으로 정하는 것으로 결정되면, 기준되는 중간값으로 다른 측정값을 변환되도록 보정값을 결정한다.
이러한 대표값이 결정되면, 본 실시예에 따른 제1 보정값 산출단계는 결정된 대표값을 목표로 측정값을 평탄화, 또는 선형화하는 보정값을 산출한다.
즉, 상술한 제1 보정값 산출 단계 및 후술하는 제 2 내지 제4 보정값 산출 단계에서 산출되는 값은 대표값을 만족시키기 위한 광 센서 어레이의 표준 광원에 대한 측정 값을 보정하기 위한 값으로, 광원의 파장 또는 세기의 조건에 따라 각 픽셀 별로 보정값을 가질 수 있으며, 이러한 보정값은 표 1과 같은 룩업테이블 형태로 저장 및 관리 될 수 있다.
보정 목표값
(n : 광세기)		 (1:aaa) (2:bbb) ~ (n-1:yyy) (n:zzz)
출력 값 OESmeasure _1(, ) OESmeasure _2(, ) OESmeasure _n-1(, ) OESmeasure _ max(, )
센서 평탄화 보정값 PCC1 (, ) PCC2 (, ) PCCn -1 (, ) PCCMax (, )
센서 선형화 보정값 LCC1 (, ) LCC2 (, ) LCCn -1 (, ) LCCMax (, )
적용 광원 특성 보정값 LSCC1 (, ) LSCC2 (, ) LSCCn -1 (, ) LSCCMax (, )
적용 광원과 센서픽셀간 거리차이에 기인한 공간적 불균일 보정값 LUCC1 (, ) LUCC2 (, ) LUCCn -1 (, ) LUCCMax (, )
중간층 매질특성에 기인한 보정값 RMCC1 (, ) RMCC2 (, ) RMCCn -1 (, ) RMCCMax (, )
적용 광원과 센서픽셀간 거리차이 및 중간 매질특성차이에 기인한 광경로와 투과율 불균일 보정값 LURMCC1 (, ) LURMCC2 (, ) LURMCCn -1 (, ) LURMCCMax (, )
(, ) 는 위치 i,j의 픽셀을 이미함.
OES 는 전기 신호 출력 값(output electric signal value)을 의미함.
OESmeasure _ zz(, )는 위치 i,j의 픽셀에서 측정된 전기 신호 출력 값을 의미함.
PCC(, )는 위치i,j의 픽셀의 측정값의 광센서 평탄화 보정값을 의미함.
LCC(, )는 위치i,j의 픽셀의 측정값의 광센서 선형화 보정값을 의미함.
LSCC(, )는 위치i,j의 픽셀의 측정값의 적용 광원 특성 보정값.
LUCC(, )는 위치i,j의 픽셀의 측정값의 적용 광원과 센서픽셀간 거리차이에 기인한 공간적 불균일 보정값.
RMCC(, )는 위치i,j의 픽셀의 측정값의 중간층 매질특성에 기인한 보정값.
LURMCC(, )는 위치i,j의 픽셀의 측정값의 적용 광원과 센서픽셀간 거리차이 및 중간 매질특성차이에 기인한 광경로와 투과율 불균일 보정값.
본 실시예에 따른 제2 보정값 산출 단계(S200)는 적용 광원에서 방출되는 광 또는 상기 적용 광원에 대한 형광 반응에 의해 방출되는 광에 대하여, 제1 보정값에 의해 보정된 상기 광 센서 어레이의 측정 값에 대한 제2 보정값을 산출한다.
구체적으로 제2 보정값 산출 단계(S200)는 제1 보정값 산출 단계(S100)와 동일하게 암실 환경에서 수행될 수 있다. 다만, 광원과 관련하여 표준 광원이 아닌 적용 환경의 적용 광원에 대하여 수행된다.
제2 보정값 산출 단계(S200)를 위한 측정의 환경 변수로, 온도, 파장, 입사각 등을 결정하고 이에 따른 광 센서 어레이의 측정값을 수집한다.
구체적인 측정은 상술한 제1 보정값 산출 단계(S100)와 동일하게 적용 광원에서 방출되는 광의 세기 및 파장을 고정하여 복수의 N번 수집된 값 간의 차 또는 기준 오프셋 값과 수집된 값 간의 차를 이용하여 값을 결정하는 것으로 수행될 수 있다.
도 5와 같이 결정된 프레임 레이트에 따라 N번의 측정이 수행되고, 도 6과 같이 N번 측정된 일련의 값들 중 연속 한 프레임 내의 측정 값의 차이를 산출한다. 이러한 측정값과 측정값의 차이 값의 통계를 통해 도 7과 같은 박스 플롯을 통해 대표값을 설정할 수 있다.
다음 상술한 도 3과 같이 본 실시예에 따른 광 센서 어레이는 상부에 반응을 위한 중간층을 더 포함할 수 있다.
중간층은 실제 광 센서 어레이의 패키징에 따라 적층될 수 있으며, 복수의 레이어로 구성될 수 있다.
따라서 본 실시예에 따른 보정 방법은 추가적인 보정값 산출 단계를 수행한다.
본 실시예에서 제3 보정값 산출 단계(S300)는 표준 광원에서 방출되는 광에 대하여 미리 결정된 중간층이 적층된 광 센서 어레이의 측정 값의 통계적 특성을 분석하여 대표값을 추출하고, 상기 추출된 대표값에 따른 상기 측정 값의 제3 보정값을 산출한다.
즉, 제3 보정값 산출 단계(S300)는 암실 환경 및 표준 광원에 대하여 광 센서 어레이가 중간층을 포함하는 경우에 대한 보정값을 산출한다.
다만, 제3 보정값 산출 단계(S300)에서 통계적 특성에 따른 대표값을 추출함에 있어, 이상의 도 7 내지 도 9에 따른 박스플롯을 적용하되, 중간층과의 상대적 노이즈 레벨에 대한 구분이 필요하고, 이에 따라 실제 중간층의 영향에 따른 대표값을 추출하는 것이 필요하다.
즉, 단순히 광 센서 어레이의 측정값에 대한 박스 플롯의 크기만을 고려하여 대표값을 설정하는 것이 아니라, 중간층에 따라 발생되는 노이즈로 인한 측정값의 오차가 가장 적게 나타나는 픽셀의 측정값을 대표값으로 설정하는 과정이 필요하다.
또한, 이때의 전제로, 광 센서 어레이 자체가 갖는 불확도의 범위가 중간층의 불확도의 범위보다 클 경우, 중간층에서의 노이즈를 판단하는 것이 불가능하므로, 상호 간의 불확도의 범위를 판단하여, 노이즈의 판단이 가능한 범위 내의 중간층에 대해서 대표값 및 보정값을 산출하는 것이 바람직하다.
다음 제4 보정값 산출 단계(S400)는 적용 광원에서 방출되는 광 또는 상기 적용 광원에 대한 형광 반응에 의해 방출되는 광에 대한 제3 보정값에 의해 보정된 상기 중간층이 적층된 광 센서 어레이의 측정 값에 대한 제4 보정값을 산출한다.
제4 보정값 산출 단계(S400)는 암실 환경 및 적용 광원에 대하여 광 센서 어레이가 중간층을 포함하는 경우에 대한 보정값을 산출한다.
구체적인 보정값의 산출 방법은 상술한 제2 보정값 산출 단계(S200)와 대응되나, 이때 광 센서 어레이는 제1 보정값이 아닌 제3 보정값을 적용하여 측정을 수행하는 것이 바람직하다.
이상의 제1 내지 제4 보정값 산출 단계에서 산출되는 보정값들은 상술한 표 1과 같은 룩업 테이블 형태로 저장 및 관리 될 수 있다.
즉, 본 실시예에서 표 1은 제1 보정값 또는 제3 보정값 산출단계와 관련하여 표준 광원에 따른 광 센서 어레이의 측정값의 보정을 위한 값들을 나타내는 테이블로서, 추가적인 제2 보정값을 위한 적용 광원에 따른 보정값을 포함하는 열이 추가 될 수 있다.
나아가, 적용 광원 외에도 중간층과 관련된 보정값으로 제4 보정값이 포함될 수 있는 열이 추가될 수 있다. 이때 열은 중간층에 대한 특징으로 반응에 영향을 미치는 다양한 팩터로 세분화 될 수 도 있다.
즉, 중간층에 대한 큰 분류에 대하여 중간층을 구성하는 다양한 레이어들의 종류(예, 친수성/소수성/항체고정화/밴드패스(bandpass)필터/유리막 등)와 이러한 레이어들의 조합 정보, 기타 중간층을 구성하는 화학물의 몰 농도 등이 세부 분류 항목으로 포함될 수 있다.
따라서, 광 센서 어레이의 측정값에 영향을 미치는 다양한 요소와 이에 대한 보정값들이 추가되는 열에 포함될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 상술한 제1 내지 제4 보정값 산출 단계의 구체적인 측정환경에 대하여 설명한다.
이상의 설명에 따른 제1 내지 제4 보정값의 산출을 위한 측정 환경은 도 10 및 도 11과 같이 표시될 수 있다.
도 10을 참조하면, 제1 보정값의 산출 단계(S100)는 암실 환경에서 표준 광원(22)에 대하여 수행되고(a), 제2 보정값의 산출 단계(S200)는 암실 환경에서 적용 광원(24)에 대하여 수행된다(b).
제3 보정값의 산출 단계(S300)는 암실 환경에서 표준 광원(22)에 대하여 수행되되, 광 센서 어레이에 중간층(32)을 적층하여 측정을 수행하고(c), 제4 보정값의 산출 단계(S400)는 제3 보정값의 환경에서 표준 광원이 아닌 적용 광원(24)에 대하여 측정을 수행한다(d).
이후 제1 내지 제4 보정값을 적용하여 실제 적용환경의 패키지 내에서 적용 광원(24)과 중간층(32)이 적용된 광 센서 어레이의 측정을 수행하여 진단을 수행할 수 있다(e).
추가적으로 이상의 예에서는 직접 발광하는 적용 광원에 대한 측정을 예시하여 설명하였으나, 적용 광원에서 방출된 광에 대한 형광 반응을 함께 고려하여 보정값을 산출하는 것도 가능하다.
도 11을 참조하면, 제1 보정값의 산출 단계(S100)는 암실 환경에서 표준 광원(22)에 대하여 수행되고(a), 제2 보정값의 산출 단계(S200)는 암실 환경에서 적용 광원(24) 및 형광 반응(26)에 대하여 수행된다(b).
제3 보정값의 산출 단계(S300)는 암실 환경에서 표준 광원(22)에 대하여 수행되되, 광 센서 어레이에 중간층(32)을 적층하여 측정을 수행하고(c), 제4 보정값의 산출 단계(S400)는 제3 보정값의 환경에서 표준 광원(22)이 아닌 적용 광원(24)에 대하여 적용 광원(24) 및 형광 반응(26)의 측정을 수행한다(d).
이후 제1 내지 제4 보정값을 적용하여 실제 적용환경의 패키지 내에서 적용 광원(24)과 형광 반응(26)에 대한 중간층(32)이 적용된 광 센서 어레이의 측정을 수행하여 진단을 수행할 수 있다(e). 즉, 적용 광원(24) 및 중간층(32)이 구성된 광 센서 어레이에 대하여 본 실시예에 따른 제1 보정값 내지 제4 보정값을 선택하여 이를 적용하고 실제 반응에 따른 측정값을 산출하는 것도 가능하다.
구체적으로 본 실시예에서는 제1 보정값 내지 제4 보정값 중 적어도 하나의 보정값이 적용된 적용환경의 광 센서 어레이의 반응 전 측정값을 수정하고, 이에 대한 평균값을 산출한다. 이에 대한 광 센서 어레이 각 픽셀(x,y)에 대한 측정값은 수학식 1과 같이 표시될 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
다음, 반응이 일어나는 동안의 광 센서 어레이 각 픽셀(x,y)에 대한 측정값은 수학식 2와 같이 표시될 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00002
이때, 반응 전 측정값의 평균과 반응 동안의 측정값의 평균의 차이를 이용하여 최종 출력값을 산출하고 광 센서 어레이를 통한 진단을 수행할 수 있다.
최종 출력값은 수학식 3과 같이 표시될 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00003
추가적으로 이상의 실시예에서는 보정의 기준이 되는 대표값을 광 센서 어레이의 측정값, 보다 바람직하게는 동일한 행 또는 열의 측정값들을 비교하여 가장 오차 범위가 작은, 박스플롯의 값의 범위가 작은 픽셀의 측정값을 대표값으로 설정하였으나, 추가적인 보정된 단일 포토 다이오드를 측정환경에 설정하고 이를 함께 비교하여 대표값을 선택하는 것도 가능하다.
도 12를 참조하면, 다른 실시예에 따르면, 도 10과 같은 환경에서 광센서 어레이의 측면에 별도의 보정된 포토 다이오드(33)를 구성하여 측정을 수행한다.
이에 따르면, 제1 보정값을 산출하는 단계에서 대표값을 결정함에 있어 일정 특성 값을 가지는 표준 광원(22)에서 방출되는 광에 대한 보정된 단일 포토다이오드(33)의 감응도 측정값의 통계적 특성과 광센서 어레이의 전체 픽셀에서 감응도 측정값의 통계적 특성을 비교하여 대표 픽셀 및 대표값을 산출하는 단계를 더욱 수행할 수 있다.
예를 들어, 통계적 특성을 이용함에 있어, 광센서 어레이의 측정값들의 통계적 특성과 포토다이오드(33)의 감응도 측정값의 통계적 특성을 상호 비교하여 박스플롯의 범위가 제일 작게 형성된 광 센서 어레이의 픽셀 또는 보정된 단일 포토 다이오드(33)의 측정값을 대표값으로 설정할 수 있다.
도 13을 참조하면, 보정된 포토 다이오드(33)의 박스 플롯(ref)과, 광센서 어레이의 각 픽셀의 박스 플롯(A, B, C, G)을 비교하여 범위가 가장 작게 나타나는 값을 기준 픽셀로, 또한 기준 픽셀의 평균, 중간값, 최빈값 중의 하나를 대표값으로 설정할 수 있다. 또한, 보정된 포토 다이오드(32)의 박스 폴롯이 오히려 광센서 어레이의 어느 픽셀의 박스 플롯보다 큰 통계적 분포를 갖는다면 더 성능이 좋은 보정된 포토 다이오드로 교체하여 다시 수행할 수도 있다.
또한, 보정된 포토 다이오드(33)가 아닌 광센서 어레이의 한 픽셀을 기준 픽셀로 설정한 경우, 설정된 기준 픽셀에 대한 측정횟수를 증가시켜 대표값의 신뢰도를 높이는 것도 가능하다.
이러한 포토다이오드(33)의 측정값은 제1 보정값 산출 단계외 제2 내지 제4 보정값 산출단계에 모두 적용될 수 있으며, 상대적으로 정확도가 광센서 어레이 만을 이용할 때 보다 높아질 수 있다.
또한, 제2 보정값 산출 단계(S200)는 시간 또는 온도 변화에 따른 영향과 공간적 불균일도를 함께 판단하여 제2 보정값을 산출하는 것도 가능하다.
즉, 상술한 실시예에서는 제1 보정값이 적용되어 선형화 및 평탄화된 광 센서 어레이의 적용 광원(24)의 측정의 오차를 보정하기 위한 제2 보정값을 산출하나, 추가적으로 시간 또는 온도와 공간적 불균일도에 따른 영향을 고려하여 더욱 정확한 제2 보정값을 산출하는 것도 가능하다.
구체적으로 제2 보정값 산출 단계(S200)는 대표 단일 픽셀을 이용하여 적용 광원(24)의 세기를 연속하여 M번 측정후 적용 광원(24)에 대한 시간 또는 온도변화에 따른 통계적 특성을 분석하여 광출력 불안정성을 보정하기 위한 제2-1의 보정값을 산출하는 단계(S210)와, 제1 보정값을 적용하여 보정된 상기 광센서 어레이 전체를 이용하여 적용 광원(24)에 대한 빛의 세기를 측정함으로써 적용 광원(24)으로부터 각 센서 어레이간의 거리 및 입사각 차이에 따른 공간적 불균일도를 분석하여 제2-2의 보정값을 산출하는 단계(S220)를 더욱 포함할 수 있다.
이상의 본 발명에 따르면, 다양한 환경에 적용되는 패키지된 광 센서 어레이 모듈의 측정 신뢰성 확보를 위한 측정 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.
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.

Claims (8)

  1. 일정 특성 값을 가지는 표준 광원에서 방출되는 광에 대한 광 센서 어레이의 통계적 특성을 분석하여 대표값을 추출하고, 상기 추출된 대표값에 따른 상기 측정 값의 제1 보정값을 산출하는 단계; 및
    적용 광원에서 방출되는 광 또는 상기 적용 광원에 대한 형광 반응에 의해 방출되는 광에 대하여, 제1 보정값에 의해 보정된 상기 광 센서 어레이의 측정 값에 대한 제2 보정값을 산출하는 단계를 포함하는 패키지된 광센서 어레이 모듈 보정방법
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 패키지된 광센서 어레이 모듈 보정방법은,
    상기 표준 광원에서 방출되는 광에 대하여 미리 결정된 중간층이 적층된 광 센서 어레이의 동일 행 또는 열의 측정 값의 통계적 특성을 분석하여 대표값을 추출하고, 상기 추출된 대표값에 따른 상기 측정 값의 제3 보정값을 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 패키지된 광센서 어레이 모듈 보정방법
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 패키지된 광센서 어레이 모듈 보정방법은,
    상기 적용 광원에서 방출되는 광 또는 상기 적용 광원에 대한 형광 반응에 의해 방출되는 광에 대한 제3 보정값에 의해 보정된 상기 중간층이 적층된 광 센서 어레이의 측정 값에 대한 제4 보정값을 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 패키지된 광센서 어레이 모듈 보정방법
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 또는 제3 보정값을 추출하는 단계는,
    상기 표준 광원의 파장 변경에 따른 상기 광 센서 어레이의 수집 특성 값을 상기 대표값을 기준으로 평탄화하는 평탄화 보정값을 추출하는 단계; 및
    상기 표준 광원의 세기 변경에 따른 상기 광 센서 어레이의 수집 특성 값을 상기 대표값을 기준으로 선형화하는 선형화 보정값을 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패키지된 광센서 어레이 모듈 보정방법
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 값은 상기 광원에서 방출되는 광의 세기 또는 파장에 따라 상기 광 센서 어레이에서 수집되는 값인 것을 특징으로 하는 패키지된 광센서 어레이 모듈 보정방법
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 측정 값은 상기 광원에서 방출되는 광의 세기 및 파장을 고정하여 복수의 N번 수집된 값 간의 차 또는 기준 오프셋 값과 수집된 값 간의 차로,
    상기 대표값은 상기 측정 값의 차이의 통계적 특성에 따라 추출되는 노이즈 패턴을 고려하여 추출되는 것을 특징으로 하는 패키지된 광센서 어레이 모듈 보정방법
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광센서 어레이의 특성 평가를 통한 보정 방법은,
    상기 표준 광원에 대한 단일 포토다이오드의 감응도 측정값을 입력받고,
    상기 감응도 측정값의 통계적 특성 및 상기 광 센서 어레이의 통계적 특성을 비교하여 대표값을 추출하는 것을 특징으로 하는 패키지된 광센서 어레이 모듈 보정방법
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 보정값을 산출하는 단계는,
    상기 보정된 광 센서 어레이의 일정 대표 픽셀 또는 보정된 포토 다이오드를 이용하여 적용광원의 시간 또는 온도변화에 따른 M번 측정 값의 통계적 특성을 분석하여 제2-1의 보정값을 산출하는 단계; 및
    상기 보정된 광센서 어레이 전체를 이용하여 적용광원의 광 세기 측정값의 공간적 불균일도를 보정하는 제2-2의 보정값을 산출하는 단계를 포함하는 패키지된 광센서 어레이 모듈 보정방법
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