WO2009131414A2 - 광신호 모니터링 장치와 그 제조 방법, 및 광원 분석 시스템과 그 방법 - Google Patents

광신호 모니터링 장치와 그 제조 방법, 및 광원 분석 시스템과 그 방법 Download PDF

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WO2009131414A2
WO2009131414A2 PCT/KR2009/002162 KR2009002162W WO2009131414A2 WO 2009131414 A2 WO2009131414 A2 WO 2009131414A2 KR 2009002162 W KR2009002162 W KR 2009002162W WO 2009131414 A2 WO2009131414 A2 WO 2009131414A2
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optical signal
wavelength
unit cell
optical
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한수욱
박창수
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한국광기술원
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J14/00—Optical multiplex systems
    • H04J14/02—Wavelength-division multiplex systems

Definitions

  • the present invention relates to an optical signal monitoring device, a method of manufacturing the same, and a light source analyzing system and the method. More specifically, an optical signal monitoring device and a manufacturing method thereof, and a light source analysis system and a method for selecting and monitoring only an optical signal having a desired wavelength from the multi-wavelength optical signal and simultaneously measuring the optical characteristic value of the light source It is about.
  • Optical communication is a communication method that transmits and receives a light signal through an optical fiber composed of a core having a high refractive index and a cladding with a small refractive index.
  • Corning developed the optical fiber having a transmission loss of 20 dB / km.
  • the transmitting terminal of the optical communication converts the electrical signal into a light signal and then transmits it through the optical fiber, and the receiving terminal converts the light signal into an electrical signal.
  • Optical communication has a merit that there is no interference by external electromagnetic waves, hard to eavesdropping, and a large amount of information can be processed at the same time, compared to telecommunications, and its application area is expanding.
  • FTTH Fiber To The Home
  • ONU optical network unit
  • Such a wavelength analyzer uses a plurality of filters to decompose the input light and synthesize all the characteristic information of the decomposed lights to determine how much power flows into which wavelength region.
  • a wavelength analyzer has a problem that the configuration is very complicated and takes a lot of time to measure, as well as expensive large equipment.
  • wavelength analyzers include grating (US Pat. No. 5,760,391, "Passive optical wavelength analyzer with a passive nonuniform optical grating").
  • the wavelength analyzer is composed of a plurality of Bragg gratings, a lens and a photodiode.
  • the wavelength analyzer using the grating requires a plurality of gratings for each wavelength, its configuration is complicated, and the size of the measuring equipment is large, making it difficult to operate.
  • a white LED is a light emitting diode which emits white light by combining R (Red), G (Green), and B (Blue).
  • the single chip method may be defined as a method of obtaining white by combining a fluorescent material with a blue LED chip or a purple LED chip.
  • the multi-chip method may be defined as a method of obtaining two colors by combining two LEDs having complementary colors or combining a plurality of LED chips. Since the single chip method has a problem of inefficient manufacturing efficiency, the multi-chip method is mainly used to implement white LEDs.
  • White LEDs are smaller than conventional light sources and consume less power and have a longer lifetime.
  • the white LED has no preheating time, has a fast response speed, emits no harmful waves such as ultraviolet rays, and does not use mercury and discharge gas.
  • white LEDs are recognized today as environmentally friendly illumination light sources.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an optical signal monitoring apparatus and a manufacturing method for selecting and monitoring only an optical signal having a desired wavelength from a multi-wavelength optical signal.
  • the present invention has been made to achieve the above object, an apparatus for monitoring an optical signal, the unit cell for acquiring a photocurrent by selecting only an optical signal corresponding to a different wavelength reference from the optical signal predetermined array reference It provides an optical signal monitoring device comprising a unit cell array arranged according to.
  • the present invention comprises the steps of (a) forming a photo detector for photoelectric conversion of the optical signal on the wafer; (b) coating thin film filters that pass optical signals corresponding to the same wavelength reference on the surfaces of the photo detectors; (c) applying thin film filters to pass optical signals corresponding to different wavelength standards for each wafer, and manufacturing unit cells including the thin film filter and the light detector on at least two wafers; (d) manufacturing a unit cell array by arranging the unit cells manufactured from different wafers on a circuit board according to a predetermined arrangement criterion; And (e) manufacturing an optical signal monitoring device electrically connecting the manufactured unit cell array with a microcontroller (MCU) and a display unit to monitor an optical signal.
  • MCU microcontroller
  • the present invention is a device for monitoring light, a light source monitoring device including a unit cell array arranged in accordance with a predetermined array reference between the unit cells for obtaining only a light current corresponding to a different wavelength reference from the light to obtain a photocurrent ; And a light source characteristic analyzer configured to receive the wavelength and the photocurrent of the light from the light source monitoring apparatus, and calculate an optical characteristic value of the light based on the wavelength and the photocurrent of the received light.
  • the present invention comprises the steps of (a) selecting only light corresponding to a predetermined wavelength reference from the multi-wavelength light, and generating a photocurrent from the selected light; (b) determining a wavelength of the selected light upon receiving the generated photocurrent; And (c) calculating an optical characteristic value of the selected light based on the wavelength and the photocurrent of the received light when receiving the wavelength and the photocurrent of the selected light.
  • an optical signal monitoring apparatus for selecting and monitoring only an optical signal having a desired wavelength from a multi-wavelength optical signal.
  • Second, various optical characteristic values of the optical signal can be measured simultaneously with the wavelength characteristic.
  • the following effects can be obtained by providing a light source analysis system that simultaneously measures the optical characteristic value of the light source for standardizing the white LED together with the wavelength characteristic.
  • the light intensity can be adjusted for each color by calculating the light intensity together with the color temperature of the light source.
  • feedback control is possible according to the above, and a white LED which generates a desired color light can be manufactured.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically illustrating an internal configuration of an optical signal monitoring apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating the principle of an optical signal monitoring apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating an arrangement state of a unit cell array according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing an embodiment of a display of an optical signal monitoring apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a manufacturing method of an optical signal monitoring apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a vertical cross-sectional view of a unit cell according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a block diagram schematically illustrating a light source analysis system according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating an optical characteristic analysis method according to a preferred embodiment of the present invention.
  • the present invention has been made to achieve the above object, an apparatus for monitoring an optical signal, the unit cell for acquiring a photocurrent by selecting only an optical signal corresponding to a different wavelength reference from the optical signal predetermined array reference It provides an optical signal monitoring device comprising a unit cell array arranged according to.
  • the unit cell is a thin film filter for passing only an optical signal corresponding to a predetermined wavelength reference from the optical signal; And a light detector attached to the thin film filter and generating the photocurrent from the optical signal passing through the thin film filter.
  • the thin film filter includes a band pass filter or a band pass filter implemented by combining a low pass filter and a high pass filter, and the photo detector includes a photoelectric conversion element using a photoconductance effect; It includes a photoelectric conversion element using a photogalvanic effect.
  • the unit cell array aligns the unit cells according to a matrix arrangement structure in which the unit cells are sequentially arranged while rotating in a clockwise or counterclockwise direction with respect to the arrangement.
  • the unit cell selects only an optical signal corresponding to a single wavelength band or a wavelength range of a predetermined range based on the wavelength.
  • the optical signal monitoring device includes a microcontroller for determining the wavelength of the optical signal passing through the unit cell when receiving the photocurrent from the unit cell; And a display unit configured to display the received optical characteristic value by dividing the optical characteristic value of the optical signal calculated from the wavelength and the photocurrent of the optical signal for each unit cell.
  • the optical signal monitoring apparatus forms output terminals connected to each unit cell included in the unit cell array from one surface of the circuit board to which the unit cell array is attached to the other surface of the circuit board through a connection path. .
  • the present invention comprises the steps of (a) forming a photo detector for photoelectric conversion of the optical signal on the wafer; (b) coating thin film filters that pass optical signals corresponding to the same wavelength reference on the surfaces of the photo detectors; (c) applying thin film filters to pass optical signals corresponding to different wavelength standards for each wafer, and manufacturing unit cells including the thin film filter and the light detector on at least two wafers; (d) manufacturing a unit cell array by arranging the unit cells manufactured from different wafers on a circuit board according to a predetermined arrangement criterion; And (e) manufacturing an optical signal monitoring device electrically connecting the manufactured unit cell array with a microcontroller (MCU) and a display unit to monitor an optical signal.
  • MCU microcontroller
  • the step (b) may include a dielectric coating, an ion assisted deposition (IAD), a polymid coating, and a physics when the thin film filters are coated on the surfaces of the light detectors.
  • IAD ion assisted deposition
  • a polymid coating a coating that covers the surfaces of the light detectors.
  • At least one method of vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), thermal evaporation, and sputtering is used.
  • the wafers are sawed in the unit cell units so that the unit cells are separated to include one thin film filter and one light detector.
  • (d ') output terminals connected to each unit cell included in the unit cell array when the unit cell array is attached to the front surface of the circuit board. Drawing out the circuit board back surface.
  • the unit cells are aligned by a matrix array structure in which the unit cells are sequentially arranged while rotating clockwise or counterclockwise with respect to the array reference. Prepare a cell array.
  • the present invention is a device for monitoring light, a light source monitoring device including a unit cell array arranged in accordance with a predetermined array reference between the unit cells for obtaining only a light current corresponding to a different wavelength reference from the light to obtain a photocurrent ; And a light source characteristic analyzer configured to receive the wavelength and the photocurrent of the light from the light source monitoring apparatus, and calculate an optical characteristic value of the light based on the wavelength and the photocurrent of the received light.
  • the light source characteristic analyzer calculates the optical characteristic value of light having a single wavelength or the optical characteristic value of light of a single color as the optical characteristic value. More preferably, the light source characteristic analysis apparatus includes an optical power calculation unit for calculating the optical power in consideration of the photocurrent as the optical characteristic value of the light for each single wavelength; And a color temperature measuring unit measuring a color temperature considering the photocurrent as an optical characteristic value of the light for each single color. Still more preferably, the light source characteristic analyzing apparatus further includes a feedback information calculating unit configured to calculate feedback information for adjusting intensity of light for each single color based on the calculated color temperature.
  • the light source monitoring device is a thin film filter for passing only the light corresponding to a predetermined wavelength reference from the light to the unit cell provided in the unit cell array, and the thin film filter is attached to the surface and the thin film filter It includes the unit cell including a light detector for generating the photocurrent from the light passing through.
  • the unit cell array aligns the unit cells according to a matrix arrangement structure in which the unit cells are sequentially arranged while rotating in a clockwise or counterclockwise direction with respect to the arrangement.
  • the present invention comprises the steps of (a) selecting only light corresponding to a predetermined wavelength reference from the multi-wavelength light, and generating a photocurrent from the selected light; (b) determining a wavelength of the selected light upon receiving the generated photocurrent; And (c) calculating an optical characteristic value of the selected light based on the wavelength and the photocurrent of the received light when receiving the wavelength and the photocurrent of the selected light.
  • the step (c) calculates the optical characteristic value of light having a single wavelength or the optical characteristic value of light of a single color as the optical characteristic value. More preferably, the step (c) includes the optical power considering the photocurrent as the optical characteristic value of the light for each single wavelength or the color temperature including the photocurrent as the optical characteristic value of the light for each single color. Calculate the optical characteristic value. Even more preferably, the method further includes calculating feedback information for adjusting the intensity of light for each single color based on the color temperature.
  • the optical signal monitoring apparatus 100 may be defined as a device for classifying an optical signal for each wavelength and monitoring an optical signal characteristic analysis result for each signal.
  • the optical signal monitoring apparatus 100 may monitor the optical power as a result of the optical signal characteristic analysis and may be applied to determine the performance of the optical communication network such as FTTH.
  • the optical signal monitoring device 100 can monitor the color temperature, it can be applied to the sensor or measuring instrument in the production process of the white light emitting diode (LED).
  • optical signal monitoring device 100 Before describing the optical signal monitoring device 100 in detail, such as an internal configuration, the principle of the optical signal monitoring device will be described.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating the principle of an optical signal monitoring apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
  • the optical signal monitoring of a specific wavelength using a unit cell 111 including one thin filter 112 and one light detector 113 will be described with reference to FIG. 2A.
  • the optical signal monitoring of a predetermined range wavelength using the unit cell array 110 composed of m unit cells 111 will be described.
  • a band pass filter (BPF) is used as the thin film filter 112
  • a photo diode is used as the light detector 113.
  • a unit cell 111 is attached to one side with a circuit board 114 therebetween, and an anode terminal A and a cathode terminal C on the other side.
  • An output terminal 115, a GND terminal GND, and the like are formed.
  • the optical signal output from the light source 200 has a wavelength of ⁇ 1 to ⁇ n , and the optical signal is incident on the unit cell 111.
  • the thin film filter 112 selectively passes only an optical signal having a wavelength of a specific band among the optical signals incident to the unit cell 111, and the optical signal passing through the thin film filter 112 is incident to the light detector 113. .
  • the light detector 113 converts the optical signal incident through the thin film filter 112 into an electrical signal, and generates a photocurrent through the conversion. The generated photocurrent is output through the output terminal 115.
  • a unit cell array 110 including at least two unit cells 111 is attached to one side with a circuit board 114 therebetween.
  • the unit cell array 110 has a structure in which m unit cells 111 are arranged side by side.
  • the unit cell array 110 is not necessarily limited to this structure.
  • the unit cell array 110 preferably has a structure arranged in a matrix form. The reason is that the matrix array structure can further reduce the size or volume of the unit cell array 110 than the parallel array structure.
  • the matrix array structure of the unit cell array 110 will be described later with reference to FIG. 3.
  • the first unit cell 111a When the optical signal output from the light source 200 is incident on the unit cell array 110, the first unit cell 111a selectively passes only the optical signal having a wavelength ⁇ 1 through the thin film filter. Thereafter, the first unit cell 111a generates the photocurrent I ⁇ 1 from the optical signal having the wavelength ⁇ 1 through the photo detector.
  • the second unit cell (111b) is sikimyeo selectively passing only the optical signals of wavelength ⁇ 2 via the thin-film filter, and generates a photoelectric current I ⁇ 2 from the optical signal of wavelength ⁇ 2 from the optical detector.
  • the m unit cells (111m) generates a photocurrent I ⁇ m therefrom sikimyeo passing an optical signal of selected wavelength ⁇ m.
  • output terminals 115 connected to each unit cell 111 constituting the unit cell array 110 are independently drawn out. Since the unit cell array 110 includes m unit cells 111, m output terminals 115 are formed, and each of the generated photocurrents I ⁇ 1 to I ⁇ m is an output terminal connected to the unit cell 111. Is output via 115).
  • the output terminals 115 are disposed on the rear surface of the circuit board 114 with respect to the unit cell array 110 disposed on the front surface of the circuit board 114 in consideration of the circuit implementation side or the device arrangement side. Each output terminal 115 of is integrated into the back side of the circuit board 114.
  • the unit cell 111 may pass all of the optical signals in a predetermined range without passing only the optical signal having a specific wavelength.
  • the unit cell a passes an optical signal of 610 nm to 700 nm as red light
  • the unit cell b passes an optical signal of 500 nm to 570 nm as green light
  • the unit cell c transmits an optical signal of 450 nm to 500 nm as blue light. I can pass it. That is, in this case, the unit cell 111 is designed to selectively pass an optical signal having a specific color wavelength band, and a color glass filter may be used as the thin film filter 112.
  • the wavelength range for each color that the unit cell 111 passes through is not necessarily limited to the above.
  • a unit cell for selectively passing red light passes an optical signal of 650 nm to 760 nm
  • a unit cell for selectively passing green light passes an optical signal of 490 nm to 570 nm, and selectively passes blue light.
  • the c unit cell passes an optical signal of 430 nm to 490 nm.
  • 3 is a conceptual diagram illustrating an arrangement state of a unit cell array according to a preferred embodiment of the present invention. The following description refers to FIG. 3.
  • each unit cell 111 is disposed on a sector, and the sectors are combined to form a circle as a whole. 110 can be configured.
  • each unit cell 111 may be disposed on a triangular shape, and the triangular shapes may be combined to form a rhombus shape as a whole to configure the unit cell array 110.
  • each unit cell 111 may be disposed on a rectangular shape, and the unit cell array 110 may be configured by combining the rectangular shapes to form a rectangular shape as a whole. .
  • three cases are proposed as the matrix array structure of the unit cell array 110.
  • the matrix array structure is not necessarily limited thereto.
  • the unit cell array 110 when the unit cell array 110 is composed of four unit cell 111 combinations, the unit cell array 110 has a pass wavelength band of the thin film filter 112, respectively.
  • the unit cells 111 may be formed of 1310 nm, 1490 nm, 1550 nm, and 1625 nm.
  • the pass wavelength band of each thin film filter 112 provided in the unit cell array 110 is not limited to the above numerical value.
  • the arrangement structure of the unit cell array 110 is also changed. For example, when analyzing eight wavelengths, each unit cell 111 may be combined in an eight-quadrant form. In this case, the center point of the junction between the unit cells becomes the center point of the light source, and the detection value actually measured when n wavelengths are input can be corrected through a circuit to analyze optical signal characteristics such as optical power.
  • the unit cell 111 may selectively pass light of a specific color wavelength band.
  • the unit cell array 110 may be formed of a combination of three unit cells 111 having a pass wavelength band of the thin film filter 112 of 650 nm to 760 nm, 490 nm to 570 nm, and 430 nm to 490 nm, respectively.
  • the optical signal monitoring apparatus 100 may include a unit cell array 110, an analog / digital converter 120, a micro controller unit (MCU). 130), the power supply 140 and the display unit 150.
  • MCU micro controller unit
  • the unit cell array 110 is formed by arranging the unit cells 111 to which the thin film filter 112 and the light detector 113 are coupled on the circuit board 114 according to a predetermined standard.
  • the predetermined criterion may be defined as a parallel array structure or a matrix array structure as described above.
  • the thin film filters 112 constituting each unit cell 111 filter optical signals having different wavelengths.
  • the thin film filter 112 is attached or coated on one surface of the light detector 113 to which the optical signal is incident.
  • the unit cell array 110 photoelectrically converts a multi-wavelength optical signal incident from a light source for each wavelength to generate photocurrents according to optical signals having different wavelengths.
  • the unit cell array 110 may be disposed at the rear of the fiber adapter.
  • the thin film filter 112 is implemented as a band pass filter (BPF) has already been described.
  • the thin film filter 112 may be implemented by using a low pass filter (LPF) and a high pass filter (HPF).
  • LPF low pass filter
  • HPF high pass filter
  • the light detector 113 may be implemented not only with a photodiode but also with a photoelectric conversion element using a photoconductance effect or a photoelectric conversion element using a photogalvanic effect.
  • Photoelectric conversion devices using the photoconductive effect include photoconductive devices such as cadmium sulfide (CdS).
  • Photoelectric conversion elements using the photovoltaic effect include a photo transistor.
  • the photo detector 113 may be implemented as a charge-coupled device (CCD) or a CMOS.
  • the charge coupled device refers to a device that converts and accumulates optical energy into a charge, and converts the converted charge into a voltage and outputs the converted voltage.
  • CMOS has integrated CMOS transistors in each light receiving element. CMOS converts the amount of light received by each light-receiving element into direct charge, and measures the amount of charge stored in each light-receiving element through a discriminator.
  • the analog / digital converter 120 converts the analog electrical signal output from the output terminals 115 of the unit cell array 110 into a digital signal and inputs the digital signal to the microcontroller 130.
  • the microcontroller 130 is electrically connected to each output terminal 115 of the unit cell array 110 through the analog / digital converter 120, thereby monitoring the photocurrent generated in each unit cell 111.
  • the microcontroller 130 is individually connected to each output terminal 115 of the unit cell array 110 through at least one input terminal, so that the photocurrent inputted to the analog-to-digital converter 120 may be output from which unit cell 111. It can be easily determined whether it was generated. That is, the microcontroller 130 may determine which wavelength the photocurrent is at the optical signal value.
  • the microcontroller 130 may analyze optical signals of various wavelengths at the same time by separately monitoring the optical signals input from the respective output terminals 115.
  • the power supply 140 supplies power to smoothly drive the optical signal monitoring apparatus 100.
  • the display unit 150 is electrically connected to the microcontroller 130 and outputs an optical signal characteristic analysis result such as a wavelength value of the optical signal, a power value of the optical signal, and a color temperature value of the optical signal. For example, as illustrated in FIG. 4, the display unit 150 outputs a combination of wavelength bands and optical signal characteristic analysis results for each unit cell 111 so that the user can easily check the naked eye.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a manufacturing method of an optical signal monitoring apparatus according to a preferred embodiment of the present invention. The following description refers to FIG. 5.
  • the photodetectors 113 having the same specification on at least two wafers are manufactured (S500). Thereafter, the thin film filters 112 are coated on the surfaces of the photodetectors 113 formed on the respective wafers (S510).
  • the coating of the thin film filters 112 is preferably made in a wafer unit. The reason for this is to attain convenience in the manufacturing process. In addition, it is desirable to coat the thin film filters 112 that pass optical signals of the same wavelength for each wafer. The reason for this is that the manufacturing process of the unit cell 111 becomes convenient considering that the size of the unit cell 111 including the thin film filter 112 and the light detector 113 is small.
  • the unit cells 111 for processing optical signals having different wavelengths for each wafer are manufactured. For example, hundreds to thousands of unit cells 111 coated with a thin film filter 112 passing through a 1310 nm wavelength are formed on the A wafer, and a unit cell 111 coated with a thin film filter 112 passing through a 1490 nm wavelength is formed on a B wafer. Hundreds to thousands are made.
  • dielectric coating As the coating method of the thin film filter 112, dielectric coating, ion assisted deposition (IAD), polymid coating, or the like may be used.
  • dielectric coating and polyimide coating may be defined as a method of coating a dielectric material and a polyamide material, respectively
  • ion assisted deposition is defined as a method of improving the properties of a film by irradiating an ion beam during deposition. can do.
  • the adhesion between the substrate and the film may be improved by removing adsorption moisture or an oxide film, and the hardness of the deposited film may be improved by increasing the density of the film by ion bombardment.
  • PVD physical vapor deposition
  • CVD chemical vapor deposition
  • thermal evaporation thermal evaporation
  • sputtering or the like
  • the wafer is cut into units of the unit cells 111 to manufacture an independent unit cell 111 (S520).
  • unit cells 111 for processing optical signals having different wavelengths are taken one by one and arranged on the circuit board 114 to manufacture the unit cell array 110 (S530).
  • An embodiment of the unit cell 111 constituting the unit cell array 110 is illustrated in FIG. 6. 6 is a vertical cross-sectional view of a unit cell according to a preferred embodiment of the present invention. According to FIG. 6, the unit cell 111 includes a thin film filter TF and a photodiode PD.
  • the photodiode PD is implemented as a P-I-N diode in consideration of performing an optical signal detection function.
  • the anode side A and the cathode side constituting the output terminal are formed close to the P region and the N region, respectively.
  • the unit cell array 110 When the unit cell array 110 is manufactured, the unit cell array 110 is attached to the front surface of the circuit board 114 and the output terminal 115 is led out to the back surface of the circuit board 114 (S540). Thereafter, all output terminals 115 are electrically connected to the analog-to-digital converter 120, and the analog-to-digital converter 120 is electrically connected to the microcontroller 130. In this case, the power supply 140 and the display unit 150 are also electrically connected to the microcontroller 130.
  • the optical signal monitoring apparatus 100 is completed (S550).
  • a light source analysis system 700 includes a light source monitoring apparatus 720 and a light source characteristic analyzing apparatus 710.
  • the light source monitoring apparatus 720 is a concept corresponding to the above-described optical signal monitoring apparatus 100, and has the same configuration as the optical signal monitoring apparatus 100 in this embodiment.
  • the light source monitoring device 720 may be utilized for white LED analysis.
  • the light source characteristic analyzer 710 is an apparatus for analyzing optical characteristics of light by wavelength (ex. 1490 nm light) or light by color (ex. Red light). In detail, the light source characteristic analyzer 710 analyzes photo current as an optical characteristic of light for each wavelength and analyzes color temperature as an optical characteristic of light for each color. Of course, the optical characteristics analyzed by the light source characteristic analyzer 710 are not limited thereto.
  • the light source characteristic analyzer 710 includes an optical power calculator 711 for calculating optical power for each wavelength of light and a color temperature measuring unit 712 for calculating color temperature between colors of light.
  • the light source characteristic analyzer 710 may be implemented by, for example, a computer having information processing capability.
  • the optical power calculator 711 When the optical power calculator 711 receives the photocurrent value corresponding to the light of the specific wavelength from the light source monitoring apparatus 720, the optical power calculator 711 calculates the optical power of the light.
  • the optical power calculator 711 calculates the optical power using Equation 1 below.
  • P x is the particular wavelength of light the optical power value [dBm]
  • I ⁇ x is a particular wavelength of light photoelectric current value
  • R x is a response rate (responsivity) for a particular wavelength of light.
  • the light detector 113 may be implemented as a photodiode.
  • Photodiodes that perform a photoelectric conversion function convert received light into an electrical signal with a linear response.
  • the response rate of the photodiode represents the broadband frequency response and the desired channel is separated by an electric filter after photodetection. R x can be obtained from this process.
  • the optical power calculator 711 calculates optical power for the selected light.
  • the light source analysis system 700 can simultaneously obtain optical wavelengths and optical powers for a plurality of lights selected from the multi-wavelength light sources.
  • the color temperature measuring unit 712 measures the color temperature with respect to the light for which the optical power is calculated.
  • the purpose of the conventional general color temperature measurement apparatus is to obtain an accurate color temperature value for the entire wavelength region of the received light while viewing the entire wavelength region of the received light. Therefore, the conventional color temperature measuring apparatus is large and expensive.
  • R (Red), G (Green), B (Blue) is different and the intensity (intensity) is different for each company producing a white LED (White LED). Therefore, in the present invention, the color temperature measuring unit 712 measures the color temperature only for light having the maximum photocurrent among the light having the same color.
  • R ⁇ G ⁇ B can be appropriately adjusted so that the intensity of the light signal for each color can be adjusted. Control enables the fabrication of white LEDs that produce the desired color light.
  • An object that absorbs all incident electromagnetic waves is called a black body.
  • the relationship between the color of the light emitted by the ideal blackbody and the temperature of the blackbody follows Planck's law of radiation, so knowing the color of the light that the blackbody emits reveals the temperature of the blackbody.
  • Color temperature is a numerical representation of the light from a light source using the properties of these black bodies. When an object is shining with visible light and the color is the same as the color that the black body radiates at a certain temperature, it can be said that the temperature of the black body is equal to the temperature of the object. The temperature at this time is the color temperature of the object.
  • the light source monitoring apparatus 100 configures a unit cell array by combining unit cells that pass light having different colors. Accordingly, the light source monitoring apparatus 100 generates a photocurrent value with respect to lights having the same color, and then provides the generated photocurrent value to the light source characteristic analyzer 710 together with the wavelength value.
  • the color temperature measuring unit 712 collects wavelength values and photocurrent values of light having the same color, and grasps the intensity of each of the light having the same color from the photocurrent value. Since the intensity is proportional to the photocurrent value, the greater the photocurrent value, the greater the intensity.
  • the color temperature measuring unit 712 does not measure the color temperature for all light having the same color. In order to reduce the size and improve efficiency, the color temperature measuring unit 712 selects some of the lights having the same color and measures the color temperature only for the selected light. Preferably, the color temperature measuring unit 712 measures the color temperature only by the light having the maximum photocurrent value. If the color temperature measuring unit 712 measures the color temperature in this way, it is possible to conveniently adjust the mixing ratio of the intensity between the lights having different colors, and according to such adjustment, the white LED can be standardized and the desired white light can be easily generated. There is a number.
  • the color temperature measuring unit 712 calculates a red light value, a green light value, and a blue light value of reference white when measuring the color temperature.
  • the red light value, the green light value, the blue light value, and the like can be obtained as brightness levels.
  • the color temperature measuring unit 712 converts the red light value, the green light value, the blue light value, etc. of the reference white into the chromaticity coordinate values of the Commission Internationale de L'Eclairage (CIE) chromaticity coordinate system. Thereafter, the color temperature measuring unit 712 calculates the color temperature of the light source using the converted chromaticity coordinate values.
  • CIE Commission Internationale de L'Eclairage
  • the color temperature calculation method is not necessarily limited to the above description.
  • the color temperature calculation method is applicable to any method known nationally or internationally.
  • the light source characteristic analyzer 710 further includes a communication unit 714, a power supply unit 715, and a control unit 716.
  • the communication unit 714 is responsible for data transmission and reception between the light source monitoring device 100 and the light source characteristic analysis device 710.
  • the power supply unit 715 is responsible for supplying power so that the light source characteristic analyzer 710 can be smoothly driven.
  • the controller 716 is responsible for controlling the overall operation of the light source characteristic analyzer 710.
  • the light source characteristic analyzer 710 may further include a feedback information calculator 717.
  • the feedback information calculator 717 calculates feedback information for adjusting the intensity of the optical signal for each color using the color temperature.
  • the feedback information calculator 717 may perform this function to adjust the wavelength range or area of the light passed through the thin film filter.
  • the feedback information calculator 717 allows the color rendering index of R (Red) G (Green) B (Blue) implemented by the white LED to be optimal for the use environment.
  • the color rendering index may be 85 or more in houses, hotels, restaurants, and the like, and the color rendering index may be 70 to 85 in schools, department stores, and offices.
  • the feedback information calculator 717 can realize the manufacture of a white LED that generates color light of a desired type.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating an optical characteristic analysis method according to a preferred embodiment of the present invention. The following description refers to FIG. 8.
  • the multi-wavelength light output from the light source is passed through each thin film filter 112 of the unit cell array 110 (S800).
  • the thin film filter 112 passes only light of a predetermined wavelength (ex. 1490 nm light) or selectively passes light of a predetermined range wavelength (ex. 610 nm to 700 nm light).
  • the light detector 113 connected to each thin film filter 112 converts the input light into an electrical signal.
  • the photoelectric conversion function generated by the photodetector 721 is a photocurrent, and the photodetector 721 transmits the photocurrent to the analog / digital converter 120 through the output terminal 115 (S810).
  • the analog-to-digital converter 120 converts the received electrical signal from an analog signal to a digital signal.
  • the microcontroller 130 determines the wavelength value of the converted signal (S820).
  • the microcontroller 130 monitors the photocurrent for each unit cell 111. Accordingly, the microcontroller 130 may determine which wavelength band the thin film filter 112 passes by independently detecting the photocurrent.
  • the microcontroller 130 transmits the digital signal to the light source characteristic analyzer 700 through a transceiver (not shown), and the light source characteristic analyzer 710 receives the signal through the communication unit 714.
  • the light source characteristic analyzer 710 calculates an optical characteristic value of the light through the optical power calculator 711, the color temperature measurer 712, the light intensity calculator 713, and the like (S830).
  • the optical power calculation unit 711 calculates the optical power value of the light in consideration of the photocurrent value for the received light.
  • the color temperature measuring unit 712 measures the color temperature of light for which the optical power value is calculated.
  • the light source characteristic analyzer 710 may provide the calculated optical characteristic value to the optical signal monitoring apparatus 100 so that the user may visually check the image through the display unit 150 (S840).
  • the feedback information calculator 717 of the light source characteristic analyzer 710 may calculate feedback information for adjusting intensity of light for each color, and may provide the feedback information to the user.
  • the present invention discloses an optical signal monitoring device, a method for manufacturing the same, a light source analysis system, and a method for selecting and monitoring only an optical signal having a desired wavelength from a multi-wavelength optical signal and simultaneously measuring optical characteristic values of the light source. do.
  • the optical signal monitoring apparatus is an apparatus for selecting and monitoring only an optical signal having a desired wavelength from a multi-wavelength optical signal, which can be miniaturized in a structure in which unit cells composed of a thin film filter and an optical detector are arranged, and at a lower cost. It can be prepared by.
  • the light source analysis system is a device for measuring the optical characteristic value of the light source for standardizing the white LED at the same time with the wavelength characteristic, even if multiple wavelengths are input, simultaneously analyze the optical characteristic value and wavelength characteristics of each wavelength can do.
  • the optical signal monitoring apparatus may be applied to an optical communication system such as FTTH, and may be useful for automatically recognizing a wavelength of an optical signal and analyzing optical power.
  • the light source analysis system can easily manufacture a white LED to generate the desired color light from the feedback (feedback) control for adjusting the light intensity for each color, can be applied to the mass production of the display that can express natural colors Do.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
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  • Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)

Abstract

본 발명은 다파장 광신호로부터 원하는 파장을 가지는 광신호만 선택하여 모니터링하며, 광원의 광학적 특성값을 파장 특성과 동시에 측정하는 광신호 모니터링 장치와 그 제조 방법, 및 광원 분석 시스템과 그 방법을 개시한다. 본 발명은 광신호를 모니터링하는 장치로서, 광신호로부터 서로 다른 파장 기준에 해당하는 광신호만 선택하여 광전류를 획득하는 단위셀들끼리 미리 정해진 배열 기준에 따라 정렬된 단위셀 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호 모니터링 장치를 제공한다. 본 발명에 따르면, 광신호 모니터링 장치를 소형화할 수 있고, 보다 저렴한 비용으로 제조할 수 있다. 또한, 광원의 광학적 특성값을 파장 특성과 함께 동시에 측정할 수 있으며, 여러 파장이 입력되더라도 각 파장에 대한 광학적 특성값과 파장 특성을 동시에 분석할 수 있다.

Description

광신호 모니터링 장치와 그 제조 방법, 및 광원 분석 시스템과 그 방법
본 발명은 광신호 모니터링 장치와 그 제조 방법, 및 광원 분석 시스템과 그 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 다파장 광신호로부터 원하는 파장을 가지는 광신호만 선택하여 모니터링하며, 광원의 광학적 특성값을 파장 특성과 동시에 측정하는 광신호 모니터링 장치와 그 제조 방법, 및 광원 분석 시스템과 그 방법에 관한 것이다.
광통신은 굴절률이 큰 코어와 굴절률이 작은 클래딩으로 이루어진 광섬유를 통해 빛 신호를 주고 받는 통신 방식으로, 1970년 미국 코닝사가 전송 손실이 20dB/km인 광섬유를 개발함으로써 실용화되었다. 광통신의 송신 단말기에서는 전기 신호를 빛 신호로 변환한 후 광섬유를 통해 전송하고 수신 단말기에서는 빛 신호를 다시 전기 신호로 변환한다. 광통신은 전기 통신에 비해 외부의 전자파에 의한 간섭이 없고 도청이 힘들며, 동시에 많은 양의 정보를 처리할 수 있는 장점이 있어, 그 활용 영역이 확대되어 가는 추세이다.
FTTH(Fiber To The Home)는 광섬유를 집안까지 연결한다는 뜻으로, 초고속 인터넷 설비 방식의 한 종류이다. 다른 광통신 방식의 초고속 인터넷이 외부의 어느 지점까지만 광섬유로 연결하고 집안의 경우는 랜선이나 동축 케이블 등 기타 다른 방식으로 연결되는 것과 달리, 광망 종단 장치(ONU, Optical Network Unit)에 이르기까지 광섬유가 사용된다. 빛은 파장에 따라 그 성질이 달라지므로, 이러한 FTTH를 비롯한 광통신 시스템에 대한 정밀한 파장 분석과 파워 분석은 필수적이다.
이러한 파장 분석기로는 다수의 필터를 이용하여 입력광을 분해하고, 분해된 광들의 특성 정보를 모두 종합함으로써 어느 파장 영역에 얼마의 파워가 유입되는 지를 파악하는 것이 있다. 그러나, 이러한 파장 분석기의 경우 구성이 매우 복잡하고 측정에 많은 시간이 소요될 뿐만 아니라 고가의 대형 장비가 필요하다는 문제점이 있다.
다른 파장 분석기로는 격자(grating)를 이용한 것이 있다(미국 등록특허 제5,760,391호, "Passive optical wavelength analyzer with a passive nonuniform optical grating"). 상기 공보에 의하면 파장 분석기가 다수의 브래그 격자(Bragg grating)와 렌즈 및 포토 다이오드로 구성되어 있다. 이와 같이 격자를 이용한 파장 분석기는 파장별로 다수의 격자가 필요하고 그 구성이 복잡하며, 측정 장비의 사이즈가 커서 운용이 용이하지 않은 문제점이 있다.
더욱이, FTTH용 파워 분석기의 경우에는 입력 파장을 선행적으로 인식하여 세팅한 후 파워를 측정하는 방식이 일반적으로 사용되는데, 이러한 경우 파워 측정의 정밀성이 떨어지고 자동화가 어렵다는 문제점이 있다.
한편, 백색 LED(white LED)는 R(Red)·G(Green)·B(Blue)를 조합하여 흰 빛을 내는 발광 다이오드이다. 이러한 백색 LED를 구현하는 방법으로는 단일 칩 방법과 멀티 칩 방법이 있다. 단일 칩 방법은 청색 LED 칩이나 자색 LED 칩에 형광 물질을 결합하여 백색을 얻는 방법으로 정의할 수 있다. 반면, 멀티 칩 방법은 서로 보색 관계에 있는 2개의 LED를 결합하거나 복수개의 LED 칩들을 조합하여 백색을 얻는 방법으로 정의할 수 있다. 단일 칩 방법은 효율성이 떨어지는 제조 비용이 과다한 문제점이 있기 때문에 백색 LED를 구현하는 방법으로 멀티 칩 방법이 주로 이용되고 있다.
백색 LED는 기존의 광원에 비해 극소형으로 소비 전력이 적고 수명이 반영구적이다. 또한, 백색 LED는 예열 시간이 없어 빠른 응답 속도를 가지며, 자외선과 같은 유해파 방출이 적고, 수은 및 방전용 가스를 사용하지 않는다. 따라서, 백색 LED는 오늘날 환경 친화적인 조명 광원으로 인식되고 있다.
그런데, 백색 LED의 표준화가 이루어지지 않은 데다가 LED를 생산하는 업체마다 사용하는 R·G·B 값이 다르기 때문에 업체마다 사양이 다른 백색 LED를 생산하고 있다. 이에 따라, 조명 장치나 LED TV와 같은 디스플레이를 생산할 때에 단일 업체에서 생산한 백색 LED만을 적용해야 하는 불편이 따르는 등 기존에는 백색 LED의 보편성이 떨어지는 문제점이 있었다.
생산된 백색 LED를 검사할 때에 종래에는 색온도 측정 등이 이용되었다. 그런데, 종래 일반적인 색온도 측정 장치는 수신 광신호의 전체 파장 영역을 관망하면서 수신 광신호의 전체 파장 영역에 대해 정확한 색온도 수치를 얻고자 하는 것이 그 목적이었기 때문에 대형이면서 고가인 것이 일반이었다. 그러나, 백색 LED를 생산하는 업체마다 강도(intensity)가 다른데다, 대형이면서 고가인 색온도 측정 장치를 구비하는 것이 큰 부담으로 작용할 수밖에 없어, 종래 백색 LED의 품질은 매우 낮았다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 다파장 광신호로부터 원하는 파장을 가지는 광신호만 선택하여 모니터링하는 광신호 모니터링 장치 및 그 제조 방법을 제공함을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 백색 LED를 규격화시키기 위한 광원의 광학적 특성값을 파장 특성과 함께 동시에 측정하는 광원 분석 시스템 및 그 방법을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위해 안출된 것으로서, 광신호를 모니터링하는 장치로서, 상기 광신호로부터 서로 다른 파장 기준에 해당하는 광신호만 선택하여 광전류를 획득하는 단위셀들끼리 미리 정해진 배열 기준에 따라 정렬된 단위셀 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호 모니터링 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 (a) 웨이퍼 위에 광신호를 광전변환시키는 광 검출부들을 형성시키는 단계; (b) 동일한 파장 기준에 해당하는 광신호를 통과시키는 박막 필터들을 상기 광 검출부들의 표면에 각각 코팅시키는 단계; (c) 웨이퍼마다 서로 다른 파장 기준에 해당하는 광신호를 통과시키는 박막 필터들을 적용시키며, 적어도 두개의 웨이퍼 위에 상기 박막 필터와 상기 광 검출부로 이루어진 단위셀들을 제조시키는 단계; (d) 회로 기판에 각기 다른 웨이퍼로부터 제조된 상기 단위셀들을 미리 정해진 배열 기준에 따라 정렬시켜 단위셀 어레이를 제조시키는 단계; 및 (e) 상기 제조된 단위셀 어레이를 마이크로 컨트롤러(MCU) 및 디스플레이부와 전기적으로 연결시켜 광신호를 모니터링하는 광신호 모니터링 장치를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호 모니터링 장치의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 광을 모니터링하는 장치로서, 상기 광으로부터 서로 다른 파장 기준에 해당하는 광만 선택하여 광전류를 획득하는 단위셀들끼리 미리 정해진 배열 기준에 따라 정렬된 단위셀 어레이를 포함하는 광원 모니터링 장치; 및 상기 광원 모니터링 장치로부터 상기 광의 파장과 광전류를 수신하며, 상기 수신된 광의 파장과 광전류를 기반으로 상기 광의 광학적 특성값을 산출하는 광원 특성 분석 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 분석 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 (a) 다파장 광으로부터 미리 정해진 파장 기준에 해당하는 광만을 선택하며, 상기 선택된 광으로부터 광전류를 생성하는 단계; (b) 상기 생성된 광전류를 수신하면 상기 선택된 광의 파장을 결정하는 단계; 및 (c) 상기 선택된 광의 파장과 광전류를 수신하면 상기 수신된 광의 파장과 광전류를 기반으로 상기 선택된 광의 광학적 특성값을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 특성값 산출 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 다파장 광신호로부터 원하는 파장을 가지는 광신호만 선택하여 모니터링하는 광신호 모니터링 장치를 구비함으로써 다음 효과를 얻을 수 있다. 첫째, 박막 필터와 광 검출기로 이루어진 단위셀을 배열한 구조로 소형화할 수 있고, 보다 저렴한 비용으로 제조할 수 있다. 둘째, 광신호의 다양한 광학적 특성값을 파장 특성과 함께 동시에 측정할 수 있다. 세째, 여러 파장이 입력되더라도 각 파장에 대한 광학적 특성값과 파장 특성을 동시에 분석할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 백색 LED를 규격화시키기 위한 광원의 광학적 특성값을 파장 특성과 함께 동시에 측정하는 광원 분석 시스템을 구비함으로써 다음 효과를 얻을 수 있다. 첫째, 광원의 색온도를 계산할 때에 광강도(light intensity)도 함께 계산함으로써 컬러별로 광강도 조절이 가능해진다. 둘째, 상기에 따라 피드백(feedback) 제어가 가능해지며, 목적하는 컬러광을 발생시키는 백색 LED의 제조가 가능하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광신호 모니터링 장치의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광신호 모니터링 장치의 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단위셀 어레이의 배열 상태를 도시한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광신호 모니터링 장치의 디스플레이 일실시 예시도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광신호 모니터링 장치의 제조 방법을 도시한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단위셀의 수직 단면도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광원 분석 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광 특성 분석 방법을 도시한 순서도이다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위해 안출된 것으로서, 광신호를 모니터링하는 장치로서, 상기 광신호로부터 서로 다른 파장 기준에 해당하는 광신호만 선택하여 광전류를 획득하는 단위셀들끼리 미리 정해진 배열 기준에 따라 정렬된 단위셀 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호 모니터링 장치를 제공한다.
바람직하게는, 상기 단위셀은 상기 광신호로부터 미리 정해진 파장 기준에 해당하는 광신호만을 통과시키는 박막 필터; 및 상기 박막 필터가 표면에 부착되며, 상기 박막 필터를 통과한 광신호로부터 상기 광전류를 생성시키는 광 검출부를 포함한다. 더욱 바람직하게는, 상기 박막 필터는 대역 통과 필터, 또는 로우 패스 필터와 하이 패스 필터를 조합시켜 구현한 대역 통과 필터를 포함하며, 상기 광 검출부는 광전도 효과(photoconductance effect)를 이용하는 광전 변환 소자 또는 광기전 효과(photogalvanic effect)를 이용하는 광전 변환 소자를 포함한다.
바람직하게는, 상기 단위셀 어레이는 상기 배열 기준으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하면서 순차적으로 배열시키는 매트릭스 배열 구조에 따라 상기 단위셀들을 정렬시킨다.
바람직하게는, 상기 단위셀은 상기 파장 기준으로 단일 파장 대역 또는 미리 정해진 범위의 파장 대역에 해당하는 광신호만 선택한다.
바람직하게는, 상기 광신호 모니터링 장치는 상기 단위셀로부터 상기 광전류를 수신하면 상기 단위셀을 통과한 광신호의 파장을 결정하는 마이크로 컨트롤러; 및 상기 광신호의 파장과 광전류로부터 산출된 상기 광신호의 광학적 특성값을 수신하면 상기 단위셀 별로 구분하여 상기 수신한 광학적 특성값을 표시하는 디스플레이부를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 광신호 모니터링 장치는 상기 단위셀 어레이가 부착된 회로 기판의 일면으로부터 접속로를 통해 상기 회로 기판의 타면으로 상기 단위셀 어레이에 포함되는 각 단위셀에 연결되는 출력 단자들을 형성시킨다.
또한, 본 발명은 (a) 웨이퍼 위에 광신호를 광전변환시키는 광 검출부들을 형성시키는 단계; (b) 동일한 파장 기준에 해당하는 광신호를 통과시키는 박막 필터들을 상기 광 검출부들의 표면에 각각 코팅시키는 단계; (c) 웨이퍼마다 서로 다른 파장 기준에 해당하는 광신호를 통과시키는 박막 필터들을 적용시키며, 적어도 두개의 웨이퍼 위에 상기 박막 필터와 상기 광 검출부로 이루어진 단위셀들을 제조시키는 단계; (d) 회로 기판에 각기 다른 웨이퍼로부터 제조된 상기 단위셀들을 미리 정해진 배열 기준에 따라 정렬시켜 단위셀 어레이를 제조시키는 단계; 및 (e) 상기 제조된 단위셀 어레이를 마이크로 컨트롤러(MCU) 및 디스플레이부와 전기적으로 연결시켜 광신호를 모니터링하는 광신호 모니터링 장치를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호 모니터링 장치의 제조 방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 (b) 단계는 상기 박막 필터들을 상기 광 검출부들의 표면에 코팅시킬 때에 유전체 코팅(dielectric coating), 이온 보조 증착(IAD; Ion Assisted Deposition), 폴리미드 코팅(polymid coating), 물리 기상 증착(PVD), 화학 기상 증착(CVD), 열 증착(thermal evaporation), 및 스퍼터링(sputtering) 중 적어도 하나의 방법을 이용한다.
바람직하게는, 상기 (c) 단계는 상기 단위셀들을 제조시킬 때에 상기 웨이퍼를 상기 단위셀 단위로 쏘잉(sawing)시켜 하나의 상기 박막 필터와 하나의 상기 광 검출부를 포함하도록 각기 독립된 상기 단위셀들을 제조시키며, 상기 (d) 단계와 상기 (e) 단계의 중간 단계는 (d') 상기 단위셀 어레이가 상기 회로 기판 전면에 부착되면 상기 단위셀 어레이에 포함되는 각 단위셀에 연결되는 출력 단자들을 상기 회로 기판 후면으로 인출시키는 단계를 포함한다. 더욱 바람직하게는, 상기 (d') 단계는 상기 단위셀 어레이를 제조시킬 때에 상기 배열 기준으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하면서 순차적으로 배열시키는 매트릭스 배열 구조에 따라 상기 단위셀들을 정렬시켜 상기 단위셀 어레이를 제조시킨다.
또한, 본 발명은 광을 모니터링하는 장치로서, 상기 광으로부터 서로 다른 파장 기준에 해당하는 광만 선택하여 광전류를 획득하는 단위셀들끼리 미리 정해진 배열 기준에 따라 정렬된 단위셀 어레이를 포함하는 광원 모니터링 장치; 및 상기 광원 모니터링 장치로부터 상기 광의 파장과 광전류를 수신하며, 상기 수신된 광의 파장과 광전류를 기반으로 상기 광의 광학적 특성값을 산출하는 광원 특성 분석 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 분석 시스템을 제공한다.
바람직하게는, 상기 광원 특성 분석 장치는 상기 광학적 특성값으로 단일 파장별 광이 가지는 광학적 특성값 또는 단일 컬러별 광이 가지는 광학적 특성값을 산출한다. 더욱 바람직하게는, 상기 광원 특성 분석 장치는 상기 단일 파장별 광이 가지는 광학적 특성값으로 상기 광전류를 고려한 광파워를 계산하는 광파워 계산부; 및 상기 단일 컬러별 광이 가지는 광학적 특성값으로 상기 광전류를 고려한 색온도를 측정하는 색온도 측정부를 포함한다. 더욱더 바람직하게는, 상기 광원 특성 분석 장치는 상기 계산된 색온도를 토대로 상기 단일 컬러별 광에 대한 강도 조절을 위한 피드백 정보를 산출하는 피드백 정보 산출부를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 광원 모니터링 장치는 상기 단위셀 어레이에 구비되는 상기 단위셀로 상기 광으로부터 미리 정해진 파장 기준에 해당하는 광만을 통과시키는 박막 필터, 및 상기 박막 필터가 표면에 부착되며 상기 박막 필터를 통과한 광으로부터 상기 광전류를 생성시키는 광 검출부를 포함하는 상기 단위셀을 포함한다.
바람직하게는, 상기 단위셀 어레이는 상기 배열 기준으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하면서 순차적으로 배열시키는 매트릭스 배열 구조에 따라 상기 단위셀들을 정렬시킨다.
또한, 본 발명은 (a) 다파장 광으로부터 미리 정해진 파장 기준에 해당하는 광만을 선택하며, 상기 선택된 광으로부터 광전류를 생성하는 단계; (b) 상기 생성된 광전류를 수신하면 상기 선택된 광의 파장을 결정하는 단계; 및 (c) 상기 선택된 광의 파장과 광전류를 수신하면 상기 수신된 광의 파장과 광전류를 기반으로 상기 선택된 광의 광학적 특성값을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 특성값 산출 방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 (c) 단계는 상기 광학적 특성값으로 단일 파장별 광이 가지는 광학적 특성값 또는 단일 컬러별 광이 가지는 광학적 특성값을 산출한다. 더욱 바람직하게는, 상기 (c) 단계는 상기 단일 파장별 광이 가지는 광학적 특성값으로서 상기 광전류를 고려한 광파워, 또는 상기 단일 컬러별 광이 가지는 광학적 특성값으로서 상기 광전류를 고려한 색온도를 포함하는 상기 광학적 특성값을 산출한다. 더욱더 바람직하게는, 상기 색온도를 토대로 상기 단일 컬러별 광에 대한 강도 조절을 위한 피드백 정보를 산출하는 단계를 더 포함한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광신호 모니터링 장치의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다. 광신호 모니터링 장치(100)는 광신호를 파장별로 구분시키고, 각각의 신호에 대한 광신호 특성 분석 결과를 모니터링하는 장치로 정의할 수 있다. 광신호 모니터링 장치(100)는 광신호 특성 분석 결과로 광파워를 모니터링할 수 있으며, 이를 통해 FTTH와 같은 광통신망의 성능을 파악하는 데에 적용할 수 있다. 또한, 광신호 모니터링 장치(100)는 색온도를 모니터링할 수 있으며, 이를 통해 백색 LED(white Light Emitting diode)의 생산 과정에서 센서나 계측기 용도로 적용함도 가능하다.
내부 구성에 대한 설명 등 광신호 모니터링 장치(100)에 대해 보다 자세하게 설명하기에 앞서, 먼저 광신호 모니터링 장치의 원리에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광신호 모니터링 장치의 원리를 설명하기 위한 개념도이다. 먼저 도 2의 (a)를 참조하여, 박막 필터(thin filter: 112) 1개와 광 검출부(113) 1개로 이루어진 단위셀(111)을 이용한 특정 파장의 광신호 모니터링을 설명하고, 이후 도 2의 (b)를 참조하여, m개의 단위셀(111)로 이루어진 단위셀 어레이(110)를 이용한 소정 범위 파장의 광신호 모니터링을 설명한다. 본 발명의 실시예에서 박막 필터(112)로 대역 통과 필터(BPF; Band Pass Filter)를 이용하며, 광 검출부(113)로 포토 다이오드(photo diode)를 이용한다.
도 2의 (a)를 참조하면, 회로 기판(substrate: 114)을 사이에 두고 일측에 단위셀(111)이 부착되며 타측에 애노드(anode) 단자(A)와 캐소드(cathode) 단자(C)로 이루어진 출력 단자(115), GND 단자(GND) 등이 형성된다. 광원(200)으로부터 출력되는 광신호는 λ1~λn의 파장을 가지며, 이 광신호가 단위셀(111)로 입사된다. 박막 필터(112)는 단위셀(111)로 입사된 광신호 중에서 특정 대역의 파장을 가지는 광신호만 선택적으로 통과시키며, 박막 필터(112)를 통과한 광신호는 광 검출부(113)로 입사된다. 광 검출부(113)는 박막 필터(112)를 통해 입사된 광신호를 전기적 신호로 변환시키며, 이 변환을 통해 광전류를 생성한다. 생성된 광전류는 출력 단자(115)를 통해 출력된다.
도 2의 (b)를 참조하면, 회로 기판(114)을 사이에 두고 일측에 적어도 두개의 단위셀(111)을 포함하는 단위셀 어레이(110)가 부착된다. 도 2의 (b)에서 단위셀 어레이(110)는 m개의 단위셀(111)이 나란히 배열된 구조를 보이고 있다. 그러나, 본 실시예에서 단위셀 어레이(110)가 반드시 이 구조에 한정되는 것은 아니다. 단위셀 어레이(110)는 매트릭스(matrix) 형태로 배열된 구조를 가지는 것이 바람직하다. 그 이유는 매트릭스 배열 구조가 상기와 같은 병렬적 배열 구조보다 단위셀 어레이(110)의 크기나 부피를 더욱 축소시킬 수 있기 때문이다. 단위셀 어레이(110)의 매트릭스 배열 구조에 대해서는 도 3을 참조하여 후술한다.
광원(200)으로부터 출력되는 광신호가 단위셀 어레이(110)로 입사되면, 제1 단위셀(111a)은 박막 필터를 통해 파장 λ1의 광신호만 선택적으로 통과시킨다. 이후, 제1 단위셀(111a)은 광 검출부를 통해 파장 λ1의 광신호로부터 광전류 Iλ1을 생성한다. 또한, 제2 단위셀(111b)은 박막 필터를 통해 파장 λ2의 광신호만 선택적으로 통과시키며, 광 검출부를 통해 파장 λ2의 광신호로부터 광전류 Iλ2를 생성한다. 마찬가지로, 제m 단위셀(111m)은 파장 λm의 광신호를 선택 통과시키며 이로부터 광전류 Iλm을 생성한다.
회로 기판(114) 타측에는 단위셀 어레이(110)를 구성하는 각 단위셀(111)에 연결되는 출력 단자(115)들이 독립적으로 인출 형성된다. 단위셀 어레이(110)가 m개의 단위셀(111)을 구비하므로 m개의 출력 단자(115)가 형성되며, 생성된 각 광전류(Iλ1~Iλm)는 단위셀(111)에 연결된 출력 단자(115)를 통해 출력된다. 회로 기판(114) 전면에 배치되는 단위셀 어레이(110)에 대해 출력 단자(115)들이 회로 기판(114) 후면에 배치되는 것은 회로 구현 측면이나 소자 배치 측면을 고려한 것으로, 단위셀 어레이(110)의 각 출력 단자(115)는 회로 기판(114)의 후면에 집적된다.
한편, 단위셀(111)이 특정 파장의 광신호만 통과시키지 않고, 소정 범위의 광신호들을 모두 통과시키는 것도 가능하다. 예컨대, 제a 단위셀이 610nm~700nm의 광신호를 적색광으로써 통과시키고, 제b 단위셀이 500nm~570nm의 광신호를 녹색광으로써 통과시키며, 제c 단위셀이 450nm~500nm의 광신호를 청색광으로써 통과시킬 수 있다. 즉, 이 경우의 단위셀(111)은 특정 컬러 파장 대역의 광신호를 선택적으로 통과시키도록 설계되며, 박막 필터(112)로 색유리 필터를 이용할 수 있다.
단위셀(111)이 통과시키는 컬러별 파장 범위가 반드시 상기에 한정될 필요는 없다. 예컨대, 적색광을 선택적으로 통과시키는 제a 단위셀이 650nm~760nm의 광신호를 통과시키고, 녹색광을 선택적으로 통과시키는 제b 단위셀이 490nm~570nm의 광신호를 통과시키며, 청색광을 선택적으로 통과시키는 제c 단위셀이 430nm~490nm의 광신호를 통과시키는 것도 가능하다.
다음으로, 단위셀 어레이(110)의 매트릭스 배열 구조에 대해 설명한다. 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단위셀 어레이의 배열 상태를 도시한 개념도이다. 이하 설명은 도 3을 참조한다.
매트릭스 배열 구조의 경우, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 각각의 단위셀(111)을 섹터(sector) 상에 배치시키고 이 섹터들이 조합되어 전체적으로 원(circle) 형태를 이루도록 하여 단위셀 어레이(110)를 구성할 수 있다. 또한, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 각각의 단위셀(111)을 삼각도형 상에 배치시키고 이 삼각도형들이 조합되어 전체적으로 마름모 형태를 이루도록 하여 단위셀 어레이(110)를 구성할 수 있다. 또한, 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이 각각의 단위셀(111)을 사각도형 상에 배치시키고 이 사각도형들이 조합되어 전체적으로 사각형 형태를 이루도록 하여 단위셀 어레이(110)를 구성할 수 있다. 본 실시예에서는 단위셀 어레이(110)의 매트릭스 배열 구조로 상기와 같이 3가지 경우를 제안한다. 그러나, 매트릭스 배열 구조가 반드시 이에 한정될 필요는 없다.
한편, 도 3의 (d)에 도시된 바와 같이 단위셀 어레이(110)가 4개의 단위셀(111) 조합으로 이루어지는 경우, 단위셀 어레이(110)는 박막 필터(112)의 통과 파장 대역이 각각 1310nm, 1490nm, 1550nm, 1625nm인 단위셀(111)들로 이루어질 수 있다. 단위셀 어레이(110)에 구비되는 각 박막 필터(112)의 통과 파장 대역은 상기 수치에 한정되지 않는다. 도시되지 않았으나, 분석하고자 하는 파장의 개수가 달라지면 각 단위셀(111)의 개수도 달라지며, 이에 따라 단위셀 어레이(110)의 배열 구조도 달라짐은 물론이다. 예컨대, 8개의 파장을 분석하고자 하는 경우 8분원 형태로 각 단위셀(111)이 조합될 수 있다. 이때, 각 단위셀들끼리의 접합 중심점이 광원의 중심점이 되며, n개의 파장 입력시 실제 측정되는 검출값은 회로를 통해 보정을 취함으로써 광파워 등 광신호 특성을 분석할 수 있다.
한편, 단위셀(111)은 특정 컬러 파장 대역의 광을 선택적으로 통과시킬 수도 있다. 이 경우, 단위셀 어레이(110)가 박막 필터(112)의 통과 파장 대역이 각각 650nm~760nm, 490nm~570nm, 430nm~490nm인 3개의 단위셀(111) 조합으로 이루어질 수 있다.
이하에서는 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 광신호 모니터링 장치(100)의 내부 구성에 대해서 설명한다. 도 1에 따르면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광신호 모니터링 장치(100)는 단위셀 어레이(110), 아날로그/디지털 변환기(A/D converter)(120), 마이크로 컨트롤러(MCU; Micro Controller Unit)(130), 전원(140) 및 디스플레이부(150)를 포함한다.
단위셀 어레이(110)는 박막 필터(112)와 광 검출부(113)가 결합된 단위셀(111)들이 일정 기준에 따라 회로 기판(114) 상에 배열됨으로써 형성된다. 여기서, 일정 기준이라 함은 앞서 설명하였듯이 병렬적 배열 구조 또는 매트릭스 배열 구조로 정의할 수 있다. 각 단위셀(111)을 구성하는 박막 필터(112)들은 서로 다른 파장의 광신호를 필터링한다. 박막 필터(112)는 광신호가 입사되는 광 검출부(113)의 일표면 상에 부착되거나 코팅된다.
단위셀 어레이(110)는 광원으로부터 입사된 다파장 광신호를 파장별로 광전변환시켜 각기 다른 파장의 광신호에 따른 광전류를 생성한다. 예컨대, 광신호 모니터링 장치(100)가 광통신 시스템에 적용될 경우 이러한 단위셀 어레이(110)는 광섬유 어댑터(fiber adaptor)의 후방에 배치될 수 있다.
박막 필터(112)가 대역 통과 필터(BPF)로 구현됨은 이미 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시예에서 LPF(Low Pass Filter)와 HPF(High Pass Filter)를 이용하여 박막 필터(112)를 구현함도 가능하다. 예컨대, 1KHz ~ 2KHz 파장 대역만 통과시키는 박막 필터(112)를 구현하고자 한다면, LPF 차단 주파수를 2KHz로 설정하고 HPF 차단 주파수를 1KHz로 설정하면 된다.
광 검출부(113)는 포토 다이오드 뿐만 아니라 광전도 효과(photoconductance effect)를 이용하는 광전 변환 소자 또는 광기전 효과(photogalvanic effect)를 이용하는 광전 변환 소자로 구현하는 것도 가능하다.
반도체에 광을 조사시키면 진성 반도체의 경우 충만대에서 전도대로 여기된 전자가 이동해서 도전성을 높인다. 반면, 불순물 반도체 중에서 n형 반도체의 경우 도너(donar) 준위에서 전도대로 옮아간 전자가 도전성을 높여 주며, p형 반도체의 경우 충만대의 전자가 억셉터(acceptor) 준위로 옮겨진 다음에 생긴 정공이 도전성을 높여 준다. 이와 같은 현상을 광전도 효과라고 한다. 광전도 효과를 이용하는 광전 변환 소자로는 황화카드뮴(CdS)과 같은 광전도 소자가 있다.
한편, pn접합 반도체의 접합부에 광을 조사시키면 전자와 정공이 생긴다. 이때, 전기장이나 확산에 의해 전자가 이동하며, 이에 따라 p형이 양(+), n형이 음(-)이 되는 기전력이 발생된다. 이러한 현상을 광기전 효과라고 한다. 광기전 효과를 이용하는 광전 변환 소자로는 포토 트랜지스터(photo transistor)가 있다.
광 검출부(113)는 전하 결합 소자(CCD; Charge-Coupled Device)나 씨모스(CMOS)로 구현하는 것도 가능하다. 전하 결합 소자는 광 에너지를 전하(charge)로 변환하여 축적시키고, 변환된 전하를 전압으로 바꾸어 출력하는 소자를 말한다. 씨모스는 각 수광 소자에 CMOS 트랜지스터가 집적되어 있다. 씨모스는 각 수광 소자가 받는 광량을 직접 전하로 변환시키며, 판별기를 통해 각 수광 소자에 저장된 전하량을 측정하도록 한다.
아날로그/디지털 변환기(120)는 단위셀 어레이(110)의 출력 단자(115)들로부터 출력된 아날로그 전기 신호를 디지털 신호로 변환시키며, 디지털 신호를 마이크로 컨트롤러(130)로 입력시킨다.
마이크로 컨트롤러(130)는 아날로그/디지털 변환기(120)를 통해 단위셀 어레이(110)의 각 출력 단자(115)와 전기적으로 연결되며, 이를 통해 각 단위셀(111)에서 생성된 광전류를 모니터링한다. 마이크로 컨트롤러(130)는 적어도 하나의 입력 단자를 통해 단위셀 어레이(110)의 각 출력 단자(115)에 개별적으로 연결됨으로써 아날로그/디지털 변환기(120)에 입력된 광전류가 어느 단위셀(111)에서 생성된 것인지를 용이하게 판별할 수 있다. 즉, 마이크로 컨트롤러(130)는 광전류가 어떤 파장의 광신호 값인지를 판별할 수 있다. 마이크로 컨트롤러(130)는 각 출력 단자(115)로부터 입력된 광신호를 따로 모니터링함으로써 동시에 여러 파장의 광신호에 대해서 분석할 수 있다.
전원(140)은 광신호 모니터링 장치(100)가 원활하게 구동될 수 있도록 전원을 공급한다.
디스플레이부(150)는 마이크로 컨트롤러(130)와 전기적으로 연결되며, 광신호의 파장값, 광신호의 파워값, 광신호의 색온도값 등 광신호 특성 분석 결과를 출력한다. 디스플레이부(150)는 예컨대 도 4에 도시된 바와 같이 사용자가 육안으로 쉽게 확인 가능하도록 각 단위셀(111)별로 파장 대역과 광신호 특성 분석 결과를 조합하여 출력한다.
다음으로, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광신호 모니터링 장치(100)의 제조 방법에 대해서 설명한다. 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광신호 모니터링 장치의 제조 방법을 도시한 순서도이다. 이하 설명은 도 5를 참조한다.
먼저, 적어도 두개의 웨이퍼(wafer) 상에 동일한 사양(specification)을 가지는 광 검출부(113)들을 제조한다(S500). 이후, 각각의 웨이퍼 상에 형성된 광 검출부(113)들의 표면에 박막 필터(112)들을 코팅시킨다(S510). 본 발명의 실시예에서 박막 필터(112)들의 코팅은 웨이퍼 단위로 이루어짐이 바람직하다. 그 이유는 제조 공정 상의 편의성을 도모하기 위해서이다. 또한, 각각의 웨이퍼마다 동일한 파장의 광신호를 통과시키는 박막 필터(112)들을 코팅시킴이 바람직하다. 그 이유는 박막 필터(112)와 광 검출부(113)로 이루어진 단위셀(111)의 크기가 소형임을 감안할 때 단위셀(111)의 제조 과정이 편리해지기 때문이다.
S500 단계 ~ S510 단계를 거치면 웨이퍼 별로 서로 다른 파장의 광신호를 처리하는 단위셀(111)들이 제조된다. 예컨대, A 웨이퍼에는 1310nm 파장을 통과시키는 박막 필터(112)가 코팅된 단위셀(111) 수백~수천개가 만들어지고, B 웨이퍼에는 1490nm 파장을 통과시키는 박막 필터(112)가 코팅된 단위셀(111) 수백~수천개가 만들어진다.
박막 필터(112)의 코팅 방법으로는 유전체 코팅(dielectric coating), 이온 보조 증착(IAD; Ion Assisted Deposition), 폴리미드 코팅(polymid coating) 등이 이용될 수 있다. 여기에서, 유전체 코팅과 폴리미드 코팅은 각각 유전체 물질(dielectric material)과 폴리미드 물질을 코팅시키는 방법으로 정의할 수 있으며, 이온 보조 증착은 증착 중에 이온 빔을 조사하여 막의 성질을 개선시키는 방법으로 정의할 수 있다. 이온 보조 증착의 경우 흡착 수분이나 산화막 등을 제거시킴으로써 기판과 막의 접합력(adhesion)을 향상시킬 수 있으며, 이온 충돌로 필름의 밀도를 증가시킴으로써 증착된 필름의 경도(hardness)도 향상시킬 수 있다.
한편, 박막 필터(112)의 코팅 방법으로 물리 기상 증착(PVD; Physical Vapor Deposition), 화학 기상 증착(CVD; Chemical Vapor Deposition), 열 증착(thermal evaporation), 스퍼터링(sputtering) 등이 이용되는 것도 가능하다.
각각의 웨이퍼마다 박막 필터(112)의 코팅이 완료되면, 웨이퍼를 단위셀(111) 단위로 절단(sawing)시켜 독립된 단위셀(111)을 제조한다(S520). 이후, 서로 다른 파장의 광신호를 처리하는 단위셀(111)을 1개씩 취하여 회로 기판(114) 상에 배열시켜 단위셀 어레이(110)를 제조한다(S530). 단위셀 어레이(110)를 구성하는 단위셀(111)의 일실시예는 도 6과 같다. 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단위셀의 수직 단면도이다. 도 6에 따르면, 단위셀(111)은 박막 필터(TF)와 포토 다이오드(PD)로 이루어진다. 특히, 포토 다이오드(PD)는 광신호 검출 기능을 수행함을 고려하여 P-I-N 다이오드로 구현된다. 출력 단자를 구성하는 애노드 측(A; Anode)과 캐소드 측(C; Cathode)은 각각 P 영역과 N 영역에 밀접하여 형성된다.
다시 도 5를 참조하여 설명한다.
단위셀 어레이(110)가 제조되면, 회로 기판(114) 전면에 단위셀 어레이(110)를 부착시키고 회로 기판(114) 후면으로 출력 단자(115)를 인출시킨다(S540). 이후, 모든 출력 단자(115)들을 아날로그/디지털 변환기(120)에 전기적으로 연결시키고, 이 아날로그/디지털 변환기(120)를 마이크로 컨트롤러(130)에 전기적으로 연결시킨다. 이때, 전원(140)과 디스플레이부(150)도 마이크로 컨트롤러(130)에 전기적으로 연결시킨다. 이와 같은 전기적 연결 구성을 완료하면, 본 발명에 따른 광신호 모니터링 장치(100)가 완성된다(S550).
다음으로, 전술한 광신호 모니터링 장치(100)를 활용한 광원 분석 시스템에 대해서 설명한다. 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광원 분석 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 7에 따르면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광원 분석 시스템(700)은 광원 모니터링 장치(720) 및 광원 특성 분석 장치(710)를 포함한다.
광원 모니터링 장치(720)는 전술한 광신호 모니터링 장치(100)에 대응하는 개념으로, 본 실시예에서 광신호 모니터링 장치(100)와 동일한 구성을 가진다. 이러한 광원 모니터링 장치(720)는 백색 LED 분석에 활용될 수 있다.
광원 특성 분석 장치(710)는 파장별 광(ex. 1490nm 광) 또는 컬러별 광(ex. 적색광)가 가지는 광학적 특성을 분석하는 장치이다. 구체적으로, 광원 특성 분석 장치(710)는 파장별 광이 가지는 광학적 특성으로 광파워(photo current)를 분석하며, 컬러별 광이 가지는 광학적 특성으로 색온도(color temperature)를 분석한다. 광원 특성 분석 장치(710)가 분석하는 광학적 특성이 이에 한정되지 않음은 물론이다.
광원 특성 분석 장치(710)는 파장별 광마다의 광파워를 계산하는 광파워 계산부(711)와 색상별 광들 간의 색온도를 계산하는 색온도 측정부(712)를 포함하여 이루어진다. 이러한 광원 특성 분석 장치(710)는 예컨대 정보 처리 능력을 가진 컴퓨터(computer)로 구현될 수 있다.
광파워 계산부(711)는 광원 모니터링 장치(720)로부터 특정 파장의 광에 따른 광전류 값을 수신하면 이를 토대로 상기 광에 대한 광파워를 계산한다. 광파워 계산부(711)는 다음 수학식 1을 이용하여 광파워를 계산한다.
수학식 1
Figure PCTKR2009002162-appb-M000001
상기에서, Px는 특정 파장 광의 광파워 값[dBm], Iλx는 특정 파장 광의 광전류 값, Rx는 특정 파장 광에 대한 응답률(responsivity)이다.
이미 언급하였듯이, 광 검출부(113)는 포토 다이오드로써 구현될 수 있다. 광전 변환 기능을 수행하는 포토 다이오드는 수신 광을 선형 응답이 있는 전기적 신호로 변환시킨다. 포토 다이오드의 응답률은 광대역 주파수 응답을 나타내며 원하는 채널을 광 검지 후에 전기 필터에 의해 분리한다. Rx는 이러한 과정으로부터 얻을 수 있다.
광신호 모니터링 장치(100)가 다파장의 광원으로부터 특정 파장을 가지는 광을 선택하면, 광파워 계산부(711)는 선택된 광에 대한 광파워를 계산한다. 본 발명에 따른 광원 분석 시스템(700)은 이러한 과정에 따라 다파장 광원으로부터 선택한 다수개의 광에 대해 광파장과 광파워를 동시에 얻을 수 있다.
색온도 측정부(712)는 광파워가 계산된 광에 대해서 색온도를 측정한다. 종래 일반적인 색온도 측정 장치는 수신 광의 전체 파장 영역을 관망하면서 수신 광의 전체 파장 영역에 대해 정확한 색온도 수치를 얻고자 하는 것이 그 목적이었다. 따라서, 종래 색온도 측정 장치는 대형이면서 고가인 것이 일반이었다. 그러나, 백색 LED(white LED)를 생산하는 업체마다 R(Red)·G(Green)·B(Blue)가 다르고 강도(intensity)도 다른 문제점이 있다. 따라서, 본 발명에서는 색온도 측정부(712)가 동일 색상을 가지는 광들 중에서 광전류가 최대값인 광에 대해서만 색온도를 측정한다.
색온도 측정부(712)가 동일 색상을 가지는 광들 중에서 광전류가 최대인 광에 대해서만 색온도를 측정한다면 R·G·B를 적절하게 조절할 수 있어 컬러별 광신호에 대한 강도 조절이 가능해지며, 피드백(feedback) 제어를 통해 원하는 컬러 광을 발생시키는 백색 LED의 제조가 가능하게 된다.
이하에서는 색온도 측정부(712)의 색온도 측정 방법을 설명한다.
입사되는 모든 전자기파를 흡수하는 물체를 흑체라고 한다. 이상적인 완전 흑체가 방출하는 빛의 색과 흑체의 온도와의 관계는 플랑크의 복사 법칙을 따르게 되므로, 흑체가 방출하는 빛의 색을 알면 그 흑체의 온도를 알 수 있다. 색온도는 이러한 흑체의 성질을 이용하여 광원의 빛을 수치적으로 표시한 것이다. 물체가 가시광선을 내며 빛나고 있을 때에 그 색이 어떤 온도의 흑체가 복사하는 색과 동일할 경우 그 흑체의 온도와 물체의 온도는 같다고 볼 수 있다. 이때의 온도가 물체의 색온도이다.
광원 모니터링 장치(100)는 서로 다른 색상을 가지는 광들을 통과시키는 단위셀들을 조합하여 단위셀 어레이를 구성한다. 따라서, 광원 모니터링 장치(100)는 동일 색상을 가지는 광들에 대해서 광전류 값을 생성한 다음, 생성된 광전류 값을 파장 값과 함께 광원 특성 분석 장치(710)에 제공한다.
색온도 측정부(712)는 동일 색상을 가지는 광들에 대한 파장 값과 광전류 값을 수집하며, 광전류 값으로부터 동일 색상을 가지는 광들 각각의 강도(intensity)를 파악한다. 강도는 광전류 값에 비례하므로 광전류 값이 클수록 강도가 큼을 확인할 수 있다.
색온도 측정부(712)는 동일 색상을 가지는 모든 광에 대해서 색온도를 측정하지 않는다. 크기를 축소시킬 수 있고 효율성을 제고시키기 위해 색온도 측정부(712)는 동일 색상을 가지는 광들 중에서 일부 광을 선택하여 선택된 광에 대해서만 색온도를 측정한다. 바람직하게는, 색온도 측정부(712)는 광전류 값이 최대인 광에 한정하여 색온도를 측정한다. 색온도 측정부(712)가 이와 같이 색온도를 측정한다면 서로 다른 색상을 가지는 광들 간 강도의 배합 비율을 편리하게 조정할 수가 있으며, 이러한 조정에 따라 백색 LED를 규격화시킬 수 있고 목적하는 흰 빛을 쉽게 발생시킬 수가 있다.
단위셀 어레이가 R·G·B에 대한 단위셀들로 구성된 경우, 색온도 측정부(712)는 색온도를 측정할 때에 기준 백색의 적색광 값, 녹색광 값 및 청색광 값을 산출한다. 여기서, 적색광 값, 녹색광 값, 청색광 값 등은 명도 레벨로써 구할 수 있다. 이후, 색온도 측정부(712)는 기준 백색의 적색광 값, 녹색광 값, 청색광 값 등을 CIE(Commission Internationale de L'Eclairage) 색도 좌표계의 색도 좌표값으로 변환한다. 이후, 색온도 측정부(712)는 변환된 색도 좌표값을 이용하여 광원의 색온도를 산출한다.
본 발명의 실시예에서 색온도 계산 방법은 반드시 상기한 내용에 한정되지 않는다. 색온도 계산 방법은 국내적으로 또는 국제적으로 공지된 방법이라면 모두 적용 가능하다.
광원 특성 분석 장치(710)는 통신부(714), 전원부(715) 및 제어부(716)를 더욱 포함한다. 통신부(714)는 광원 모니터링 장치(100)와 광원 특성 분석 장치(710) 간의 데이터 송수신 기능을 담당한다. 전원부(715)는 광원 특성 분석 장치(710)가 원활하게 구동될 수 있도록 전원을 공급하는 기능을 담당한다. 제어부(716)는 광원 특성 분석 장치(710)의 전체 작동을 제어하는 기능을 담당한다.
광원 특성 분석 장치(710)는 피드백 정보 산출부(717)를 더욱 포함할 수 있다. 피드백 정보 산출부(717)는 색온도를 이용하여 컬러별 광신호에 대한 강도 조절을 위한 피드백 정보를 산출하는 기능을 수행한다. 피드백 정보 산출부(717)는 이러한 기능을 수행함으로써 박막 필터가 통과시키는 광의 파장 범위나 면적을 조절할 수 있게 한다. 또한, 피드백 정보 산출부(717)는 백색 LED가 구현하는 R(Red)G(Green)B(Blue)의 연색성(color rendering) 지수가 사용 환경에 최적이 되도록 한다. 예컨대, 주택, 호텔, 레스토랑 등에서는 연색성 지수가 85 이상이 되도록 할 수 있으며, 학교, 백화점, 사무실 등에서는 연색성 지수가 70 ~ 85가 되도록 할 수 있다. 궁극적으로, 피드백 정보 산출부(717)는 원하는 타입의 컬러 광을 발생시키는 백색 LED의 제조를 실현시킬 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 광원 분석 시스템(700)의 광 특성 분석 방법에 대해 설명한다. 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광 특성 분석 방법을 도시한 순서도이다. 이하 설명은 도 8을 참조한다.
먼저, 광원으로부터 출력된 다파장 광을 단위셀 어레이(110)의 각 박막 필터(112)에 통과시킨다(S800). 본 실시예에서 박막 필터(112)는 지정된 파장의 광(ex. 1490nm 광)만 통과시키거나 소정 범위 파장의 광(ex. 610nm~700nm 광)을 선택적으로 통과시킨다. 이후, 각 박막 필터(112)에 연결된 광 검출부(113)가 입력된 광을 전기적 신호로 변환시킨다. 광 검출부(721)의 광전 변환 기능을 통해 생성되는 것은 광전류이며, 광 검출부(721)는 출력 단자(115)를 통해 광전류를 아날로그/디지털 변환기(120)로 전송시킨다(S810).
이후, 아날로그/디지털 변환기(120)는 수신된 전기적 신호를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환시킨다. 이후, 마이크로 컨트롤러(130)는 변환된 신호에 대한 파장값을 결정한다(S820). 마이크로 컨트롤러(130)는 단위셀(111) 별로 광전류를 모니터링한다. 따라서, 마이크로 컨트롤러(130)는 광전류를 독립적으로 검출함으로써 어느 파장 대역의 박막 필터(112)를 통과한 것인지를 판별할 수 있다. 이후, 마이크로 컨트롤러(130)는 송수신부(미도시)를 통해 디지털 신호를 광원 특성 분석 장치(700)로 전송시키며, 광원 특성 분석 장치(710)는 통신부(714)를 통해 이 신호를 수신한다.
이후, 광원 특성 분석 장치(710)는 광파워 계산부(711), 색온도 측정부(712), 광강도 계산부(713) 등을 통하여 광의 광학적 특성값을 산출한다(S830). S830 단계에서 광파워 계산부(711)는 수신된 광에 대한 광전류 값을 고려하여 광의 광파워 값을 계산한다. 또한, S830 단계에서 색온도 측정부(712)는 광파워 값이 산출된 광의 색온도를 측정한다.
이후, 광원 특성 분석 장치(710)는 산출된 광학적 특성값을 광신호 모니터링 장치(100)에 제공함으로써 사용자가 디스플레이부(150)를 통해 육안으로 확인할 수 있게 한다(S840).
한편, 광원 특성 분석 장치(710)의 피드백 정보 산출부(717)는 컬러별 광에 대한 강도 조절을 위한 피드백 정보를 산출하며, 이 피드백 정보도 사용자에 제공할 수 있다.
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.
본 발명은 다파장 광신호로부터 원하는 파장을 가지는 광신호만 선택하여 모니터링하며, 광원의 광학적 특성값을 파장 특성과 동시에 측정하는 광신호 모니터링 장치와 그 제조 방법, 및 광원 분석 시스템과 그 방법을 개시한다.
본 발명에 따른 광신호 모니터링 장치는 다파장 광신호로부터 원하는 파장을 가지는 광신호만 선택하여 모니터링하는 장치로서, 박막 필터와 광 검출기로 이루어진 단위셀을 배열한 구조로 소형화할 수 있고, 보다 저렴한 비용으로 제조할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 광원 분석 시스템은 백색 LED를 규격화시키기 위한 광원의 광학적 특성값을 파장 특성과 함께 동시에 측정하는 장치로서, 여러 파장이 입력되더라도 각 파장에 대한 광학적 특성값과 파장 특성을 동시에 분석할 수 있다.
본 발명에 따른 광신호 모니터링 장치는 FTTH와 같은 광통신 시스템에 적용되어 광신호의 파장을 자동적으로 인식하고 광파워를 분석하는 데에 유용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 광원 분석 시스템은 컬러별로 광강도 조절을 위한 피드백(feedback) 제어로부터 목적하는 컬러광을 발생시키는 백색 LED를 용이하게 제조할 수 있으며, 천연색을 표현할 수 있는 디스플레이 양산에 적용 가능하다.

Claims (21)

  1. 광신호를 모니터링하는 장치로서,
    상기 광신호로부터 서로 다른 파장 기준에 해당하는 광신호만 선택하여 광전류를 획득하는 단위셀들끼리 미리 정해진 배열 기준에 따라 정렬된 단위셀 어레이
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호 모니터링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단위셀은,
    상기 광신호로부터 미리 정해진 파장 기준에 해당하는 광신호만을 통과시키는 박막 필터; 및
    상기 박막 필터가 표면에 부착되며, 상기 박막 필터를 통과한 광신호로부터 상기 광전류를 생성시키는 광 검출부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호 모니터링 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 단위셀 어레이는 상기 배열 기준으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하면서 순차적으로 배열시키는 매트릭스 배열 구조에 따라 상기 단위셀들을 정렬시키는 것을 특징으로 하는 광신호 모니터링 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 단위셀은 상기 파장 기준으로 단일 파장 대역 또는 미리 정해진 범위의 파장 대역에 해당하는 광신호만 선택하는 것을 특징으로 하는 광신호 모니터링 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 단위셀로부터 상기 광전류를 수신하면 상기 단위셀을 통과한 광신호의 파장을 결정하는 마이크로 컨트롤러; 및
    상기 광신호의 파장과 광전류로부터 산출된 상기 광신호의 광학적 특성값을 수신하면 상기 단위셀 별로 구분하여 상기 수신한 광학적 특성값을 표시하는 디스플레이부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호 모니터링 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 박막 필터는 대역 통과 필터, 또는 로우 패스 필터와 하이 패스 필터를 조합시켜 구현한 대역 통과 필터를 포함하며,
    상기 광 검출부는 광전도 효과(photoconductance effect)를 이용하는 광전 변환 소자 또는 광기전 효과(photogalvanic effect)를 이용하는 광전 변환 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호 모니터링 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광신호 모니터링 장치는 상기 단위셀 어레이가 부착된 회로 기판의 일면으로부터 접속로를 통해 상기 회로 기판의 타면으로 상기 단위셀 어레이에 포함되는 각 단위셀에 연결되는 출력 단자들을 형성시키는 것을 특징으로 하는 광신호 모니터링 장치.
  8. (a) 웨이퍼 위에 광신호를 광전변환시키는 광 검출부들을 형성시키는 단계;
    (b) 동일한 파장 기준에 해당하는 광신호를 통과시키는 박막 필터들을 상기 광 검출부들의 표면에 각각 코팅시키는 단계;
    (c) 웨이퍼마다 서로 다른 파장 기준에 해당하는 광신호를 통과시키는 박막 필터들을 적용시키며, 적어도 두개의 웨이퍼 위에 상기 박막 필터와 상기 광 검출부로 이루어진 단위셀들을 제조시키는 단계;
    (d) 회로 기판에 각기 다른 웨이퍼로부터 제조된 상기 단위셀들을 미리 정해진 배열 기준에 따라 정렬시켜 단위셀 어레이를 제조시키는 단계; 및
    (e) 상기 제조된 단위셀 어레이를 마이크로 컨트롤러(MCU) 및 디스플레이부와 전기적으로 연결시켜 광신호를 모니터링하는 광신호 모니터링 장치를 제조하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호 모니터링 장치의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 상기 박막 필터들을 상기 광 검출부들의 표면에 코팅시킬 때에 유전체 코팅(dielectric coating), 이온 보조 증착(IAD; Ion Assisted Deposition), 폴리미드 코팅(polymid coating), 물리 기상 증착(PVD), 화학 기상 증착(CVD), 열 증착(thermal evaporation), 및 스퍼터링(sputtering) 중 적어도 하나의 방법을 이용하는 것을 특징으로 하는 광신호 모니터링 장치의 제조 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는 상기 단위셀들을 제조시킬 때에 상기 웨이퍼를 상기 단위셀 단위로 쏘잉(sawing)시켜 하나의 상기 박막 필터와 하나의 상기 광 검출부를 포함하도록 각기 독립된 상기 단위셀들을 제조시키며,
    상기 (d) 단계와 상기 (e) 단계의 중간 단계는 (d') 상기 단위셀 어레이가 상기 회로 기판 전면에 부착되면 상기 단위셀 어레이에 포함되는 각 단위셀에 연결되는 출력 단자들을 상기 회로 기판 후면으로 인출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호 모니터링 장치의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 (d') 단계는 상기 단위셀 어레이를 제조시킬 때에 상기 배열 기준으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하면서 순차적으로 배열시키는 매트릭스 배열 구조에 따라 상기 단위셀들을 정렬시켜 상기 단위셀 어레이를 제조시키는 것을 특징으로 하는 광신호 모니터링 장치.
  12. 광을 모니터링하는 장치로서, 상기 광으로부터 서로 다른 파장 기준에 해당하는 광만 선택하여 광전류를 획득하는 단위셀들끼리 미리 정해진 배열 기준에 따라 정렬된 단위셀 어레이를 포함하는 광원 모니터링 장치; 및
    상기 광원 모니터링 장치로부터 상기 광의 파장과 광전류를 수신하며, 상기 수신된 광의 파장과 광전류를 기반으로 상기 광의 광학적 특성값을 산출하는 광원 특성 분석 장치
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 분석 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 광원 특성 분석 장치는 상기 광학적 특성값으로 단일 파장별 광이 가지는 광학적 특성값 또는 단일 컬러별 광이 가지는 광학적 특성값을 산출하는 것을 특징으로 하는 광원 분석 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 광원 특성 분석 장치는,
    상기 단일 파장별 광이 가지는 광학적 특성값으로 상기 광전류를 고려한 광파워를 계산하는 광파워 계산부; 및
    상기 단일 컬러별 광이 가지는 광학적 특성값으로 상기 광전류를 고려한 색온도를 측정하는 색온도 측정부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 분석 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 광원 특성 분석 장치는 상기 계산된 색온도를 토대로 상기 단일 컬러별 광에 대한 강도 조절을 위한 피드백 정보를 산출하는 피드백 정보 산출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 분석 시스템.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 광원 모니터링 장치는 상기 단위셀 어레이에 구비되는 상기 단위셀로 상기 광으로부터 미리 정해진 파장 기준에 해당하는 광만을 통과시키는 박막 필터, 및 상기 박막 필터가 표면에 부착되며 상기 박막 필터를 통과한 광으로부터 상기 광전류를 생성시키는 광 검출부를 포함하는 상기 단위셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 분석 시스템.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 단위셀 어레이는 상기 배열 기준으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하면서 순차적으로 배열시키는 매트릭스 배열 구조에 따라 상기 단위셀들을 정렬시키는 것을 특징으로 하는 광원 분석 시스템.
  18. (a) 다파장 광으로부터 미리 정해진 파장 기준에 해당하는 광만을 선택하며, 상기 선택된 광으로부터 광전류를 생성하는 단계;
    (b) 상기 생성된 광전류를 수신하면 상기 선택된 광의 파장을 결정하는 단계; 및
    (c) 상기 선택된 광의 파장과 광전류를 수신하면 상기 수신된 광의 파장과 광전류를 기반으로 상기 선택된 광의 광학적 특성값을 산출하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 특성값 산출 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는 상기 광학적 특성값으로 단일 파장별 광이 가지는 광학적 특성값 또는 단일 컬러별 광이 가지는 광학적 특성값을 산출하는 것을 특징으로 하는 광 특성값 산출 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는 상기 단일 파장별 광이 가지는 광학적 특성값으로서 상기 광전류를 고려한 광파워, 또는 상기 단일 컬러별 광이 가지는 광학적 특성값으로서 상기 광전류를 고려한 색온도를 포함하는 상기 광학적 특성값을 산출하는 것을 특징으로 하는 광 특성값 산출 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 색온도를 토대로 상기 단일 컬러별 광에 대한 강도 조절을 위한 피드백 정보를 산출하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 특성값 산출 방법.
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