KR20220092141A - 열형 적외선 검출 장치 - Google Patents

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김진명
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Abstract

실시 예는 열형 적외선 검출 장치에 관한 것으로, 일 실시 예에 따른 열형 적외선 검출 장치는 복수의 행 방향과 복수의 열 방향으로 배치된 복수의 저항형 적외선 소자들을 포함하는 열형 적외선 센서 어레이 및 열형 적외선 센서 어레이를 구동하는 구동회로를 포함하고, 소정의 방향으로 인접한 적어도 2개의 저항형 적외선 소자들이 그룹화되고, 그룹화된 적어도 2개의 그룹에는 적어도 하나의 저항형 적외선 소자가 공유되고, 각각의 그룹에 포함된 적어도 2개의 저항형 적외선 소자가 직렬 연결된다.

Description

열형 적외선 검출 장치{Thermal infrared detector}
실시 예는 열형 적외선 검출 장치에 관한 것이다.
열형 적외선 소자(thermal infrared device)는 측정 대상이 방출하는 원적외선(long-wave infrared; LWIR) 에너지를 흡수해 소자 내에서 발생하는 열을 전기적 신호로 변환한다. 열화상 카메라(thermal imaging camera)나 써모그래피(thermography)는 2차원 배열 형태로 구성된 다수의 열형 적외선 소자들의 신호로부터 열화상으로 변환하여 측정 물체나 장면 전체의 온도 차이를 눈으로 볼 수 있게 한다. 상온에서 동작되는 대표적인 열형 적외선 검출 소자로는 볼로미터형 (bolometric), 열전대형 (thermopiles), 그리고 초전형 (pyroelectric)이 있다. 이들은 극저온의 냉각장치가 필요하지 않아 다양한 소형 또는 휴대형 응용에 사용되고 있다.
실시 예들의 기술적 과제는 열형 적외선 검출 장치, 열형 적외선 센서 어레이 및 이의 구동방법을 제공하는 데 있다. 본 실시 예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 실시 예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한, 일 실시 예에 따른 열형 적외선 검출 장치는 복수의 행 방향과 복수의 열 방향으로 배치된 복수의 저항형 적외선 소자들을 포함하는 열형 적외선 센서 어레이; 및 상기 열형 적외선 센서 어레이를 구동하는 구동회로를 포함하고,
상기 열형 적외선 센서 어레이는, 소정의 방향으로 인접한 적어도 2개의 저항형 적외선 소자들이 그룹화되고,
상기 그룹화된 적어도 2개의 그룹에는 적어도 하나의 저항형 적외선 소자가 공유되고,
상기 각각의 그룹에 포함된 적어도 2개의 저항형 적외선 소자가 직렬 연결된 것을 특징으로 한다.
상기 열형 적외선 검출 장치는 상기 각각의 그룹에 포함된 적어도 2개의 저항형 적외선 소자 사이에 접속된 연결 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 복수의 행은 M, 상기 복수의 열은 N이고, 상기 M 및 N은 3 이상의 자연수인 것을 특징으로 한다.
상기 복수의 저항형 적외선 소자들 각각을 포함하는 하나의 픽셀은, 일단은 행 방향 라인에 접속되고, 타단은 상기 저항형 적외선 소자의 일단에 접속된 제1 스위치; 및 일단은 열 방향 라인에 접속되고, 타단은 상기 저항형 적외선 소자의 타단에 접속된 제2 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 복수의 저항형 적외선 소자들 각각을 포함하는 하나의 픽셀은, 행 방향 라인으로부터 행 선택 신호에 따라 스위칭되고, 일단은 상기 저항형 적외선 소자의 일단에 접속되고, 타단은 열 방향 라인에 접속된 제1 스위치; 및 일단은 상기 저항형 적외선 소자의 타단에 접속되고, 타단은 접지된 제2 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 구동회로는, 상기 복수의 행 방향과 복수의 열 방향으로 배치된 복수의 픽셀들 중 이웃하는 픽셀들로 구성된 일정 형태의 픽셀 묶음들을 순차적으로 구동하고, 상기 연결 스위치를 턴온시켜 각 필셀 묶음 내 상기 적어도 2개의 저항형 적외선 소자들의 직렬 저항을 측정하는 것을 특징으로 한다.
상기 구동회로는, 상기 연결 스위치를 턴온시키는 연결 신호를 출력하고,
상기 복수의 행 방향 중 제1 행을 선택하는 제1 행 선택 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
상기 구동회로는, 상기 제1 행의 제1 저항형 적외선 소자와 그룹화된 제2 행의 제1 저항형 소자를 직렬 연결하는 상기 연결 스위치를 턴온시키는 연결 신호를 출력하고, 상기 복수의 행 방향 중 제1 행의 제1 저항형 적외선 소자를 선택하는 제1 행 선택 신호를 출력하고, 상기 제1 행 선택 신호에 따라 상기 제1 행의 제1 저항형 소자의 일단에 접속된 상기 제1 스위치가 턴온되고, 상기 복수의 열 방향 중 제1 열을 선택하는 제1 열 선택 신호를 출력하고, 상기 제1 열 선택 신호에 따라 상기 제2 행의 제1 저항형 적외선 소자의 타단에 접속된 상기 제2 스위치가 턴온되는 것을 특징으로 한다.
상기 구동회로는, 상기 제1 행의 제2 저항형 적외선 소자와 그룹화된 제2 행의 제2 저항형 소자를 직렬 연결하는 상기 연결 스위치를 턴온시키는 연결 신호를 출력하고, 상기 복수의 행 방향 중 제1 행의 제2 저항형 적외선 소자를 선택하는 제1 행 선택 신호를 출력하고, 상기 제1 행 선택 신호에 따라 상기 제1 행의 제2 저항형 적외선 소자의 일단에 접속된 상기 제1 스위치가 턴온되고, 상기 복수의 열 방향 중 제2 열을 선택하는 제2 열 선택 신호를 출력하고, 상기 제2 열 선택 신호에 따라 상기 제2 행의 제2 저항형 적외선 소자의 타단에 접속된 상기 제2 스위치가 턴온되는 것을 특징으로 한다.
상기 구동회로는, 상기 제1 행의 제1 저항형 적외선 소자와 그룹화된 상기 제1 행의 제2 저항형 적외선 소자를 직렬 연결하는 상기 연결 스위치를 턴온시키는 연결 신호를 출력하고, 상기 복수의 행 방향 중 제1 행의 제1 저항형 적외선 소자를 선택하는 제1 행 선택 신호를 출력하고, 상기 제1 행 선택 신호에 따라 상기 제1 행의 저항형 적외선 소자의 일단에 접속된 상기 제1 스위치가 턴온되고, 상기 복수의 열 방향 중 상기 제2 열을 선택하는 제2 열 선택 신호를 출력하고, 상기 제2 열 선택 신호에 따라 상기 제1 행의 제2 저항형 적외선 소자의 타단에 접속된 상기 제2 스위치가 턴온되는 것을 특징으로 한다.
상기 구동회로는, 상기 제1 행의 제2 저항형 적외선 소자와 그룹화된 상기 제1 행의 제3 저항형 적외선 소자를 직렬 연결하는 상기 연결 스위치를 턴온시키는 연결 신호를 출력하고, 상기 복수의 행 방향 중 상기 제1 행의 제2 저항형 적외선 소자를 선택하는 제1 행 선택 신호를 출력하고, 상기 제1 행 선택 신호에 따라 상기 제1 행의 제2 저항형 적외선 소자의 일단에 접속된 상기 제1 스위치가 턴온되고, 상기 복수의 열 방향 중 상기 제3 열을 선택하는 제3 열 선택 신호를 출력하고, 상기 제3 열 선택 신호에 따라 상기 제1 행의 제3 저항형 적외선 소자의 타단에 접속된 상기 제2 스위치가 턴온되는 것을 특징으로 한다.
상기 저항형 적외선 소자는, 볼로미터인 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한, 다른 실시 예에 따른 열형 적외선 센서 어레이는 M 개의 행 전극들과 N 개의 열 전극들(M과 N은 3이상의 자연수)과 접속된 복수의 저항형 적외선 소자들; 상기 복수의 저항형 적외선 소자들 각각의 일단과 각각의 해당 행 전극 라인 사이에 접속된 복수의 제1 스위치; 상기 복수의 저항형 적외선 소자들 각각의 타단과 각각의 해당 열 전극 라인 사이에 접속된 복수의 제2 스위치; 및 행 방향 또는 열 방향으로 인접한 적어도 2개의 저항형 적외선 소자들을 그룹화하기 위해, 상기 복수의 저항형 적외선 소자들 사이를 직렬 연결시키는 복수의 연결 스위치를 포함한다.
상기 그룹화된 적어도 2개의 그룹 각각에는 적어도 하나의 저항형 적외선 소자가 공유되는 것을 특징으로 한다.
상기 복수의 연결 스위치 각각은, 저항형 적외선 소자, 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하는 제1 픽셀 또는 상기 제1 픽셀과 상기 행 방향 또는 열 방향으로 인접하여 그룹화된 제2 픽셀에 배치된 것을 특징으로 한다.
상기 저항형 적외선 소자는, 볼로미터인 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한, 또 다른 실시 예에 따른 열형 적외선 센서 어레이의 구동 방법으로서, 연결 신호에 따라 제m 행의 저항형 적외선 소자와 그룹화된 제m+1 행의 저항형 적외선 소자 사이에 연결 스위치가 턴온되는 단계; 상기 제m 행 선택 신호에 따라 상기 제m 행의 제n 열 저항형 적외선 소자의 일단에 접속된 상기 제1 스위치가 턴 온되는 단계; 제n 열 선택 신호에 따라 상기 제m+1 행의 제n 열 저항형 적외선 소자의 타단에 접속된 상기 제2 스위치가 턴 온되는 단계; 및 상기 제m 행의 제n의 저항형 적외선 소자와 상기 제m 행의 제n+1 저항형 소자의 직렬 저항을 측정하는 단계 - 상기 m은 M보다 작은 자연수이고, 상기 n은 N보다 작은 자연수임 - 를 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한, 또 다른 실시 예에 따른 열형 적외선 센서 어레이의 구동 방법으로서, 연결 신호에 따라 제m 행의 제n 열의 저항형 적외선 소자와 그룹화된 제m 행의 제n+1 열의 저항형 적외선 소자 사이에 연결 스위치가 턴 온되는 단계; 제m 행 선택 신호에 따라 상기 제m 행의 제n 열 저항형 적외선 소자의 일단에 접속된 상기 제1 스위치가 턴 온되는 단계; n+1열 선택 신호에 따라 상기 제m 행의 제n+1 열 저항형 적외선 소자의 일단에 접속된 상기 제2 스위치가 턴 온되는 단계; 상기 제m 행의 제n 열의 저항형 적외선 소자와 상기 제m 행의 제n+1 열 저항형 소자의 직렬 저항을 측정하는 단계 - 상기 m은 M보다 작은 자연수이고, 상기 n은 N보다 작은 자연수임 - 를 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한, 또 다른 실시 예에 따른 또 다른 실시 예에 따른 열형 적외선 센서 어레이의 구동 방법은 제m 행 선택 신호에 따라 상기 제m 행의 제n 저항형 적외선 소자의 일단에 접속된 상기 제1 스위치가 턴 온되는 단계; 연결 신호에 따라 상기 제m 행에서 제m+P-1 행까지 포함되고 제n 열에서 제n+Q-1 열까지 포함되는 P x Q 개의 저항형 적외선 소자들이 전기적으로 직렬 연결되도록 저항형 적외선 소자들 사이에 연결된 스위치가 선택적으로 턴온되는 단계; 제n+Q-1 열 선택 신호에 따라 상기 제n+Q-1 열의 제m 행에서 제m+P-1행에 속하는 저항형 적외선 소자들 중 하나의 저항형 적외선 소자의 타단에 접속된 상기 제2 스위치가 턴 온되는 단계; 및 상기 P x Q 개의 저항형 적외선 소자들의 직렬 저항을 측정하는 단계를 포함하고,
상기 m은 M보다 작은 자연수이고, 상기 n은 N보다 작은 자연수이고,
상기 P는 M보다 작은 자연수이고, 상기 Q는 N보다 작은 자연수이고, 상기 P 및 Q은 모두 1이 아닌 것을 특징으로 한다.
실시 예에 따른 열형 적외선 검출 장치는 이웃하는 여러 픽셀이 전기적으로 연결되어 동작함으로써 유효 면적이 커진 만큼 원적외선 복사 에너지 흡수량을 키울 수 있다.
또한, 여러 픽셀 내 볼로미터 저항들을 직렬 연결하여 하나의 저항으로 동작함으로써 온도 변화에 따른 저항 변화량이 커지므로, 출력 신호가 커져서 감도와 SNR이 좋아지고, 최소온도분해능(NETD)이 더 작아질 수 있다.
또한, 이웃하는 여러 픽셀이 전기적으로 연결된 픽셀 묶음 영역이 한 개의 픽셀 단위로 이동 선택되도록 하여 픽셀 간격과 같은 해상도를 가질 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 열형 적외선 검출 장치(100)의 개략도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 픽셀 그룹화의 개념 도이다.
도 3은 다른 실시 예에 따른 픽셀 그룹화의 신호 검출의 회로 도이다.
도 4는 도 1에 도시된 적외선 저항형 소자를 포함한 픽셀의 개략 도이다.
도 5는 또 다른 실시 예에 따른 2×1 그룹 구동을 위한 픽셀 회로 도이다.
도 6은 또 다른 실시 예에 따른 2×1 그룹 구동을 위한 픽셀 회로 도이다.
도 7은 도 5에 도시된 픽셀의 신호 검출의 회로 도이다.
도 8은 또 다른 실시 예에 따른 1×2 그룹 구동을 위한 픽셀 회로 도이다.
도 9는 도 8에 도시된 픽셀의 신호 검출의 회로 도이다.
도 10은 또 다른 실시 예에 따른 m × n 그룹 구동을 위한 픽셀 회로 도이다.
도 11은 도 10에 도시된 픽셀의 신호 검출의 회로 도이다.
도 12는 또 다른 실시 예에 따른 열형 적외선 센서 어레이의 구동 방법을 설명하기 위한 흐름 도이다.
도 13은 또 다른 실시 예에 따른 열형 적외선 센서 어레이의 구동 방법을 설명하기 위한 흐름 도이다.
도 14는 또 다른 실시 예에 따른 열형 적외선 센서 어레이의 구동 방법을 설명하기 위한 타이밍 도면이다.
도 15는 또 다른 실시 예에 따른 픽셀 회로 도이다.
실시예에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 명세서에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
실시예에서 사용되는 "제 1" 또는 "제 2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용할 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
실시예에서 사용되는 용어는 실시 예를 한정하려는 의도로 사용되는 것이 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수를 뜻하지 않는 한, 복수의 의미를 포함한다. 또한, 실시예에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
실시 예와 관련하여 기재된, 특히 특허청구범위에서 사용된 "상기" 및 이와 유사한 지시어는 단수 및 복수 모두를 지시하는 것일 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 방법을 설명하는 단계들의 순서를 명백하게 지정하는 기재가 없다면, 기재된 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 기재된 단계들의 기재 순서에 따라 실시 예가 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 설명된 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들의 일부 또는 전부는, 특정 기능들을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시 예와 관련된 기능 블록들은 하나 이상의 마이크로프로세서들에 의해 구현되거나, 소정의 기능을 위한 회로 구성들에 의해 구현될 수 있다. 또한, 기능 블록들은 다양한 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 나아가서, 기능 블록들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 실시 예는 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다.
한편, 도면들에 도시된 구성 요소들 간의 연결 선 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것일 뿐이다. 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가된 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들에 의해 구성 요소들 간의 연결이 나타내어질 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 실시 예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 실시 예는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 예에 한정되지 않는다.
실시 예에서, 열형 적외선 검출장치는 열화상 시스템의 판독회로 IC와 신호 검출 제어회로에 적용 가능하다.
실시 예에서, 열형 적외선 센서 어레이는 복수의 열형 적외선 소자들이 2차원 배열 형태로 구성된 것을 의미하며, 복수의 열형 적외선 소자로부터의 출력 신호를 열화상으로 변환하여 측정 물체나 장면 전체의 온도 차이를 디스플레이한다.
실시 예에서, 열형 적외선 소자는 볼로미터(bolometric)형 저항성 소자인 것으로 설명하지만, 이에 한정되지 않고, 열전대형(thermopiles), 초전형 (pyroelectric)에도 동일하게 적용할 수 있음은 물론이다.
실시 예에서, 그룹 또는 묶음은 센서 어레이에 배열된 복수의 소자들을 행 방향 및/또는 열 방향으로 합치는 것을 의미한다.
실시 예에서, 픽셀 또는 화소는 픽셀 어레이에 구현된 하나의 소자를 의미하며, 하나의 픽셀 또는 화소는 열형 적외선 소자, 행 선택 스위치, 열 선택 스위치 등을 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 열형 적외선 검출 장치(100)의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 열형 적외선 검출 장치(100)는 픽셀 어레이(110)와 구동회로(120)를 포함한다.
열형 적외선 검출 장치(100)는 비냉각형 열화상 카메라로 구현할 수 있다. 도 1에 도시되지는 않았지만, 비냉각형 열화상 카메라는 광학계, 초점면 어레이(focal plane array), 신호처리부, 신호제어부, 온도안정화부, 디스플레이부로 구성된다. 광학계에서는 적외선 렌즈들을 통해 물체나 장면에서 방사되는 적외선을 초점면 배열에 투영시킨다. 초점면 어레이에 투영된 적외선 방사 에너지는 초점면 배열 센서와 신호처리부에서 전기적 신호로 변환된 후 아날로그-디지털 변환을 거쳐 디지털 신호로 변화된다. 주위 대기로의 열전도를 최소화하기 위해 진공 패키징 내에 초점면 어레이를 배치하고 적외선 윈도우를 초점면 어레이 앞에 배치할 수 있다. 디지털 신호로 변환된 데이터는 신호처리부에서 오프셋 보정, 증폭 보정 및 기타 신호 처리를 거친 후 디스플레이부에서 영상 데이터로 변환되어 화면에 표시된다. 추가로 기준 소자를 행 단위 또는 열 단위로 추가하여 오프셋 및 증폭 보정을 수행할 수 있다. 온도안정부는 초점면 어레이의 센서가 일정한 온도 조건에서 동작할 수 있도록 한다.
다시 도 1을 참조하면, 픽셀 어레이(110)는 행 방향 및 열 방향으로 배치된 복수 개의 소자들(111 내지 117)를 포함한다. 여기서, 센서(111 내지 117)는 열형 적외선 센서, 저항형 적외선 소자, 또는 볼로미터 소자일 수 있다. 여기서, 센서는 저항형 적외선 소자인 것으로 설명하지만, 다른 형태의 센서, 예를 들면 볼로미터 소자인 것으로 설명하지만, 열전대형(thermopiles), 초전형(pyroelectric) 소자일 수도 있다. 픽셀 어레이(110)는 실리콘 기판 위에 2차원 배열 형태로 배치된 다수의 적외선 검출 소자들로서 구현된다.
구동회로(120)는 각 검출 소자들의 특성 변화를 검출하기 위한 판독 집적 회로(Readout integrated circuit, 이하 ROIC라 한다)로 구성된다. 구동회로(120)는 픽셀 어레이(110)에 모든 픽셀들을 순차적으로 구동시켜, 적외선 검출 소자 또는 저항형 적외선 소자로부터 데이터를 읽어들여 측정 대상체의 온도를 검출한다.
도 1에 도시되지는 않았지만, 구동회로(120)는 바이어스 신호를 생성하기 위한 바이어스 회로, 검출 소자를 선택적으로 활성화하기 위한 행 선택회로, 열 선택회로, 열 채널 증폭 회로들, 샘플 앤 홀드 회로, 열 멀티플렉서(column multiplexer), 출력 버퍼 회로 등을 더 포함할 수 있다.
픽셀 하나로부터 출력까지의 신호 경로는 다음과 같다. 활성 볼로미터(Ra)은 스위치(Sa)를 거쳐 바이어스된다. 여기서, 각 열의 끝에는 블라인드(blind)된 기준 볼로미터(Rb)가 연결되어 있다. 활성 볼로미터(Ra)와 블라인드 볼로미터(Rb)에 흐르는 전류 차이를 적분하기 위해서 증폭(trans-impedance amplifier)회로가 사용된다. 증폭기의 출력 전압은 커패시터(Csh)에 스위치(Sh) 동작에 의해 축적된 후, 스위치(Ss) 동작에 의해서 출력 전압(Vout)으로 내보내진다.
활성 볼로미터 저항(R1)의 한쪽 끝은 바이어스 전압에 연결된다. 활성 볼로미터 저항(R1)의 반대편 끝은 스위치(S1)를 통해 열 라인(col1)에 연결되어 있다. 스위치(S1)의 스위칭 제어 라인은 행 라인(row1)에 연결되어 있다. 열 라인(col1)의 끝에는 블라인드 저항(Rb1)과 증폭기의 입력단에 연결되어 기준 전압에 연결된다. 시간 인터리빙(time interleaving) 구동은, 일정 간격으로 배열된 소자들의 저항을 측정하여 열화상을 획득 표시한다. 타이밍 제어 회로는 행 선택 회로와 열 선택 회로의 타이밍을 제어하도록 구성된다. 행 선택 회로는 타이밍 제어 회로로부터의 신호에 반응하여 행 라인들 중의 하나가 선택적으로 활성화되도록 한다. 행 선택 회로는 멀티플렉서나 다른 형태로 구현될 수 있다.
픽셀 어레이(110)는 M 행 전극과 N 열 전극과 접속된 복수의 저항형 적외선 소자들(111 내지 117)을 포함한다. 여기서, M은 행 방향의 개수, N은 열 방향의 개수를 의미한다. 행 방향 또는 열 방향으로 복수의 저항형 적외선 소자를 그룹화한다. 예를 들면, 행 방향은 저항형 적외선 소자(111)와 소자(112)를 하나로 묶고, 소자(112)와 소자(113)를 하나로 묶고, 소자(113)와 소자(114)를 하나로 묶는 방식으로 전체 픽셀을 묶는 것이다. 열 방향은 소자(111)와 소자(115)를 하나로 묶는 방식이다. 실시 예에서, M과 N은 3 이상의 자연수이다.
실시 예에서, 이웃하는 m x n(m과 n은 자연수이고, 단, m과 n은 모두 1이 아님) 픽셀들을 포함하는 픽셀 묶음들로부터 신호를 검출한다. 이때, 2개 이상의 픽셀 묶음들에 포함되는 픽셀이 존재한다. 동일 픽셀 묶음에 포함된 픽셀들은 서로 전기적으로 연결되어 하나의 볼로미터 저항으로 동작한다. 개별 픽셀은 적어도 하나의 픽셀 묶음에 포함된다. 그룹화와 관련하여서는 도 2 및 3을 참조하여 후술한다.
도 2는 일 실시 예에 따른 픽셀 그룹화의 개념 도이다.
도 2를 참조하면, 행 방향으로 제1 행(ra), 제2 행(rb), 제3 행(rc), 제4 행(rd), 제5 행(re)와, 열 방향으로 제1 열(ca), 제2 열(cb), 제3 열(cc), 제4 열(cd), 제5 열(ce), 제6 열(cf)이 도시되어 있다. 도 2에 도시된 실시 예에서, M은 5이고, N은 6인 픽셀 어레이이고, m은 2이고, n은 3인 픽셀 묶음을 설명한다. 여기서, M*N은 5*6, m*n은 2*3을 예로서 설명하지만, 이에 한정되지 않고, 적외선 센서의 설계, 응용 분야에 따라 다양하게 변형할 수 있음은 물론이다.
실시 예에서는 2 x 3 픽셀 묶음은 6개의 픽셀을 포함한다. 픽셀 묶음 Gi에 속한 6개의 픽셀들(pbb, pbc, pbd, pcb, pcc, pcd)은 서로 전기적으로 연결되어 하나의 볼로미터 저항으로 동작한다. 개별 픽셀에 비해 넓은 면적에서 더욱 많은 적외선을 흡수하기에 신호 변화량이 증가한다. 마찬가지로 픽셀 묶음 Gj에 속한 6개의 픽셀들(pcc, pcd, pce, pdc, pdd, pde)는 서로 전기적으로 연결되어 하나의 볼로미터 저항으로 동작한다. 픽셀 묶음에 속한 6개의 픽셀들(pcd, pce, pcf, pdd, pde, pdf)는 서로 전기적으로 연결되어 하나의 볼로미터 저항으로 동작한다. 픽셀(pcc)은 픽셀 묶음 Gi와 픽셀 묶음 Gj에 포함된다. 픽셀 pcd는 픽셀 묶음 Gi, Gj, Gk에 각각 포함되어 있다. 픽셀 pce, pdd, pde는 픽셀 묶음 Gj와 Gk에 포함된다. 도 2에 도시된 것처럼, 각각의 픽셀 묶음은 적어도 하나의 픽셀을 공유한다. 픽셀 묶음 Gi, Gj는 픽셀(Pcc)과 픽셀(Pcd)을 공유한다. 도시된 것처럼, 이웃한 픽셀 묶음 사이 간격이 픽셀 간격과 일치하면 동일한 공간 해상도의 영상 데이터를 얻을 수 있다.
도 3은 다른 실시 예에 따른 픽셀 그룹화의 신호 검출의 회로 도이다.
도 3을 참조하여, 2×2 픽셀 묶음의 신호 검출을 설명한다. 도 3에 도시된 것처럼, 행 라인은 3개(row1 내지 row3)이고, 열 라인은 3개(col1 내지 col3)이다. 제1 행(row1)의 제1 열(col1)의 픽셀은 저항형 볼로미터 저항(R11)와, 제1 내지 제 4 스위치(S01 내지 S04)를 포함한다. 제1 행(row1)의 제2 열(col2)의 픽셀은 저항형 적외선 소자(R12)와 제5 내지 제9 스위치(S05 내지 S09)를 포함한다.
제2 행 라인(row2)의 제1 열(col1)의 픽셀은 저항형 볼로미터 저항(R21)와, 제15 내지 제18 스위치(S15 내지 S18)를 포함한다. 제2 행 라인(row2)의 제2 열(col2)의 픽셀은 저항형 적외선 소자(R22)와, 제19 내지 제23 스위치(S19 내지 S23)를 포함한다. 유사하게, 나머지 픽셀들은 저항형 소자들과 스위치들을 이용하여 배치할 수 있다.
2×2 픽셀을 묶는 경우, 저항형 볼로미터 저항(R11)와 저항형 볼로미터 저항(R21)를 직렬 연결하는 제3 스위치(S03)와, 저항형 볼로미터 저항(R21)와 저항형 적외선 소자(R22)를 직렬 연결하는 제21 스위치(S21), 저항형 적외선 소자(R22)와 저항형 적외선 소자(R12)를 직렬 연결하는 제8 스위치(S08)를 포함한다.
첫 번째 픽셀 묶음을 구동하는 경우, 2×2묶음의 저항형 적외선 소자들(R11, R21, R22 및 R12)을 직렬 연결시키기 위해, 제3 스위치(S03), 제21 스위치(S21), 제8 스위치(S08)이 턴온된다. 그리고, 제1 행 선택 신호가 인가되어, 제1 스위치(S01)가 턴 온되고, 제2열 선택 신호가 인가되어, 스위치(S06)가 턴 온되고, 직렬 저항들(R11, R21, R22, R12)의 변화에 따른 출력 신호가 제2 열 라인(col2)을 통해 출력된다. 그리고 앞서 설명한 바와 같이, 기준 저항값, 예를 들면 블라인드 볼로미터에 흐르는 전류 값이 증폭회로에 입력된다.
두 번째 픽셀 묶음을 구동하는 경우에도 앞서 설명한 바와 유사하게, 다음 2×2묶음의 저항형 적외선 소자들(R12, R22, R23 및 R13)을 직렬 연결시키기 위해, 제8 스위치(S08), 제26 스위치(S26), 제13 스위치(S13)이 턴 온된다. 제1 행의 제 2열을 선택하는 신호에 따라 제5 스위치(S05)가 턴 온되고, 제3 열 선택 신호가 인가되어, 스위치(S11)가 턴 온되고, 직렬 저항들(R12, R22, R23, R13)의 변화에 따른 출력 신호가 제3 열 라인(col3)을 통해 출력된다.
전술한 방식으로 모든 픽셀 묵음들을 순차적으로 구동하여, 모든 픽셀 묵음에 대한 출력 신호로부터 측정 대상체의 온도를 검출한다.
실시 예에서, 첫 번째 픽셀 묶음에 속한 연결 스위치들을 턴 온시키고, 행 또는 열 선택 신호를 출력하고, 직렬 연결된 저항값을 측정하는 것으로 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 행 또는 열 선택 신호를 먼저 출력하고, 해당 픽셀 묶음에 속한 연결 스위치들을 턴온시킬 수도 있음은 물론이다.
실시 예에서, 적외선 입사량에 따른 행 방향 또는 열 방향으로 배치된 복수의 저항형 적외선 소자들의 전기적인 특성 변화를 측정하기 위한 열형 적외선 센서 어레이를 구현한다. 이때 공간적으로 이웃한 복수의 소자들을 묶음화하여 신호를 측정하고, 공간적으로 이웃한 묶음들에 동시에 포함되는 소자가 하나 이상 있도록 구현한다. 또한, 각각의 묶음 내에는 적외선 저항형 소자들이 직렬로 연결되도록 한다. 이를 통해, 픽셀 소형화에 따른 문제점들, 예를 들면, 적외선 흡수 면적 감소와 열전도도 증가로 인한 감도 감소, NETD(Noise Equivalent Temperature Difference, 이하 NETD라 한다) 증가, 볼로미터 재료의 체적 감소로 1/f 잡음(NETD 1/f) 증가하는 문제점을 해결할 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 적외선 저항형 소자를 포함한 픽셀의 개략 도이다.
도 4를 참조하면, 마이크로볼로미터 픽셀의 구성이 도시되어 있다. X 금속 전극(X-metal)과 Y 금속 전극(Y-metal)은 각각 도 3에 도시된 행 라인 전극(row1 내지 row3)과 열 라인 전극(col1 내지 col3)에 대응된다. 상부에 적외선을 흡수하는 부분이 적외선 저항형 소자, 또는 볼로미터 저항 소자이다. 이러한 소자는 실리콘질화물과 산화바나듐(Vanadium Oxide)을 이용할 수 있지만, 이러한 재료에 한정되는 것이다. 마이크로 볼로미터의 픽셀의 크기는 점진적으로 소형화되는 추세이다. 최근에는 픽셀 크기가 10마이크로미터, 가까운 장래에는 8마이크로미터까지 작아지고 있다. 따라서, 픽셀 소형화에 따라 픽셀 면적과 액티브 면적이 감소하고, 레그(leg) 길이가 짧아지고, 열전도도가 증가하는 기술적 문제점이 발생한다. 실시 예에 따른 열형 적외선 센서 어레이와 이의 구동 방법은 묶음 구동을 통해 센서의 유효 면적을 증가시키는 효과가 있으며, 열전도도를 감소시킬 수 있다. 또한, 1개의 픽셀씩 시프트하여 데이터를 획득함으로써 픽셀 피치의 해상도를 구현하여 고해상도 열 영상을 구현할 수 있다.
도 5는 또 다른 실시 예에 따른 2×1 그룹 구동을 위한 픽셀 회로 도이다.
도 5를 참조하면, 3x3 픽셀 배열에서 2×1 픽셀 묶음 신호 검출이 가능한 픽셀 구조의 한 예로서, 첫 번째 픽셀 그룹(500)을 설명한다. 첫 번째 픽셀 그룹은 P11과 P21을 포함한다. 볼로미터 저항(R11)의 일단과 제1 행 라인(row1) 사이에 제1 스위치(S01)가 접속되고, 볼로미터 저항(R11)의 다른 단과 제1 열 라인(col1) 사이에는 제3 스위치가 접속된다. 볼로미터 저항(R11)과 그룹화된 볼로미터 저항(R21) 사이에 제2 스위치(S02)가 접속된다. 볼로미터 저항(R21)의 일단과 제2 행 라인(row2) 사이에는 제10 스위치(S10)가 접속되고, 볼로미터 저항(21)의 타단과 제1 열 라인(row1) 사이에는 제12 스위치(S12)가 접속된다. 도 5에 도시된 것처럼, 3 x 3 픽셀 배열에서 조합 가능한 2×1 크기 픽셀 묶음들로부터 신호를 순차적으로 읽는다. 9개의 픽셀 배열들이 일정 간격으로 행과 열로 배치되어 있고 3개의 행 라인과 3개의 열 라인으로 구성된다. 행 라인 row1, row2, row 3 들은 바이어스 전원에 연결될 수 있다. 열 라인 col1, col2, col3의 끝에는 각각 증폭회로가 연결되고 증폭회로의 입력단의 기준 전압이 인가될 수 있다. 3x3 픽셀 배열에서, p11 & p21, p12 & p22, p13 & p23, p21 & p31, p22 & p32, p23 & p33와 같이 6개의 2x1 크기 픽셀 조합이 가능하다. MxN 픽셀 배열에서 조합 가능한 2×1 크기 픽셀 묶음들의 개수는 (M-1) x N개가 가능하다. 여기서 M과 N는 3 이상의 자연수이다. 볼로미터 방식의 경우 픽셀 묶음 내 볼로미터 저항들을 직렬 형태로 서로 연결하여 하나의 묶음 저항을 형성할 수 있다. 동일 열에 포함되고 이웃하는 행에 배치된 두 개의 픽셀들 내 볼로미터 저항들에서 마주보는 끝단들은 선택적으로 연결된다. 그리고 첫 번째 행에 속한 볼로미터 저항의 반대편은 행 라인에 선택적으로 연결되고, 두 번째 행에 속한 볼로미터 저항의 반대편은 열 라인에 연결된다. 묶음 저항에 의한 신호를 첫 번째 행 라인과 열 라인을 통해 읽어 낼 수 있다.
도 6은 또 다른 실시 예에 따른 2×1 그룹 구동을 위한 픽셀 회로 도이다.
도 6을 참조하면, 3x3 픽셀 배열에서 2×1 픽셀 묶음 신호 검출이 가능한 픽셀 구조의 한 예로서, 첫 번째 픽셀 그룹(600)을 설명한다. 첫 번째 픽셀 그룹은 P11과 P21을 포함한다. 볼로미터 저항(R11)의 일단과 제1 열 라인(col1) 사이에 제1 스위치(S01)가 접속되고, 볼로미터 저항(R11)의 다른 단과 공통 접지단 사이에는 제3 스위치가 접속된다. 볼로미터 저항(R11)과 그룹화된 볼로미터 저항(R21) 사이에 제2 스위치(S02)가 접속된다. 볼로미터 저항(R21)의 일단과 제2 열 라인(col2) 사이에는 제10 스위치(S10)가 접속되고, 볼로미터 저항(21)의 타단과 공통 접지단 사이에는 제12 스위치(S12)가 접속된다.
도 6을 참조하면, 3x3 픽셀 배열에서 2×1 픽셀 묶음 신호 검출이 가능한 다른 픽셀 구조이다. 볼로미터 저항(R11)과 볼로미터 저항(R21)을 포함하는 2x1 픽셀 묶음에 대해 설명한다. 제2 스위치(S2)를 턴온하여 볼로미터 저항(R11)과 볼로미터 저항(R21)을 직렬 연결할 수 있다. 이때 제12 스위치(S12)를 턴온하여 볼로미터 저항(R21)의 일단이 공통 바이어스 전압에 연결되도록 한다. 이후 제1 행 라인(row1)의 제어 신호로 제1 스위치(S1)가 턴온되면, 볼로미터 저항(R11)의 타단이 제1 열 라인(col1)에 연결되어 신호 검출을 수행한다. 유사하게, R12 및 R22, R13 및 R23, R21 및 R31, R22 및 R32, R23 및 R33의 조합에서도 유사하게 연결하고, 신호 측정을 하여 2x1 묶음 배열 형태의 출력 데이터를 획득할 수 있다.
도 7은 도 5에 도시된 픽셀의 신호 검출의 회로 도이다.
도 5 및 7을 참조하여, 6개의 픽셀 그룹(710 내지 760)에 대한 신호 검출을 설명한다.
제1 픽셀 그룹(710)에 대해, 제2 스위치(S02)를 턴온시키고, 제1 스위치(S01)와 제12 스위치(S12)를 턴온시킨다. 그리고 제1열 라인(col1)을 통한 출력값(S11, 715)를 획득한다. 여기서, 제2 스위치(S02)의 턴온시키고, 제2 스위치(S01)와 제12 스위치(S12)를 턴온시키는 것으로 설명하지만, 제1 스위치(S01) 및 제12 스위치(S12)를 턴온시키고, 제2 스위치(S02)를 턴온시키고, 3개의 스위치를 동시에 턴온시킬 수도 있다.
제2 픽셀 그룹(720)에 대해, 제5 스위치(S05)를 턴온시키고, 제4 스위치(S04)와 제15 스위치(S15)를 턴온시킨다. 그리고 제2열 라인(col2)을 통한 출력값(S12, 725)를 획득한다.
제3 픽셀 그룹(730)에 대해, 제8 스위치(S08)를 턴온시키고, 제7 스위치(S07)와 제12 스위치(S18)를 턴온시킨다. 그리고 제3열 라인(col3)을 통한 출력값(S13, 735)를 획득한다.
제4 픽셀 그룹(740)에 대해, 제11 스위치(S11)를 턴온시키고, 제10 스위치(S10)와 제20 스위치(S20)를 턴온시킨다. 그리고 제1열 라인(col1)을 통한 출력값(S21, 745)를 획득한다.
제5 픽셀 그룹(750)에 대해, 제14 스위치(S14)를 턴온시키고, 제13 스위치(S13)와 제22 스위치(S22)를 턴온시킨다. 그리고 제2열 라인(col2)을 통한 출력값(S22, 755)를 획득한다.
제6 픽셀 그룹(760)에 대해, 제17 스위치(S17)를 턴온시키고, 제16 스위치(S16)와 제24 스위치(S24)를 턴온시킨다. 그리고 제3열 라인(col3)을 통한 출력값(S23, 765)를 획득한다.
6개의 픽셀 그룹을 구동한 후 출력값(715 내지 765)으로부터 측정 대상체의 온도값을 디스플레이할 수 있다.
실시 예에서, 제1 내지 제6 픽셀 그룹(710 내지 760)을 순차적으로 구동시키는 것으로 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 동시에 구동시킬 수 있다. 또한, 겹치지 않는 픽셀 그룹들(710 내지 730)을 한 번에 구동시키고, 다음 픽셀 그룹들(740 내지 760)을 한 번에 구동시킬 수도 있다.
도 8은 또 다른 실시 예에 따른 1×2 그룹 구동을 위한 픽셀 회로 도이고, 도 9는 도 8에 도시된 픽셀의 신호 검출의 회로 도이다.
도 8 및 9를 참조하면, 6개의 픽셀 그룹(910 내지 960)에 대한 신호 검출을 설명한다.
제1 픽셀 그룹(910)에 대해, 제4 스위치(S04) 를 턴온시키고, 제1 스위치(S01)와 제5 스위치(S05)를 턴온시킨다. 그리고 제2열 라인(col2)을 통해 출력 값을 획득한다.
제2 픽셀 그룹(920)에 대해, 제7 스위치(S07)를 턴온시키고, 제3 스위치(S03)와 제8 스위치(S08)를 턴온시킨다. 그리고 제3열 라인(col3)을 통해 출력 값을 획득한다.
제3 픽셀 그룹(930)에 대해, 제12 스위치(S12)를 턴온시키고, 제9 스위치(S09)와 제13 스위치(S13)를 턴온시킨다. 그리고 제2열 라인(col2)을 통해 출력 값을 획득한다.
제4 픽셀 그룹(940)에 대해, 제15 스위치(S15)를 턴온시키고, 제11 스위치(S11)와 제16 스위치(S16)를 턴온시킨다. 그리고 제3열 라인(col3)을 통해 출력 값을 획득한다.
제5 픽셀 그룹(950)에 대해, 제20 스위치(S20)를 턴온시키고, 제17 스위치(S17)와 제21 스위치(S21)를 턴온시킨다. 그리고 제2열 라인(col2)을 통해 출력 값을 획득한다.
제6 픽셀 그룹(960)에 대해, 제23 스위치(S23)를 턴온시키고, 제19 스위치(S19)와 제24 스위치(S24)를 턴온시킨다. 그리고 제3열 라인(col3)을 통해 출력 값을 획득한다.
도 10은 또 다른 실시 예에 따른 m×n 그룹 구동을 위한 픽셀 회로 도이고, 도 11은 도 10에 도시된 픽셀의 신호 검출의 회로 도이다.
도 10은 3x3 픽셀 배열에서 조합 가능한 2×2 크기 픽셀 묶음들로부터 신호를 순차적으로 읽는 방법을 나타낸 것이다. 도시된 것처럼, 9개의 픽셀 배열들이 일정 간격으로 행과 열로 배치되어 있고 3개의 행 라인과 3개의 열 라인으로 구성된다. 행 라인(row1, row2, row3)들은 바이어스 전원에 연결될 수 있다. 열 라인(col1, col2, col3)의 끝에는 각각 증폭회로가 연결되고, 증폭회로의 입력단의 기준 전압이 인가될 수 있다. 3x3 픽셀 배열에서, 도 11에 도시된 것처럼, 4개의 픽셀 그룹(1110 내지 1140)으로, 2x2 크기 픽셀 묶음이 가능하다. MxN 픽셀 배열에서 조합 가능한 2×2 크기 픽셀 묶음들의 개수는 (M-1)x(N-1)개가 가능하다. 여기서 M과 N는 3 이상의 자연수이다. 볼로미터 방식의 경우 픽셀 묶음 내 볼로미터 저항들을 직렬 형태로 서로 연결하여 하나의 묶음 저항을 형성할 수 있다.
제1 픽셀 그룹(1110)에 대해, 볼로미터 저항들(R11, R21, R22, R12)을 연결시키기 위해, 제4 스위치(S04), 제23 스위치(S23), 제9 스위치(S09)를 턴온시키고, 제1 스위치(S01), 제7 스위치(S07)를 턴온시킨다. 그리고 제3열 라인(col3)을 통해 출력값를 획득한다.
제2 픽셀 그룹(1120)에 대해, 볼로미터 저항들(R12, R22, R23, R13)을 연결시키기 위해, 제9 스위치(S09), 제28 스위치(S28), 제14 스위치(S14)를 턴온시키고, 제6 스위치(S06), 제12 스위치(S12)를 턴온시킨다. 그리고 제4열 라인(col4)을 통해 출력값를 획득한다.
제3 픽셀 그룹(1130)에 대해, 볼로미터 저항들(R21, R31, R32, R22)을 연결시키기 위해, 제19 스위치(S19), 제38 스위치(S38), 제24 스위치(S24)를 턴온시키고, 제16 스위치(S16), 제22 스위치(S22)를 턴온시킨다. 그리고 제3열 라인(col3)을 통해 출력값를 획득한다.
제4 픽셀 그룹(1140)에 대해, 볼로미터 저항들(R22, R32, R33, R23)을 연결시키기 위해, 제24 스위치(S24), 제43 스위치(S23), 제29 스위치(S29)를 턴온시키고, 제21 스위치(S21), 제27 스위치(S27)를턴온시킨다. 그리고 제4열 라인(col4)을 통해 출력값를 획득한다.
실시 예에서, 이웃하는 여러 픽셀을 전기적으로 연결시켜 동작함으로써, 유효면적이 커진 만큼 적외선 복사 에너지 흡수량을 높일 수 있고, 여러 픽셀 내 볼로미터 저항들을 직렬 연결하여 하나의 저항으로 동작시킴으로써, 온도 변화에 따른 저항 변화량이 키울 수 있다. 따라서, 열형 적외선 센서 어레이로부터의 출력 신호가 커져서 감도와 SNR이 개선되고, 온도분해능을 작게 할 수 있다.
도 12는 또 다른 실시 예에 따른 열형 적외선 센서 어레이의 구동 방법을 설명하기 위한 흐름 도이다.
도 12를 참조하면, 단계 1200에서, 첫 번째 픽셀의 저항형 적외선 소자와 그룹화된 소자와 연결시키는 연결 신호를 출력한다. 단계 1202에서, 제1 행의 저항형 적외선 소자와 그룹화된 제2 행의 저항형 적외선 소자 사이에 접속된 연결 스위치를 턴온시킨다. 여기서, 첫 번째 픽셀의 저항형 적외선 소자와 그룹화된 소자, 다음 행의 픽셀의 저항형 적외선 소자 사이에는 연결 스위치가 접속되고, 연결 신호에 응답하여 연결 스위치가 턴온된다. 단계 1204에서, 제1 행 선택 신호를 출력한다. 단계 1206에서, 선택 신호에 응답하여, 제1 스위치가 턴온된다. 여기서, 제1 스위치는 제1행 라인과 첫번째 픽셀의 저항형 적외선 소자의 일단 사이에 접속된 스위치이다.
단계 1208에서, 제1 열 선택 신호를 출력한다. 단계 1210에서, 선택 신호에 응답하여, 제2 스위치가 턴온된다. 여기서, 제2 스위치는 제1 열 라인과 그룹화된 다음 행의 픽셀의 저항형 적외선 소자 사이에 접속된 스위치이다.
단계 1212에서, 제1 행의 저항형 적외선 소자와 제2 행의 저항형 소자의 직렬 저항을 측정한다.
실시 예에서, M×N 의 픽셀 어레이에 대해, m ×n 묶음 또는 그룹으로 묶어서 출력 신호를 검출한다. 여기서, M과 N은 자연수이고, M과 N은 3 이상이고, m은 M보다 작은 자연수이고, n은 N보다 작은 자연수이다. 여기서, m과 n은 모두 1 이 아닌 경우이다. 도 12를 참조하여 설명한 실시 예에서는, m은 2이고, n은 1이고, 묶음의 크기는 2×1인 경우이다. 도 12를 참조하여 설명한 실시 예에서는 1개의 묶음에 대한 출력 신호를 검출하는 과정을 설명하였지만, 전체 픽셀 어레이에 대해 묶음들에 대해 순차적으로 출력 신호를 검출할 수 있다.
도 13은 또 다른 실시 예에 따른 열형 적외선 센서 어레이의 구동 방법을 설명하기 위한 흐름 도이다.
도 13을 참조하면, 단계 1300에서, 첫 번째 픽셀의 저항형 적외선 소자와 그룹화된 소자와 연결시키는 연결 신호를 출력한다. 단계 1302에서, 제1 행의 저항형 적외선 소자와 그룹화된 제2열의 저항형 적외선 소자 사이에 접속된 연결 스위치를 턴온시킨다. 여기서, 첫 번째 픽셀의 저항형 적외선 소자와 그룹화된 소자, 같은 행의 다음 열의 픽셀의 저항형 적외선 소자 사이에는 연결 스위치가 접속되고, 연결 신호에 응답하여 연결 스위치가 턴온된다.
단계 1304에서, 제1 행 선택 신호를 출력한다. 단계 1306에서, 선택 신호에 응답하여, 제1 스위치가 턴온된다. 여기서, 제1 스위치는 제1 행 라인과 첫번째 픽셀의 저항형 적외선 소자의 일단 사이에 접속된 스위치이다.
단계 1308에서, 제2 열 선택 신호를 출력한다. 단계 1310에서, 선택 신호에 응답하여, 제2 스위치가 턴온된다. 여기서, 제2 스위치는 제2 열 라인과 그룹화된 제1행 및 제2 열의 픽셀의 저항형 적외선 소자 사이에 접속된 스위치이다.
단계 1312에서, 제1 행의 저항형 적외선 소자와 제2 열의 저항형 소자의 직렬 저항을 측정한다.
실시 예에서, M×N 의 픽셀 어레이에 대해, m×n 묶음 또는 그룹으로 묶어서 출력 신호를 검출한다. 여기서, M과 N은 자연수이고, M과 N은 3 이상이고, m은 M보다 작은 자연수이고, n은 N보다 작은 자연수이다. 여기서, m과 n은 모두 1 이 아닌 경우이다. 도 13을 참조하여 설명한 실시 예에서는, m은 1이고, n은 2이고, 묶음의 크기는 1×2인 경우이다. 도 13을 참조하여 설명한 실시 예에서는 1개의 묶음에 대한 출력 신호를 검출하는 과정을 설명하였지만, 전체 픽셀 어레이에 대해 묶음들에 대해 순차적으로 출력 신호를 검출할 수 있다.
도 14는 또 다른 실시 예에 따른 열형 적외선 센서 어레이의 구동 방법을 설명하기 위한 타이밍 도면이다.
도 14를 참조하면, 9 x 9 배열 형태 81개의 픽셀을 이용하여, 2×2 픽셀 묶음 방식으로 신호를 동시 검출하는 방법을 나타낸다. t1에서 t4까지는 제1 내지 8열에 픽셀들로 구성되는 묶음으로부터 신호를 검출한다. 여기서, 2×2 픽셀 묶음에 대한 출력 신호의 검출은 도 10 및 11을 참조하여 설명한 바와 같다. t1에서는 1-2행, t2에서는 3-4행, t3에서는 5-6행, t4에서는 7~8행에 포함된 서로 겹치지 않는 4개의 픽셀 묶음들로부터 신호를 동시 검출한다.
다음, t5에서 t8까지는 2 내지 9열에 픽셀들로 구성되는 묶음으로부터 신호를 검출한다. 마찬가지로, t5에서는 1-2행, t6에서는 3-4행, t7에서는 5-6행, t8에서는 7-8행에 포함된 서로 겹치지 않는 4개의 픽셀 묶음들로부터 신호를 동시 검출한다.
다음, t9에서 t12까지는 1-8열에 픽셀들로 구성되는 묶음으로부터 신호를 검출한다. t9에서는 2-3행, t10에서는 4-5행, t11에서는 6-7행, t12에서는 8-9행에 포함된 서로 겹치지 않는 4개의 픽셀 묶음들로부터 신호를 동시 검출한다.
마지막으로, t13에서 t16까지는 2 내지 9열에 픽셀들로 구성되는 묶음으로부터 신호를 검출한다. t13에서는 2-3행, t14에서는 4-5행, t15에서는 6-7행, t16에서는 8-9행에 포함된 서로 겹치지 않는 4개의 픽셀 묶음들로부터 신호를 동시 검출한다. 이러한 방식으로 8x8 형태의 64 묶음 픽셀의 데이터를 측정할 수 있다.
도 15는 또 다른 실시 예에 따른 픽셀 회로 도이다.
도 15를 참조하면, 초전기(pyroelectric) 원적외선 센서에서 묶음 검출이 가능한 회로 구조이다. 각 픽셀은 온도가변 정전용량(Cx)과 스위치(Sx)로 구성할 수 있다. 가변 정전용량(Cx)의 일단은 기준 전압에 연결되며, 타단은 스위치(Sx)의 동작에 따라 열 라인에 연결될 수 있다. 이웃하는 행 라인들 사이와 이웃하는 열 라인들 사이에는 스위치가 각각 배치된다. 2x2 픽셀 묶음을 예로 묶음 검출을 설명하면, 스위치(S_r12)가 턴온되고, 제1 행(row1)에 턴온 신호를 인가하면 제1 행(row1)과 제2 행 라인(row2)에 동시에 활성화되고, 스위치(S_c12)를 턴온시켜, 제1 열(col1) 또는 제2 열(col2)에서 신호를 검출하면 4개의 정전용량 센서들(C1, C2, C4, C5)은 병렬연결되어 하나의 커패시터로 동작하게 된다.
한편, 상술한 실시 예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 실시 예들에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.
본 실시 예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 실시 예가 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 권리 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 실시 예에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 열형 적외선 검출 장치
110: 픽셀 어레이
120: 구동회로

Claims (20)

  1. 복수의 행 방향과 복수의 열 방향으로 배치된 복수의 저항형 적외선 소자들을 포함하는 열형 적외선 센서 어레이; 및
    상기 열형 적외선 센서 어레이를 구동하는 구동회로를 포함하고,
    상기 열형 적외선 센서 어레이는,
    소정의 방향으로 인접한 적어도 2개의 저항형 적외선 소자들이 그룹화되고,
    상기 그룹화된 적어도 2개의 그룹에는 적어도 하나의 저항형 적외선 소자가 공유되고,
    상기 각각의 그룹에 포함된 적어도 2개의 저항형 적외선 소자가 직렬 연결된 것을 특징으로 하는 열형 적외선 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 각각의 그룹에 포함된 적어도 2개의 저항형 적외선 소자 사이에 접속된 연결 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열형 적외선 검출 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 행은 M, 상기 복수의 열은 N이고, 상기 M 및 N은 3 이상의 자연수인 것을 특징으로 하는 열형 적외선 검출 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 저항형 적외선 소자들 각각을 포함하는 하나의 픽셀은,
    일단은 행 방향 라인에 접속되고, 타단은 상기 저항형 적외선 소자의 일단에 접속된 제1 스위치; 및
    일단은 열 방향 라인에 접속되고, 타단은 상기 저항형 적외선 소자의 타단에 접속된 제2 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 열형 적외선 검출 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 저항형 적외선 소자들 각각을 포함하는 하나의 픽셀은,
    행 방향 라인으로부터 행 선택 신호에 따라 스위칭되고, 일단은 상기 저항형 적외선 소자의 일단에 접속되고, 타단은 열 방향 라인에 접속된 제1 스위치; 및
    일단은 상기 저항형 적외선 소자의 타단에 접속되고, 타단은 접지된 제2 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 열형 적외선 검출 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 구동회로는,
    상기 복수의 행 방향과 복수의 열 방향으로 배치된 복수의 픽셀들 중 이웃하는 픽셀들로 구성된 일정 형태의 픽셀 묶음들을 순차적으로 구동하고, 상기 연결 스위치를 턴온시켜 각 필셀 묶음 내 상기 적어도 2개의 저항형 적외선 소자들의 직렬 저항을 측정하는 것을 특징으로 하는 열형 적외선 검출 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 구동회로는,
    상기 연결 스위치를 턴온시키는 연결 신호를 출력하고,
    상기 복수의 행 방향 중 제1 행을 선택하는 제1 행 선택 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 열형 적외선 검출 장치.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 구동회로는,
    상기 제1 행의 제1 저항형 적외선 소자와 그룹화된 제2 행의 제1 저항형 소자를 직렬 연결하는 상기 연결 스위치를 턴온시키는 연결 신호를 출력하고,
    상기 복수의 행 방향 중 제1 행의 제1 저항형 적외선 소자를 선택하는 제1 행 선택 신호를 출력하고, 상기 제1 행 선택 신호에 따라 상기 제1 행의 제1 저항형 소자의 일단에 접속된 상기 제1 스위치가 턴온되고,
    상기 복수의 열 방향 중 제1 열을 선택하는 제1 열 선택 신호를 출력하고, 상기 제1 열 선택 신호에 따라 상기 제2 행의 제1 저항형 적외선 소자의 타단에 접속된 상기 제2 스위치가 턴온되는 것을 특징으로 하는 열형 적외선 검출 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 구동회로는,
    상기 제1 행의 제2 저항형 적외선 소자와 그룹화된 제2 행의 제2 저항형 소자를 직렬 연결하는 상기 연결 스위치를 턴온시키는 연결 신호를 출력하고,
    상기 복수의 행 방향 중 제1 행의 제2 저항형 적외선 소자를 선택하는 제1 행 선택 신호를 출력하고, 상기 제1 행 선택 신호에 따라 상기 제1 행의 제2 저항형 적외선 소자의 일단에 접속된 상기 제1 스위치가 턴온되고,
    상기 복수의 열 방향 중 제2 열을 선택하는 제2 열 선택 신호를 출력하고, 상기 제2 열 선택 신호에 따라 상기 제2 행의 제2 저항형 적외선 소자의 타단에 접속된 상기 제2 스위치가 턴온되는 것을 특징으로 하는 열형 적외선 검출 장치.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 구동회로는,
    상기 제1 행의 제1 저항형 적외선 소자와 그룹화된 상기 제1 행의 제2 저항형 적외선 소자를 직렬 연결하는 상기 연결 스위치를 턴온시키는 연결 신호를 출력하고,
    상기 복수의 행 방향 중 제1 행의 제1 저항형 적외선 소자를 선택하는 제1 행 선택 신호를 출력하고, 상기 제1 행 선택 신호에 따라 상기 제1 행의 저항형 적외선 소자의 일단에 접속된 상기 제1 스위치가 턴온되고,
    상기 복수의 열 방향 중 상기 제2 열을 선택하는 제2 열 선택 신호를 출력하고, 상기 제2 열 선택 신호에 따라 상기 제1 행의 제2 저항형 적외선 소자의 타단에 접속된 상기 제2 스위치가 턴온되는 것을 특징으로 하는 열형 적외선 검출 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 구동회로는,
    상기 제1 행의 제2 저항형 적외선 소자와 그룹화된 상기 제1 행의 제3 저항형 적외선 소자를 직렬 연결하는 상기 연결 스위치를 턴온시키는 연결 신호를 출력하고,
    상기 복수의 행 방향 중 상기 제1 행의 제2 저항형 적외선 소자를 선택하는 제1 행 선택 신호를 출력하고, 상기 제1 행 선택 신호에 따라 상기 제1 행의 제2 저항형 적외선 소자의 일단에 접속된 상기 제1 스위치가 턴온되고,
    상기 복수의 열 방향 중 상기 제3 열을 선택하는 제3 열 선택 신호를 출력하고, 상기 제3 열 선택 신호에 따라 상기 제1 행의 제3 저항형 적외선 소자의 타단에 접속된 상기 제2 스위치가 턴온되는 것을 특징으로 하는 열형 적외선 검출 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 저항형 적외선 소자는,
    볼로미터인 것을 특징으로 하는 열형 적외선 검출 장치.
  13. M 개의 행 전극들과 N 개의 열 전극들과 접속된 복수의 저항형 적외선 소자들;
    상기 복수의 저항형 적외선 소자들 각각의 일단과 각각의 해당 행 전극 라인 사이에 접속된 복수의 제1 스위치;
    상기 복수의 저항형 적외선 소자들 각각의 타단과 각각의 해당 열 전극 라인 사이에 접속된 복수의 제2 스위치; 및
    행 방향 또는 열 방향으로 인접한 적어도 2개의 저항형 적외선 소자들을 그룹화하기 위해, 상기 복수의 저항형 적외선 소자들 사이를 직렬 연결시키는 복수의 연결 스위치를 포함하는 열형 적외선 센서 어레이.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 M과 N은 3 이상의 자연수이고, 상기 그룹화의 크기는 행 방향으로 m, 열 방향으로 n이고, m은 M보다 작은 자연수이고, n은 N보다 작은 자연수이고, m 및 n은 모두 1이 아닌 것을 특징으로 하는 열형 적외선 센서 어레이.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 그룹화된 적어도 2개의 그룹 각각에는 적어도 하나의 저항형 적외선 소자가 공유되는 것을 특징으로 하는 열형 적외선 센서 어레이.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 복수의 연결 스위치 각각은,
    저항형 적외선 소자, 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하는 제1 픽셀 또는 상기 제1 픽셀과 상기 행 방향 또는 열 방향으로 인접하여 그룹화된 제2 픽셀에 배치된 것을 특징으로 하는 열형 적외선 센서 어레이.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 저항형 적외선 소자는,
    볼로미터인 것을 특징으로 하는 열형 적외선 센서 어레이.
  18. 제 13 항에 따른 열형 적외선 센서 어레이의 구동 방법으로서,
    연결 신호에 따라 제m 행의 저항형 적외선 소자와 그룹화된 제m+1 행의 저항형 적외선 소자 사이에 연결 스위치가 턴온되는 단계;
    상기 제m 행 선택 신호에 따라 상기 제m 행의 제n 열 저항형 적외선 소자의 일단에 접속된 상기 제1 스위치가 턴 온되는 단계;
    제n 열 선택 신호에 따라 상기 제m+1 행의 제n 열 저항형 적외선 소자의 타단에 접속된 상기 제2 스위치가 턴 온되는 단계; 및
    상기 제m 행의 제n의 저항형 적외선 소자와 상기 제m 행의 제n+1 저항형 소자의 직렬 저항을 측정하는 단계 - 상기 m은 M보다 작은 자연수이고, 상기 n은 N보다 작은 자연수임 - 를 포함하는 열형 적외선 센서 어레이의 구동 방법.
  19. 제 13 항에 따른 열형 적외선 센서 어레이의 구동 방법으로서,
    연결 신호에 따라 제m 행의 제n 열의 저항형 적외선 소자와 그룹화된 제m 행의 제n+1 열의 저항형 적외선 소자 사이에 연결 스위치가 턴 온되는 단계;
    제m 행 선택 신호에 따라 상기 제m 행의 제n 열 저항형 적외선 소자의 일단에 접속된 상기 제1 스위치가 턴 온되는 단계;
    n+1열 선택 신호에 따라 상기 제m 행의 제n+1 열 저항형 적외선 소자의 일단에 접속된 상기 제2 스위치가 턴 온되는 단계;
    상기 제m 행의 제n 열의 저항형 적외선 소자와 상기 제m 행의 제n+1 열 저항형 소자의 직렬 저항을 측정하는 단계 - 상기 m은 M보다 작은 자연수이고, 상기 n은 N보다 작은 자연수임 - 를 포함하는 열형 적외선 센서 어레이의 구동 방법.
  20. 제m 행 선택 신호에 따라 상기 제m 행의 제n 저항형 적외선 소자의 일단에 접속된 상기 제1 스위치가 턴 온되는 단계;
    연결 신호에 따라 상기 제m 행에서 제m+P-1 행까지 포함되고 제n 열에서 제n+Q-1 열까지 포함되는 P x Q 개의 저항형 적외선 소자들이 전기적으로 직렬 연결되도록 저항형 적외선 소자들 사이에 연결된 스위치가 선택적으로 턴온되는 단계;
    제n+Q-1 열 선택 신호에 따라 상기 제n+Q-1 열의 제m 행에서 제m+P-1행에 속하는 저항형 적외선 소자들 중 하나의 저항형 적외선 소자의 타단에 접속된 상기 제2 스위치가 턴 온되는 단계;
    상기 P x Q 개의 저항형 적외선 소자들의 직렬 저항을 측정하는 단계를 포함하고,
    상기 m은 M보다 작은 자연수이고, 상기 n은 N보다 작은 자연수이다.
    상기 P는 M보다 작은 자연수이고, 상기 Q는 N보다 작은 자연수이고, 상기 P 및 Q은 모두 1이 아닌 것을 특징으로 하는 열형 적외선 센서 어레이의 구동 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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GB0202506D0 (en) * 2002-02-02 2002-03-20 Qinetiq Ltd Reconfigurable detector array
KR20090005843A (ko) * 2007-07-10 2009-01-14 삼성전자주식회사 촬상 장치 및 촬상 장치의 감도 개선 방법
US10051210B2 (en) * 2011-06-10 2018-08-14 Flir Systems, Inc. Infrared detector array with selectable pixel binning systems and methods
US20200068145A1 (en) * 2018-08-21 2020-02-27 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Multi-resolution uncooled microbolometer focal plane array

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