(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022119186
(43)【公開日】2022-08-16
(54)【発明の名称】センサ装置及びセンサ装置を含むモバイル機器
(51)【国際特許分類】
A61B 5/0245 20060101AFI20220808BHJP
A61B 5/1455 20060101ALI20220808BHJP
G01N 21/27 20060101ALI20220808BHJP
【ＦＩ】
A61B5/0245 100B
A61B5/1455
G01N21/27 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021208077
(22)【出願日】2021-12-22
(31)【優先権主張番号】10-2021-0015316
(32)【優先日】2021-02-03
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(71)【出願人】
【識別番号】390019839
【氏名又は名称】三星電子株式会社
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ－ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ－ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(74)【代理人】
【識別番号】100135079
【弁理士】
【氏名又は名称】宮崎 修
(72)【発明者】
【氏名】鄭 成珍
(72)【発明者】
【氏名】嚴 龍
(72)【発明者】
【氏名】柳 承材
【テーマコード（参考）】
2G059
4C017
4C038
【Ｆターム（参考）】
2G059AA05
2G059AA06
2G059BB08
2G059BB13
2G059CC18
2G059EE02
2G059EE13
2G059FF04
2G059FF06
2G059GG07
2G059JJ03
2G059KK03
2G059MM01
2G059MM07
2G059MM09
2G059NN09
2G059PP10
4C017AA08
4C017AA10
4C017AB02
4C017AB08
4C017AC28
4C017BC11
4C017BC20
4C017BD01
4C017BD04
4C017EE01
4C017FF05
4C017FF17
4C038KK01
4C038KL07
4C038KX02
4C038VA05
4C038VB12
4C038VB40
4C038VC01
(57)【要約】
【課題】複数のフォトダイオードが生成した電流信号をエンコーディングして１つの信号処理モジュールが信号処理し、信号処理モジュールの出力を電流信号に対応するデータ信号にデコーディングすることにより、ノイズ特性を改善することができるセンサ装置及びこれを含むモバイル機器を提供する。
【解決手段】本発明の一実施例に係るセンサ装置は、光に反応して電流信号を生成する複数のフォトダイオードを有するセンサアレイ、電流信号をエンコーディングして複数のアナログ信号を生成し、複数のアナログ信号を順に出力するエンコーダ、エンコーダから受信した複数のアナログ信号を信号処理してデジタル信号を生成する信号処理モジュール、及び信号処理モジュールから受信したデジタル信号をデコーディングして電流信号に対応する複数のデータ信号を生成するデコーダを含む。
【選択図】図６
【解決手段】本発明の一実施例に係るセンサ装置は、光に反応して電流信号を生成する複数のフォトダイオードを有するセンサアレイ、電流信号をエンコーディングして複数のアナログ信号を生成し、複数のアナログ信号を順に出力するエンコーダ、エンコーダから受信した複数のアナログ信号を信号処理してデジタル信号を生成する信号処理モジュール、及び信号処理モジュールから受信したデジタル信号をデコーディングして電流信号に対応する複数のデータ信号を生成するデコーダを含む。
【選択図】図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光に反応して電流信号を生成する複数のフォトダイオードを有するセンサアレイと、
前記電流信号をエンコーディングして複数のアナログ信号を生成し、前記複数のアナログ信号を順に出力する、エンコーダと、
前記エンコーダから受信した前記複数のアナログ信号を信号処理してデジタル信号を生成する信号処理モジュールと、
前記信号処理モジュールから受信した前記デジタル信号をデコーディングして前記電流信号に対応する複数のデータ信号を生成するデコーダと、を含む、
センサ装置。
前記電流信号をエンコーディングして複数のアナログ信号を生成し、前記複数のアナログ信号を順に出力する、エンコーダと、
前記エンコーダから受信した前記複数のアナログ信号を信号処理してデジタル信号を生成する信号処理モジュールと、
前記信号処理モジュールから受信した前記デジタル信号をデコーディングして前記電流信号に対応する複数のデータ信号を生成するデコーダと、を含む、
センサ装置。
【請求項2】
前記データ信号は、心拍数、血中酸素飽和度、及び血圧のうち少なくとも一つを生成するための生体情報を含む、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項3】
前記センサアレイは、身体の血管から反射された光に反応して前記電流信号を生成する、請求項１又は２に記載のセンサ装置。
【請求項4】
前記エンコーダは、所定の直交コードにより前記電流信号をエンコーディングして前記アナログ信号を生成し、
前記デコーダは、前記直交コードの逆行列により前記デジタル信号をデコーディングして前記データ信号を生成する、
請求項１～３のうちのいずれか１項に記載のセンサ装置。
前記デコーダは、前記直交コードの逆行列により前記デジタル信号をデコーディングして前記データ信号を生成する、
請求項１～３のうちのいずれか１項に記載のセンサ装置。
【請求項5】
前記複数のフォトダイオードの個数は、Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）であり、前記直交コードは、Ｎ×Ｎ行列として定義される、請求項４に記載のセンサ装置。
【請求項6】
前記エンコーダは、前記複数のフォトダイオードと前記信号処理モジュールの入力端との間に連結され、前記アナログ信号のそれぞれに所定の係数をかける乗算器を含む、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項7】
前記信号処理モジュールは、ポジティブ入力端及びネガティブ入力端を含み、
前記エンコーダは、前記複数のフォトダイオードと前記ポジティブ入力端との間に連結される複数のポジティブスイッチ、及び前記複数のフォトダイオードと前記ネガティブ入力端との間に連結される複数のネガティブスイッチを含む、
請求項１に記載のセンサ装置。
前記エンコーダは、前記複数のフォトダイオードと前記ポジティブ入力端との間に連結される複数のポジティブスイッチ、及び前記複数のフォトダイオードと前記ネガティブ入力端との間に連結される複数のネガティブスイッチを含む、
請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項8】
前記複数のフォトダイオードのうち一つに連結された前記ポジティブスイッチがオンにされると、前記複数のフォトダイオードのうちの残りに連結された前記ネガティブスイッチがオンにされる、請求項７に記載のセンサ装置。
【請求項9】
前記複数のフォトダイオードが前記アナログ信号を出力する間、前記複数のポジティブスイッチが順にオンにされる、請求項８に記載のセンサ装置。
【請求項10】
光を放出する発光部をさらに含み、
前記発光部がオンにされる発光時間は、複数の単位時間を含み、
前記エンコーダは、前記複数の単位時間のそれぞれにおいて、前記電流信号のうち少なくとも一部に互いに異なる係数をかけて加算することで、前記アナログ信号を順に生成する、
請求項１～９のうちのいずれか１項に記載のセンサ装置。
前記発光部がオンにされる発光時間は、複数の単位時間を含み、
前記エンコーダは、前記複数の単位時間のそれぞれにおいて、前記電流信号のうち少なくとも一部に互いに異なる係数をかけて加算することで、前記アナログ信号を順に生成する、
請求項１～９のうちのいずれか１項に記載のセンサ装置。
【請求項11】
前記複数の単位時間のそれぞれの長さは、前記信号処理モジュールが前記アナログ信号のそれぞれをデジタルドメインに変換する時間に対応する、請求項１０に記載のセンサ装置。
【請求項12】
光に反応して電流信号を生成する複数のフォトダイオードと、
前記フォトダイオードと複数のアナログチャンネルを介して連結され、所定の直交コードにより動作する、乗算器及び加算器を含み、前記電流信号をエンコーディングした複数のアナログ信号を１つの入力チャンネルを介して順に出力する、エンコーダと、
前記入力チャンネルに連結される入力端を含み、出力端を介して前記アナログ信号に対応する複数のデジタル信号を連続的に出力する、信号処理モジュールと、
前記出力端に連結され、前記直交コードに対応する直交行列の逆行列により前記デジタル信号をデコーディングした複数のデータ信号を複数のデジタルチャンネルを介してそれぞれ出力する、デコーダと、
前記データ信号を利用して前記電流信号に対応する情報を生成するプロセッサと、を含む、
センサ装置。
前記フォトダイオードと複数のアナログチャンネルを介して連結され、所定の直交コードにより動作する、乗算器及び加算器を含み、前記電流信号をエンコーディングした複数のアナログ信号を１つの入力チャンネルを介して順に出力する、エンコーダと、
前記入力チャンネルに連結される入力端を含み、出力端を介して前記アナログ信号に対応する複数のデジタル信号を連続的に出力する、信号処理モジュールと、
前記出力端に連結され、前記直交コードに対応する直交行列の逆行列により前記デジタル信号をデコーディングした複数のデータ信号を複数のデジタルチャンネルを介してそれぞれ出力する、デコーダと、
前記データ信号を利用して前記電流信号に対応する情報を生成するプロセッサと、を含む、
センサ装置。
【請求項13】
前記エンコーダは、前記電流信号に前記直交コードから決定されるエンコーディング係数をかけて加算することで、前記アナログ信号を生成する、請求項１２に記載のセンサ装置。
【請求項14】
前記エンコーディング係数のそれぞれは０ではない、請求項１３に記載のセンサ装置。
【請求項15】
前記エンコーディング係数のうち一つは１であり、前記エンコーディング係数のうち残りは－１である、請求項１４に記載のセンサ装置。
【請求項16】
前記デコーダは、前記デジタル信号に前記直交コードから決定されるデコーディング係数をかけて加算することで、前記データ信号を生成する、請求項１３～１５のうちのいずれか１項に記載のセンサ装置。
【請求項17】
前記デコーディング係数のそれぞれの絶対値は、前記エンコーディング係数のそれぞれの絶対値よりも小さい、請求項１６に記載のセンサ装置。
【請求項18】
前記エンコーダは、前記アナログチャンネルのそれぞれに連結される乗算器、及び前記入力チャンネルに連結される加算器を含む、請求項１２に記載のセンサ装置。
【請求項19】
前記デコーダは、前記デジタルチャンネルのそれぞれに連結される加算器と減算器、及び累算器を含む、請求項１２に記載のセンサ装置。
【請求項20】
基板と、
前記基板の第１面に実装され、オブジェクトから入射する光に反応して電流信号を生成する、複数のフォトダイオードと、
前記第１面または前記第１面と向き合う前記基板の第２面に実装され、前記電流信号を複数のデータ信号に変換する、信号処理装置と、
前記データ信号を利用して生体情報を取得するプロセッサと、を含み、
前記信号処理装置は、複数の入力チャンネルを介して受信した前記電流信号を利用して生成した複数のアナログ信号を順に複数のデジタル信号に変換し、前記デジタル信号を利用して前記データ信号を生成する、
モバイル機器。
前記基板の第１面に実装され、オブジェクトから入射する光に反応して電流信号を生成する、複数のフォトダイオードと、
前記第１面または前記第１面と向き合う前記基板の第２面に実装され、前記電流信号を複数のデータ信号に変換する、信号処理装置と、
前記データ信号を利用して生体情報を取得するプロセッサと、を含み、
前記信号処理装置は、複数の入力チャンネルを介して受信した前記電流信号を利用して生成した複数のアナログ信号を順に複数のデジタル信号に変換し、前記デジタル信号を利用して前記データ信号を生成する、
モバイル機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、センサ装置及びセンサ装置を含むモバイル機器に関するものである。
【背景技術】
【0002】
最近では、ウェアラブルデバイスはもちろん、様々なモバイル機器などに生体情報を収集してユーザに有益なサービスを提供することができるバイオセンサなどのセンサ装置が搭載される傾向にある。生体情報を収集するためのセンサ装置は、光に反応して電荷を生成するフォトダイオードを含むことができ、フォトダイオードが生成した電荷を信号処理して生体情報を判断することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
本発明の技術的思想が解決しようとする課題の一つは、複数のフォトダイオードが生成した電流信号をエンコーディングして１つの信号処理モジュールが信号処理し、信号処理モジュールの出力を電流信号に対応するデータ信号にデコーディングすることにより、ノイズ特性を改善することができるセンサ装置及びセンサ装置を含むモバイル機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0004】
本発明の一実施例に係るセンサ装置は、光に反応して電流信号を生成する複数のフォトダイオードを有するセンサアレイ、電流信号をエンコーディングして複数のアナログ信号を生成し、複数のアナログ信号を順に出力するエンコーダ、エンコーダから受信した複数のアナログ信号を信号処理してデジタル信号を生成する信号処理モジュール、及び信号処理モジュールから受信したデジタル信号をデコーディングして電流信号に対応する複数のデータ信号を生成するデコーダを含む。
【0005】
本発明の一実施例に係るセンサ装置は、光に反応して電流信号を生成する複数のフォトダイオード、フォトダイオードと複数のアナログチャンネルを介して連結され、所定の直交コードにより動作する乗算器及び加算器を含み、電流信号をエンコーディングした複数のアナログ信号を１つの入力チャンネルを介して順に出力するエンコーダ、入力チャンネルに連結される入力端を含み、出力端を介してアナログ信号に対応する複数のデジタル信号を連続的に出力する信号処理モジュール、出力端に連結され、直交コードに対応する直交行列の逆行列によってデジタル信号をデコーディングした複数のデータ信号を複数のデジタルチャンネルを介してそれぞれ出力するデコーダ、及びデータ信号を利用して電流信号に対応する情報を生成するプロセッサを含む。
【0006】
本発明の一実施例に係るモバイル機器は、基板、基板の第１面に実装され、オブジェクトから入射する光に反応して電流信号を生成する、複数のフォトダイオード、第１面または第１面と向き合う基板の第２面に実装され、電流信号を複数のデータ信号に変換する、信号処理装置、及びデータ信号を利用して生体情報を取得するプロセッサを含み、信号処理装置は、複数の入力チャンネルを介して受信した電流信号を利用して生成した複数のアナログ信号を順に複数のデジタル信号に変換し、デジタル信号を用いてデータ信号を生成する。
【発明の効果】
【0007】
本発明の一実施例によると、複数のフォトダイオードが出力する電流信号をエンコーディングして１つの信号処理モジュールに入力し、信号処理モジュールが出力する信号をデコーディングして電流信号に対応するデータ信号を生成することができる。したがって、電流信号をデータ信号に変換する過程で、データ信号に反映されるノイズを減少させ、信号に対する雑音比などのノイズ特性を改善することができる。
【0008】
本発明の多様でありながらも有意義な利点及び効果は、上述した内容に限定されず、本発明の具体的な実施形態を説明する過程で、より容易に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の一実施例に係るモバイル機器を簡略に示した図面である。
【図2】本発明の一実施例に係るモバイル機器を簡略に示した図面である。
【図3】本発明の一実施例に係るセンサ装置を簡略に示した図面である。
【図4】本発明の一実施例に係るセンサ装置の動作を説明するための図面である。
【図5】本発明の一実施例に係るセンサ装置を簡略に示した図面である。
【図6】本発明の一実施例に係るモバイル機器を簡略に示したブロック図である。
【図7】本発明の一実施例に係るセンサ装置を簡略に示したブロック図である。
【図8】本発明の一実施例に係るセンサ装置に含まれる信号処理モジュールを簡略に示した図面である。
【図9】本発明の一実施例に係るセンサ装置を簡略に示した図面である。
【図10】本発明の一実施例に係るセンサ装置の動作を説明するために提供されるタイミングダイアグラムである。
【図11a】本発明の一実施例に係るセンサ装置の動作を説明するために提供される図面である。
【図11b】本発明の一実施例に係るセンサ装置の動作を説明するために提供される図面である。
【図12a】本発明の一実施例に係るセンサ装置の動作を説明するために提供される図面である。
【図12b】本発明の一実施例に係るセンサ装置の動作を説明するために提供される図面である。
【図13】本発明の一実施例に係るセンサ装置の動作を説明するために提供されるグラフである。
【図14】本発明の一実施例に係るセンサ装置を簡略に示した図面である。
【図15】本発明の一実施例に係るセンサ装置を説明するための比較例である。
【図16】本発明の一実施例に係るセンサ装置を説明するための比較例である。
【図17】本発明の一実施例に係るセンサ装置を説明するための比較例である。
【図18】本発明の一実施例に係るモバイル機器を簡略に示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、添付された図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を、以下のように説明する。
【0011】
【0012】
まず、図１を参照すると、モバイル機器１０は、時計タイプのウェアラブル装置に実現されることができる。モバイル機器１０は、本体１１、及びユーザの身体、例えば、手首にモバイル機器１０を固定する固定部であるストラップ１２などを含むことができる。本体１１の前面には、画面を出力するディスプレイが設けられ、時間情報、受信メッセージ情報などを含む、様々なアプリケーションの画面が表示されることができる。実施例によって、本体１１の前面と側面とのうち少なくとも一つには、ユーザの入力を受信し、これを処理する入力装置１３が設けられることができる。入力装置１３は、機械式キー、タッチパネルなどを含むことができる。
【0013】
ユーザの身体と接触する本体１１の後面には、センサ装置１４が配置されることができる。センサ装置１４は、ストラップ１２などにより本体１１が固定されるユーザの身体、例えば、ユーザの手首などに光を放出する光源と、ユーザから反射される光に反応して電流信号を生成する少なくとも一つのフォトダイオード、及び電流信号を処理する信号処理モジュールなどを含むことができる。一例として、モバイル機器１０は、センサ装置１４が出力するデータ信号を利用してユーザの心拍数、血中酸素飽和度、血圧などの生体情報を判断することができる。
【0014】
次に、図２を参照すると、モバイル機器２０は、イヤー（ｅａｒ）ウェアラブル装置としても実現されることができる。図２を参照すると、モバイル機器２０は、ユーザの身体に固定される固定部であるイヤーストラップ２１を含み、ユーザはイヤーストラップ２１を耳介にかけてモバイル機器２０を着用することができる。ユーザがモバイル機器２０を着用した状態で、本体は、ユーザの外耳道に挿入されることができる。
【0015】
モバイル機器２０の本体またはイヤーストラップ２１などには、センサ装置が搭載されることができる。一例として、センサ装置は、ユーザの肌と接触するイヤーストラップ２１に備えられ、ユーザの身体に光を出力し、ユーザの身体から反射された光を感知してデジタル信号を出力することができる。モバイル機器２０は、デジタル信号を利用してユーザの生体情報を判断し、生体情報を利用する様々なアプリケーションを提供することができる。
【0016】
図３は、本発明の一実施例に係るセンサ装置を簡略に示した図面である。
【0017】
図３を参照すると、本発明の一実施例に係るセンサ装置３０は、ユーザの身体４０に近接した形で動作し、発光部３１及びセンサアレイ３２を含むことができる。センサアレイ３２は、複数のセンシング素子３３を含み、一例として、複数のセンシング素子のそれぞれは、フォトダイオードを含むことができる。一例として、センサ装置３０は、複数のフォトダイオードを含むマルチチャンネル光センサとして、ＰＰＧ（Ｐｈｏｔｏｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｐｈｙ）センサまたはスペクトロメータであることができる。
【0018】
図３に示したように、発光部３１は、ユーザの身体４０に向かって光を放出することができる。発光部３１は、少なくとも一つの光源を含み、実施例によって光源は、特定の波長帯域の光を放出することができる。一例として、光源が放出する光の波長帯域は、センサ装置３０を利用して判断しようとする生体情報に応じて異なることができる。
【0019】
例えば、ユーザの身体４０から心拍数を判断しようとする場合、緑色波長帯域の光を出力する光源が発光部３１に含まれることができる。他の例示において、ユーザの身体４０から血中酸素飽和度を判断しようとする場合、赤色波長帯域及び赤外線波長帯域の光を出力する光源が発光部３１に含まれることができる。互いに異なる波長帯域の光を放出する複数の光源で発光部３１を構成することができ、判断しようとする生体情報に応じて光源のうち少なくとも一つを動作させ、センサアレイ３２からの信号を取得することができる。
【0020】
一実施例において、センサアレイ３２は、マトリックス形態に配置される複数のセンシング素子３３を含むことができる。但し、実施例によってセンシング素子３３の配置形態は多様に変形されることができる。センシング素子３３のそれぞれは、フォトダイオードを含み、フォトダイオードは、光に反応して電流信号を生成することができる。センサ装置３０に含まれる信号処理モジュールは、電流信号を処理してデジタル信号を生成し、センサ装置３０が搭載されたモバイル機器のプロセッサがデジタル信号を利用して生体情報を判断することができる。
【0021】
図４は、本発明の一実施例に係るセンサ装置の動作を説明するための図面である。
【0022】
図４を参照すると、本発明の一実施例に係るセンサ装置のセンサアレイ５０は、フィルタレイヤー５１及びフォトダイオードレイヤー５２を含むことができる。フィルタレイヤー５１は、複数のカラーフィルタを含み、フォトダイオードレイヤー５２は、複数のフォトダイオードを含むことができる。
【0023】
発光部が放出してユーザの身体、例えば、身体内部の血管などから反射された光は、図４に示した第１グラフ６０のように、すべての波長帯域で現れることができる。但し、上述のように、センサ装置を利用して判断しようとする生体情報の種類に応じて、特定の波長帯域の光を選択的に利用することができ、このために、センサアレイ５０がフィルタレイヤー５１を含むことができる。フィルタレイヤー５１は、第２グラフ７０のように特定の波長帯域の光を選択的に透過させてフォトダイオードレイヤー５２に伝達することができる。したがって、図４に示した一実施例に係るセンサアレイ５０を含むセンサ装置は、マルチ波長ＰＰＧセンサとして動作することができる。
【0024】
したがって、センサ装置の感度を改善することができ、すべての波長帯域の光を放出する光源で発光部を構成し、フィルタレイヤー５１を介して選択的に必要な波長帯域の光をフォトダイオードに入射させることで、一つの光源で様々な生体情報を判断することができるセンサ装置を実現することもできる。このため、複数のカラーフィルタのうち少なくとも一部は、互いに異なる波長帯域の光を通過させることができる。
【0025】
一例として、複数のカラーフィルタのうち第１カラーフィルタ５１Ａは、緑色波長帯域の光のみを通過させることができる。第１カラーフィルタ５１Ａは、赤外線遮断フィルタ、及び緑色波長帯域の光だけを通過させる緑色カラーフィルタが積層された構造を有することができる。したがって、発光部の光源が放出して血管などで反射された光のうち緑色波長帯域の光のみが第１カラーフィルタ５１Ａの下部の第１フォトダイオード５２Ａに入射することができる。センサ装置が搭載されたモバイル機器のプロセッサは、第１フォトダイオード５２Ａが出力する電流信号を利用してユーザの心拍数、脈拍などを判断することができる。
【0026】
一方、複数のカラーフィルタのうち第２カラーフィルタ５１Ｂは、赤色波長帯域の光のみを通過させることができ、第３カラーフィルタ５１Ｃは、赤外線波長帯域の光のみを通過させることができる。したがって、発光部の光源が放出して血管などで反射された光のうち赤色波長帯域の光が第２カラーフィルタ５１Ｂの下部の第２フォトダイオード５２Ｂに入射し、赤外線波長帯域の光が第３カラーフィルタ５１Ｃの下部の第３フォトダイオード５２Ｃに入射することができる。センサ装置が搭載されたモバイル機器のプロセッサは、第２フォトダイオード５２Ｂ及び第３フォトダイオード５２Ｃが出力する電流信号を利用してユーザの血中酸素飽和度を判断することができる。
【0027】
様々な生体情報を一つのセンサ装置で判断するために、図４を参照して説明したように、フィルタレイヤー５１とフォトダイオードレイヤー５２でセンサアレイ５０を構成することができる。図４に示した一実施例に係るセンサアレイ５０が出力する電流信号を処理して所望の生体情報を判断するために、フォトダイオードレイヤー５２に含まれるフォトダイオードが電流信号を処理する信号処理モジュールと複数のチャンネルを介して連結されることができる。信号処理モジュールは、複数のチャンネルを介して受信する電流信号を独立して処理してデジタル信号を生成するように構成されることができるが、この場合、信号処理モジュールが占める面積及び信号処理モジュールの消耗電極などが増加することがある。
【0028】
本発明の一実施例では、一つの信号処理モジュールでセンサアレイ５０が生成する電流信号を処理することができるセンサ装置を提案する。本発明の一実施例に係るセンサ装置は、信号処理モジュールの入力端とセンサアレイ５０との間に連結されるエンコーダ及び信号処理モジュールの出力端に連結されるデコーダを含むことができる。エンコーダは、複数のチャンネルを介して受信した電流信号をエンコーディングしてアナログ信号を生成し、アナログ信号を順に信号処理モジュールに入力することができる。信号処理モジュールがアナログ信号を順に処理してデジタル信号を出力すると、デコーダは、デジタル信号を利用して複数のチャンネルに対応するデータ信号を生成することができる。したがって、１つの信号処理モジュールで複数のチャンネルを介して受信する電流信号を処理することができ、センサ装置の面積及び消費電力などを減少させることができる。また、信号処理モジュールが電流信号をデータ信号に変換する過程で発生するノイズの影響を低減することができる。
【0029】
図５は、本発明の一実施例に係るセンサ装置を簡略に示した図面である。
【0030】
図５を参照すると、本発明の一実施例に係るセンサ装置１００は、基板１０１、基板１０１の第１面に実装される光源１１０、光源１１０と一緒に第１面に実装される複数のフォトダイオード１２０、及び信号処理装置１３０などを含むことができる。実施例によって信号処理装置１３０は、基板１０１の第１面と向き合う第２面に実装されることもできる。基板１０１は、コネクタ１４０を含むことができ、コネクタ１４０を介してセンサ装置１００が搭載されるモバイル機器のプロセッサとセンサ装置１００が互いに電気的に連結されることができる。
【0031】
図５に示した一実施例において、フォトダイオード１２０は、光源１１０の周辺に分散配置されることができる。但し、これは一つの実施例に過ぎず、フォトダイオード１２０の個数及び位置は多様に変形されることができる。一方、上述したように、フォトダイオード１２０の上部には、特定の波長帯域の光を選択的に透過させるカラーフィルタがさらに配置されることもできる。
【0032】
図５を参照すると、センサ装置１００が４つのフォトダイオード１２０を含み、信号処理装置１３０は、４つのチャンネルを介してフォトダイオード１２０から電流信号を受信することができる。信号処理装置１３０は、４つのチャンネルを介して電流信号を受信するエンコーダ、エンコーダが出力するアナログ信号を順に処理してデジタル信号を出力する信号処理モジュール、及び信号処理モジュールが出力するデジタル信号を利用して４つのチャンネルに対応するデータ信号を復元するデコーダなどを含むことができる。
【0033】
図６は、本発明の一実施例に係るモバイル機器を簡略に示したブロック図である。
【0034】
図６を参照すると、本発明の一実施例に係るモバイル機器２００は、センサ装置２１０及びプロセッサ２２０を含むことができる。プロセッサ２２０は、モバイル機器２００の動作の全般を制御する半導体装置であって、センサ装置２１０の動作を制御し、センサ装置２１０が出力するデジタル信号を利用してオブジェクトＯＢＪに関連する情報を判断することができる。一例として、オブジェクトＯＢＪが人の身体である場合、プロセッサは心拍数、血中酸素飽和度、血圧などの情報を判断し、それに基づいた様々なアプリケーションを実行することができる。
【0035】
センサ装置２１０は、光源２１１、光源ドライバ２１２、センサアレイ２１３、信号処理装置２１４などを含むことができる。光源２１１は、光源ドライバ２１２が出力する光制御信号に応答してオブジェクトＯＢＪに向かって光を放出することができる。一例として、光源ドライバ２１２が光源２１１に出力する光制御信号は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号であることができる。したがって、光源２１１は、センサ装置２１０が活性化して動作する間、オン／オフを繰り返すことができる。
【0036】
センサアレイ２１３は、複数のフォトダイオードＰＤを含み、実施例によってフォトダイオードＰＤに所定の波長帯域の光を選択的に入射させるカラーフィルタをさらに含むこともできる。フォトダイオードＰＤは、光源２１１が放出し、オブジェクトＯＢＪで反射された光に反応して電流信号を生成することができる。但し、実施例によって光源２１１が省略されることができ、この場合、フォトダイオードＰＤは、オブジェクトＯＢＪなどから入射された光に反応して電流信号を生成することができる。
【0037】
信号処理装置２１４は、電流信号をデジタル信号に変換して、プロセッサ２２０に出力することができる。センサ装置２１０が活性化して動作する間、光源２１１が所定の周波数でオン／オフを繰り返すことができるため、信号処理装置２１４は、光源ドライバ２１２と同期化して光源２１１がオンにされる時間の間フォトダイオードＰＤから電流信号を獲得することができる。
【0038】
図７は、本発明の一実施例に係るセンサ装置を簡略に示したブロック図である。
【0039】
図７を参照すると、本発明の一実施例に係るセンサ装置３００は、複数のフォトダイオードＰＤ１～ＰＤ４、信号処理モジュール３１０、エンコーダ３２０及びデコーダ３３０などを含むことができる。フォトダイオードＰＤ１～ＰＤ４は、外部から入射する光に反応して電流信号Ｉ１～Ｉ４を生成することができる。一例として、フォトダイオードＰＤ１～ＰＤ４は、別の光源から放出されてオブジェクトで反射された光に反応して電流信号Ｉ１～Ｉ４を生成することができ、オブジェクトは、ユーザの身体の一部であることができる。電流信号Ｉ１～Ｉ４は、複数のアナログチャンネルＡＣＨ１～ＡＣＨ４を介してエンコーダ３２０に入力されることができる。
【0040】
エンコーダ３２０は、アナログチャンネルＡＣＨ１～ＡＣＨ４を介してフォトダイオードＰＤ１～ＰＤ４と連結され、１つの入力チャンネルＩＣＨを介して信号処理モジュール３１０の入力端に連結されることができる。エンコーダ３２０は、電流信号Ｉ１～Ｉ４をエンコーディングしてアナログ信号を生成し、入力チャンネルＩＣＨを介してアナログ信号を順に信号処理モジュール３１０に入力することができる。したがって、信号処理モジュール３１０は、入力チャンネルＩＣＨを介してアナログ信号を順に受信することができる。エンコーダ３２０によってエンコーディングされたアナログ信号のそれぞれは、電流信号Ｉ１～Ｉ４を成分として構成された信号であることができ、所定の直交コードにより電流信号Ｉ１～Ｉ４をエンコーディングした信号であることができる。
【0041】
信号処理モジュール３１０は、順に入力されたアナログ信号を信号処理してデジタル信号を生成することができる。一例として、エンコーダ３２０は、４つの電流信号Ｉ１～Ｉ４を利用して、４つのアナログ信号を生成することができ、信号処理モジュール３１０は、４つのアナログ信号をデジタルドメインに変換して４つのデジタル信号を出力することができる。信号処理モジュール３１０は、出力端に連結された一つの出力チャンネルＯＣＨを介してデコーダ３３０に４つのデジタル信号を順に出力することができる。
【0042】
デコーダ３３０は、デジタル信号を利用してデータ信号ＤＡＴＡ１～ＤＡＴＡ４を生成することができる。データ信号ＤＡＴＡ１～ＤＡＴＡ４は、複数のデジタルチャンネルＤＣＨ１～ＤＣＨ４を介してそれぞれ出力され、電流信号Ｉ１～Ｉ４をデジタルドメインにそれぞれ変換した信号であることができる。例えば、第１データ信号ＤＡＴＡ１は、第１電流信号Ｉ１をデジタルドメインに変換した信号であることができ、第２データ信号ＤＡＴＡ２は、第２電流信号Ｉ２をデジタルドメインに変換した信号である。
【0043】
デコーダ３３０は、エンコーダ３２０が電流信号Ｉ１～Ｉ４をエンコーディングしてアナログ信号を生成する際に用いた直交コードを参照して、データ信号ＤＡＴＡ１～ＤＡＴＡ４を生成することができる。一例として、デコーダ３３０は、直交コードに対応する直交行列の逆行列を利用して、デジタル信号からデータ信号ＤＡＴＡ１～ＤＡＴＡ４を復元することができる。
【0044】
信号処理モジュール３１０は、アナログ－フロントエンド（Ａｎａｌｏｇ－Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ）モジュールであることができる。信号処理モジュール３１０は、電流信号Ｉ１～Ｉ４から生成されたアナログ信号を電圧に変換する電流－電圧コンバータ、アナログ信号を増幅する増幅器、及びアナログ－デジタルコンバータ（Ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ、ＡＤＣ）などを含むことができる。以下、図８を参照して、さらに詳しく説明する。
【0045】
図８は、本発明の一実施例に係るセンサ装置に含まれる信号処理モジュールを簡略に示した図面である。
【0046】
図８を参照すると、本発明の一実施例に係る信号処理モジュール３１０は、電流－電圧コンバータ３１１、増幅器３１２、及びアナログ－デジタルコンバータ３１３などを含むことができる。電流－電圧コンバータ３１１は、入力チャンネルＩＣＨを介して順に受信するアナログ信号を電圧に変換する回路であり、一例として、演算増幅器及びフィードバック抵抗などを含むことができる。電流－電圧コンバータ３１１の出力は、増幅器３１２に伝達され、増幅器３１２は、プログラマブルゲイン増幅器（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｉｎ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を含むことができる。
【0047】
アナログ－デジタルコンバータ３１３は、増幅器３１２が出力する信号をデジタルドメインに変換してデジタル信号を生成し、出力チャンネルＯＣＨに送り出すことができる。信号処理モジュール３１０の動作において、信号処理モジュール３１０の入力端に連結されるエンコーダによってアナログ信号が順に入力され、アナログ－デジタルコンバータ３１３は、アナログ信号に対応するデジタル信号を順に出力することができる。
【0048】
図９は、本発明の一実施例に係るセンサ装置を簡略に示した図面である。
【0049】
図９を参照すると、本発明の一実施例に係るセンサ装置４００は、信号処理モジュール４１０、エンコーダ４２０及びデコーダ４３０などを含むことができる。エンコーダ４２０は、複数のフォトダイオードＰＤ１～ＰＤ４と連結され、電流信号Ｉ１～Ｉ４をエンコーディングしてアナログ信号ＡＩＮを生成することができる。アナログ信号ＡＩＮは順に信号処理モジュール４１０に入力されることができる。
【0050】
信号処理モジュール４１０は、アナログ信号ＡＩＮをデジタル変換してデジタル信号ＤＯＵＴを生成することができる。デジタル信号ＤＯＵＴはデコーダ４３０に入力され、デコーダ４３０は、デジタル信号ＤＯＵＴを利用してデータ信号ＤＡＴＡ１～ＤＡＴＡ４を生成することができる。一例として、データ信号ＤＡＴＡ１～ＤＡＴＡ４は、フォトダイオードＰＤ１～ＰＤ４が生成する電流信号Ｉ１～Ｉ４にそれぞれ対応することができる。
【0051】
図９に示した一実施例において、エンコーダ４２０は、複数の乗算器４２１～４２４及び加算器４２５を含むことができる。乗算器４２１～４２４は、エンコーディング係数ＥＮＣ１～ＥＮＣ４がそれぞれ入力され、電流信号Ｉ１～Ｉ４にエンコーディング係数ＥＮＣ１～ＥＮＣ４をかけて出力することができる。エンコーディング係数ＥＮＣ１～ＥＮＣ４は０ではないことができる。加算器４２５は、エンコーディング係数ＥＮＣ１～ＥＮＣ４と電流信号Ｉ１～Ｉ４の乗算信号を加算してアナログ信号ＡＩＮを生成することができる。エンコーディング係数ＥＮＣ１～ＥＮＣ４は、エンコーダ４２０が電流信号Ｉ１～Ｉ４をエンコーディングして、アナログ信号ＡＩＮを生成する際に利用する直交コードによって決定されることができる。
【0052】
一例として、複数のフォトダイオードＰＤ１～ＰＤ４が電流信号Ｉ１～Ｉ４を出力する間、エンコーディング係数ＥＮＣ１～ＥＮＣ４の値が変わることができる。フォトダイオードＰＤ１～ＰＤ４の個数が４つである場合、エンコーダ４２０は、電流信号Ｉ１～Ｉ４が出力される時間を４つの単位時間に区分し、単位時間においてエンコーディング係数ＥＮＣ１～ＥＮＣ４のうち少なくとも一つを互いに異なる値で設定することができる。エンコーディング係数ＥＮＣ１～ＥＮＣ４及びそれに伴うエンコーダ４２０の動作については、図１０を参照して後述する。
【0053】
また、図９を参照すると、デコーダ４３０は、複数の乗算器４３１～４３４及び複数の累算器４３５～４３８を含むことができる。一例として、データ信号ＤＡＴＡ１～ＤＡＴＡ４を出力するデジタルチャンネルのそれぞれに、乗算器４３１～４３４のいずれか一つと累算器４３５～４３８のいずれか一つが割り当てられることができる。
【0054】
乗算器４３１～４３４は、デコーディング係数ＤＥＣ１～ＤＥＣ４がそれぞれ入力され、順に出力されるデジタル信号ＤＯＵＴのそれぞれにデコーディング係数ＤＥＣ１～ＤＥＣ４を乗算することができる。累算器４３５～４３８は、デコーディング係数ＤＥＣ１～ＤＥＣ４をかけたデジタル信号ＤＯＵＴを順に累積加算してデータ信号ＤＡＴＡ１～ＤＡＴＡ４を生成することができる。デコーディング係数ＤＥＣ１～ＤＥＣ４はエンコーダ４２０が利用する直交コードの逆行列によって決定されることができる。一実施例において、デコーディング係数ＤＥＣ１～ＤＥＣ４のそれぞれの絶対値は、エンコーディング係数ＥＮＣ１～ＥＮＣ４のそれぞれの絶対値よりも小さいことがある。
【0055】
【0056】
図１０は、本発明の一実施例に係るセンサ装置の動作を説明するために提供されるタイミングダイアグラムである。図１１ａ及び図１１ｂは、本発明の一実施例に係るセンサ装置の動作を説明するために提供される図面である。
【0057】
まず、図１０を参照すると、光制御信号によって光源がオンにされる発光時間ＴＯＮの間、フォトダイオードＰＤ１～ＰＤ４が電流信号Ｉ１～Ｉ４を出力することができる。センサ装置４００は、発光時間ＴＯＮを複数の単位時間Ｔ１～Ｔ４に区分することができ、エンコーダ４２０は、単位時間Ｔ１～Ｔ４のそれぞれにおいてエンコーディング係数ＥＮＣ１～ＥＮＣ４を調節し、アナログ信号ＡＩＮを生成することができる。
【0058】
一例として、第１単位時間Ｔ１の間、エンコーディング係数ＥＮＣ１～ＥＮＣ４を［＋１、－１、－１、－１］に決定することができる。したがって、第１単位時間Ｔ１の間に信号処理モジュール４１０に入力される第１アナログ信号ＡＩＮ１は、［Ｉ１－Ｉ２－Ｉ３－Ｉ４］に決定されることができる。次の第２単位時間Ｔ２の間にエンコーディング係数ＥＮＣ１～ＥＮＣ４は、［－１、＋１、－１、－１］に決定され、信号処理モジュール４１０には、［－Ｉ１＋Ｉ２－Ｉ３－Ｉ４］で定義される第２アナログ信号ＡＩＮ２が入力されることができる。同様に、第３単位時間Ｔ３の間に信号処理モジュール４１０に入力される第３アナログ信号ＡＩＮ３は、［－Ｉ１－Ｉ２＋Ｉ３－Ｉ４］で、第４単位時間Ｔ４の間に信号処理モジュール４１０に入力される第４アナログ信号ＡＩＮ４は、［－Ｉ１－Ｉ２－Ｉ３＋Ｉ４］で表すことができる。
【0059】
信号処理モジュール４１０は、第１～第４アナログ信号ＡＩＮ１～ＡＩＮ４を順にデジタルドメインに変換して第１～第４デジタル信号ＤＯＵＴ１～ＤＯＵＴ４を出力することができる。信号処理モジュール４１０が第１～第４アナログ信号ＡＩＮ１～ＡＩＮ４のそれぞれをデジタルドメインに変換する際にかかる時間により、第１～第４デジタル信号ＤＯＵＴ１～ＤＯＵＴ４の出力タイミングが図１０に示したように決定されることができる。但し、第１～第４アナログ信号ＡＩＮ１～ＡＩＮ４の入力時間と第１～第４デジタル信号ＤＯＵＴ１～ＤＯＵＴ４の出力時間の差である遅延時間は、信号処理モジュール４１０の構成に応じて多様に変形されることができる。
【0060】
エンコーダ４２０が電流信号Ｉ１～Ｉ４をエンコーディングして、アナログ信号ＡＩＮを生成する際に利用するエンコーディングコードは直交コードに基づいて生成されるコードであることができ、直交行列で表すことができる。一例として、図１０を参照して説明した一実施例において、エンコーディングコードは、下記数学式１のように表すことができる。エンコーディングコードの行は、単位時間Ｔ１～Ｔ４にそれぞれ対応し、列はエンコーディング係数ＥＮＣ１～ＥＮＣ４にそれぞれ対応することができる。数学式１に示したように、エンコーディング係数ＥＮＣ１～ＥＮＣ４は０ではないことができる。
【0061】
【数1】
【0062】
上述したように、デコーダ４３０がデジタル信号ＤＯＵＴからデータ信号ＤＡＴＡ１～ＤＡＴＡ４を復元する際に利用するデコーディング係数ＤＥＣ１～ＤＥＣ４は、直交行列の逆行列で表すデコーディングコードにより決定されることができる。一例として、数学式１に表したエンコーディングコードに対応するデコーディングコードは、下記数学式２のように表すことができる。デコーディングコードでの行は、デコーディング係数ＤＥＣ１～ＤＥＣ４にそれぞれ対応することができる。数学式１及び数学式２に示したように、デコーディング係数ＤＥＣ１～ＤＥＣ４のそれぞれの絶対値は、エンコーディング係数ＥＮＣ１～ＥＮＣ４のそれぞれの絶対値よりも小さいことがある。
【0063】
【数2】
【0064】
【0065】
まず、図１１ａはエンコーダ４２０の動作を説明するための図面であることができる。図１１ａを参照すると、フォトダイオードＰＤ１～ＰＤ４が生成する電流信号Ｉ１～Ｉ４が行列で表現され、エンコーディングコードと電流信号Ｉ１～Ｉ４の演算結果として、第１～第４アナログ信号ＡＩＮ１～ＡＩＮ４が生成されることができる。第１～第４アナログ信号ＡＩＮ１～ＡＩＮ４は、順に信号処理モジュール４１０に入力され、信号処理モジュール４１０は、第１～第４アナログ信号ＡＩＮ１～ＡＩＮ４のそれぞれをデジタルに変換して第１～第４デジタル信号ＤＯＵＴ１～ＤＯＵＴ４を順に出力することができる。
【0066】
一実施例において、信号処理モジュール４１０が第１～第４アナログ信号ＡＩＮ１～ＡＩＮ４をデジタルに変換する動作中にノイズが発生することがある。したがって、第１～第４デジタル信号ＤＯＵＴ１～ＤＯＵＴ４のそれぞれは、所定のノイズ成分ＶＮを含むことがある。図１１ａに示した一実施例では、第１～第４デジタル信号ＤＯＵＴ１～ＤＯＵＴ４のそれぞれが同一大きさのノイズ成分ＶＮを含むものと示したが、実施例によって第１～第４デジタル信号ＤＯＵＴ１～ＤＯＵＴ４のうち少なくとも一部においてノイズ成分ＶＮの大きさが異なることもある。
【0067】
次に、図１１ｂはデコーダ４３０の動作を説明するための図面である。図１１ｂを参照すると、デコーダ４３０の動作は、デコーディングコードで表すことができる。まず、信号処理モジュール４１０が第１デジタル信号ＤＯＵＴ１を出力する間、デジタル係数ＤＥＣ１～ＤＥＣ４は、［＋１／４、－１／４、－１／４、－１／４］に定義されることができる。したがって、第１累算器４３５には、＋１／４×ＤＯＵＴ１が入力され、第２～第４累算器４３６～４３８には、－１／４×ＤＯＵＴ１がそれぞれ入力されることができる。
【0068】
次に信号処理モジュール４１０が第２デジタル信号ＤＯＵＴ２を出力する間、デジタル係数ＤＥＣ１～ＤＥＣ４は、［－１／４、＋１／４、－１／４、－１／４］に決定されることができる。したがって、第２累算器４３６には、＋１／４×ＤＯＵＴ２が入力され、第１、第３及び第４累算器４３５、４３７、４３８には、－１／４×ＤＯＵＴ２がそれぞれ入力されることができる。信号処理モジュール４１０が第３デジタル信号ＤＯＵＴ３を出力する間、デジタル係数ＤＥＣ１～ＤＥＣ４は、［－１／４、－１／４、＋１／４、－１／４］に決定され、第３累算器４３７には、＋１／４×ＤＯＵＴ３が入力され、第１、第２及び第４累算器４３５、４３６、４３８には、－１／４×ＤＯＵＴ３がそれぞれ入力されることができる。最後に、信号処理モジュール４１０が第４デジタル信号ＤＯＵＴ４を出力する間、デジタル係数ＤＥＣ１～ＤＥＣ４は、［－１／４、－１／４、－１／４、＋１／４］で決定され、第４累算器４３８には、＋１／４×ＤＯＵＴ４が入力され、第１～第３累算器４３５～４３７には、－１／４×ＤＯＵＴ４がそれぞれ入力されることができる。
【0069】
信号処理モジュール４１０が第４デジタル信号ＤＯＵＴ４まで出力した後、累算器４３５～４３８のそれぞれに累積加算された信号は、下記数学式３のように表すことができる。
【0070】
【数3】
【0071】
信号処理モジュール４１０が出力するデジタル信号ＤＯＵＴ１～ＤＯＵＴ４は、ノイズ成分ＶＮを含み、図１１ａを参照して説明したように定義することができる。数学式３に図１１ａを参照して説明したデジタル信号ＤＯＵＴ１～ＤＯＵＴ４を適用すると、累算器４３５～４３８が出力するデータ信号ＤＡＴＡ１～ＤＡＴＡ４は、図１１ｂに示すように定義されることができる。換言すると、データ信号ＤＡＴＡ１～ＤＡＴＡ４のそれぞれは、電流信号Ｉ１～Ｉ４のそれぞれをデジタルドメインに変換したデータと、デコーダ４３０の動作によってアベレージングされて減少したノイズ成分（０．５ＶＮ）を含むことができる。
【0072】
本発明の一実施例では、信号処理モジュール４１０の入力端と出力端にそれぞれエンコーダ４２０とデコーダ４３０を連結し、エンコーダ４２０は、複数のアナログチャンネルを介して受信した電流信号Ｉ１～Ｉ４をエンコーディングしたアナログ信号ＡＩＮを順に信号処理モジュール４１０に入力することができる。信号処理モジュール４１０は、アナログ信号ＡＩＮをデジタル信号ＤＯＵＴに変換して順にデコーダ４３０に出力し、この過程で所定のノイズ成分ＶＮがデジタル信号ＤＯＵＴのそれぞれに反映されることができる。デコーダ４３０がデジタル信号ＤＯＵＴを利用して、電流信号Ｉ１～Ｉ４に対応するデータ信号ＤＡＴＡ１～ＤＡＴＡ４を復元する過程でノイズ成分ＶＮを相殺及び／または減少することができる。したがって、信号に対する雑音比の特性に優れたセンサ装置４００を実現することができる。
【0073】
エンコーダ４２０及びデコーダ４３０の動作のためのエンコーディングコード及びデコーディングコードの構成は、図１０、図１１ａ及び図１１ｂを参照して説明したように限定されない。エンコーディングコード及びデコーディングコードを定義するエンコーディング係数ＥＮＣ１～ＥＮＣ４及びデコーディング係数ＤＥＣ１～ＤＥＣ４は、直交コードの特徴を満たす条件で自由に選択することができる。一方、エンコーディングコード及びデコーディングコードを表す行列の大きさは、信号処理モジュール４１０に連結されるセンシング素子、例えば、フォトダイオードＰＤ１～ＰＤ４の個数に応じて決定されることができる。
【0074】
【0075】
図１２ａ及び図１２ｂに示した一実施例において、センサ装置は、８つのセンシング素子を含むことができる。したがって、図１２ａに示したように、エンコーディングコードは、８×８行列で表すことができる。図１２ａに示した一実施例において、エンコーディングコードの対角成分は、すべて＋１であり、残りの成分は、すべて－１であることができる。但し、これは一つの実施例であり、直交コードの特徴を満たす条件でエンコーディングコードの成分は、多様に変形されることができる。
【0076】
センサ装置は、光源が発光する発光時間を８つの単位時間Ｔ１～Ｔ８に区分することができる。単位時間Ｔ１～Ｔ８のそれぞれにおいてエンコーディング係数ＥＮＣ１～ＥＮＣ８のうち少なくとも一部が互いに異なる値を有することができ、信号処理モジュールは、発光時間の間、エンコーダが生成する８つのアナログ信号ＡＩＮ１～ＡＩＮ８が順に入力されることができる。
【0077】
図１２ｂは、デコーダの動作を説明するための図面であることができる。図１２ｂを参照すると、デコーディングコードは、エンコーディングコードの逆行列であり、８×８行列で表すことができる。デコーディングコードにより、信号処理モジュールがアナログ信号ＡＩＮ１～ＡＩＮ８のそれぞれをデジタルに変換したデジタル信号ＤＯＵＴ１～ＤＯＵＴ８がデータ信号ＤＡＴＡ１～ＤＡＴＡ８に復元されることができる。一例として、データ信号ＤＡＴＡ１～ＤＡＴＡ８のそれぞれは、電流信号Ｉ１～Ｉ８のそれぞれをデジタルドメインに変換したデータと、デコーダによってアベレージングされて減少したノイズ成分（０．７５ＶＮ）とを含むことができる。
【0078】
したがって、エンコーダ及びデコーダを適用しない場合に比べて、センサ装置のノイズ特性を改善することができる。また、一つの信号処理モジュールで複数のセンシング素子が出力する電流信号を処理することができるため、センサ装置の集積度を高め、消費電力を下げることができる。
【0079】
図１３は、本発明の一実施例に係るセンサ装置の動作を説明するために提供されるグラフである。
【0080】
図１３は、センサ装置に含まれるフォトダイオードの個数が増加することによって、センサ装置の信号に対する雑音比（ＳＮＲ）が増加することができる。一例として、信号処理モジュールが１つのフォトダイオードが生成する電流信号を利用してデータ信号を生成する場合の信号に対する雑音比に比べて、４つのフォトダイオードが生成する電流信号を利用する場合の信号に対する雑音比は、約６ｄＢほど改善されることができる。また、８つのフォトダイオードが生成する電流信号を利用してデータ信号を生成する場合、約９ｄＢほどの信号に対する雑音比が改善されることができる。
【0081】
その結果、光源が放出し、ユーザの身体などから反射された光に反応して電流信号を生成するフォトダイオードの個数を増加させることで、信号に対する雑音比を改善し、センサ装置の性能を改善することができる。但し、フォトダイオードの個数が増加することによって、信号処理モジュール及びフォトダイオードを連結するチャンネルの個数が一緒に増加し、信号処理モジュールの消耗電力及び信号処理モジュールが占める回路面積が増加することがある。
【0082】
本発明の一実施例では、エンコーダとデコーダを信号処理モジュールの入力端と出力端にそれぞれ連結することにより、上記のような問題を解決することができる。フォトダイオードが生成する電流信号は、エンコーダによってアナログ信号にエンコーディングされて順に信号処理モジュールに入力され、信号処理モジュールは順にデジタル信号を出力することができる。デコーダは、順に出力されるデジタル信号を利用してデータ信号を復元することができる。したがって、１つの信号処理モジュールだけで複数のチャンネルに連結されたフォトダイオードの電流信号を処理することができるため、センサ装置の消耗電力及び回路面積を減らし、センサ装置の生産単価も下げることができる。
【0083】
但し、実施例によってセンサ装置が２つ以上の信号処理モジュールを含むこともできる。例えば、Ｎ個のチャンネルを介してＮ個のフォトダイオードが連結される場合、Ｎ／２個ずつフォトダイオードを区分して２つの信号処理モジュールに分散連結することもできる。この場合、信号処理モジュールのそれぞれに連結されるフォトダイオードの個数と、それによって信号処理モジュールのそれぞれが処理すべき電流信号の個数とを減らすことで、センサ装置の動作速度を改善することができる。
【0084】
図１４は、本発明の一実施例に係るセンサ装置を簡略に示した図面である。
【0085】
図１４に示した一実施例において、センサ装置５００は、複数のフォトダイオードＰＤ１～ＰＤ４、信号処理モジュール５１０、エンコーダ５２０及びデコーダ５３０などを含むことができる。上述したように、フォトダイオードＰＤ１～ＰＤ４の個数は、多様に変形されることができる。
【0086】
エンコーダ５２０は、複数のスイッチＳＷ１、ＳＷ２を含み、フォトダイオードＰＤ１～ＰＤ４のそれぞれは、一対のスイッチＳＷ１、ＳＷ２に連結されることができる。一対のスイッチＳＷ１、ＳＷ２のオン／オフは、エンコーディング係数ＥＮＣ１～ＥＮＣ４によって決定されることができる。一例として、一対のスイッチＳＷ１、ＳＷ２は、同時にオンにされないことがある。例えば、一対のスイッチＳＷ１、ＳＷ２のうち第１スイッチＳＷ１がオンにされると、第２スイッチＳＷ２がオフにされ、第２スイッチＳＷ２がターン－オンされると、第１スイッチＳＷ１がオフにされることがある。
【0087】
図１４に示した一実施例において、信号処理モジュール５１０は、ポジティブ入力端５１１とネガティブ入力端５１２とを介して差動信号方式でアナログ信号が入力されることができる。第１スイッチＳＷ１は、ポジティブ入力端５１１に連結され、第２スイッチＳＷ２は、ネガティブ入力端５１２に連結されることができる。エンコーダ５２０の動作は、先に図１０及び図１１ａを参照して説明した内容と類似する。
【0088】
例えば、第１単位時間の間、第１エンコーディング係数ＥＮＣ１によって第１フォトダイオードＰＤ１に連結された第１スイッチＳＷ１がオンにされ、第２～第４エンコーディング係数ＥＮＣ２～ＥＮＣ４によって第２～第４フォトダイオードＰＤ２～ＰＤ４に連結された第２スイッチＳＷ２がオンにされることがある。したがって、第１単位時間の間、信号処理モジュール５１０に入力されるアナログ信号ＡＩＮは、［Ｉ１－Ｉ２－Ｉ３－Ｉ４］で定義されることができる。同様に、第２単位時間には、第２フォトダイオードＰＤ２に連結された第２スイッチＳＷ２がオンにされ、第１、第３、第４フォトダイオードＰＤ１、ＰＤ３、ＰＤ４に連結された第１スイッチＳＷ１がオンにされることがある。したがって、先に図１０及び図１１ａを参照して説明した内容と同様にエンコーダ５２０が動作することがある。デコーダ５３０の動作も先に図１１ｂを参照して説明した内容と類似する。
【0089】
【0090】
比較例に係るセンサ装置６００を示した図１５を参照すると、信号処理モジュール６１０は、アナログ信号ＡＩＮをデジタル信号ＤＯＵＴに変換することができる。信号処理モジュール６１０の入力端には、複数のフォトダイオードＰＤ１～ＰＤ４が複数のスイッチＳＷ１～ＳＷ４を介して連結されることができる。
【0091】
図１６は、センサ装置６００の動作を説明するためのタイミングダイアグラムである。図１６を参照すると、第１～第４時間Ｔ１～Ｔ４のそれぞれにおいて、第１～第４スイッチＳＷ１～ＳＷ４が順にオンにされることができる。したがって、第１～第４電流信号Ｉ１～Ｉ４が順に信号処理モジュール６１０に入力され、信号処理モジュール６１０は、第１～第４電流信号Ｉ１～Ｉ４に対応するデジタル信号ＤＯＵＴ１～ＤＯＵＴ４を順に出力することができる。
【0092】
センサ装置６００の動作は、図１７に示した行列で表すことができる。図１７を参照すると、対角成分がすべて１であり、残りの成分は、すべて０である行列で第１～第４時間Ｔ１～Ｔ４の間、第１～第４スイッチＳＷ１～ＳＷ４の動作が表現されることができる。第１時間Ｔ１の間、第１スイッチＳＷ１のみがオンにされて、第１電流信号Ｉ１が信号処理モジュール６１０に入力され、信号処理モジュール６１０は、第１電流信号Ｉ１をデジタル変換して、第１デジタル信号ＤＯＵＴ１を生成することができる。第２～第４時間Ｔ２～Ｔ４のそれぞれにおいても上記のような類似した動作が実行されることができる。
【0093】
したがって、第１～第４デジタル信号ＤＯＵＴ１～ＤＯＵＴ４には、信号処理モジュール６１０の動作で発生するノイズ成分ＶＮがそのまま反映されることがある。本願とは異なり、信号処理モジュール６１０の入力端及び出力端にエンコーダ及びデコーダが連結されない比較例では、信号処理モジュール６１０の動作で発生するノイズ成分ＶＮがアベレージングされて減少する効果を期待することができない。比較例と同様に、４つのフォトダイオードＰＤ１～ＰＤ４を含む本発明の一実施例を説明した図１１ａ及び図１１ｂを参照すると、本発明の一実施例では、ノイズ成分ＶＮがデコーダでアベレージングされて比較例と対比するとき、半分に減少することができる。したがって、信号に対する雑音比に優れて、ノイズ特性が改善されたセンサ装置を実現することができる。
【0094】
図１８は、本発明の一実施例に係るモバイル機器を簡略に示したブロック図である。
【0095】
図１８を参照すると、モバイル機器１０００は、カメラ１１００、ディスプレイ１２００、オーディオ処理部１３００、モデム１４００、ＤＲＡＭ１５００ａ、１５００ｂ、フラッシュメモリ装置１６００ａ、１６００ｂ、入出力装置１７００ａ、１７００ｂ、センサ装置１８００、及びアプリケーションプロセッサ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ、以下、「ＡＰ」）１９００を含むことができる。
【0096】
モバイル機器１０００は、ラップトップコンピュータ、携帯用端末機、スマートフォン、タブレットＰＣ、ウェアラブル機器、ヘルスケア機器、またはＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ－ｏｆ－Ｔｈｉｎｇｓ）機器で実現されることができる。また、モバイル機器１０００は、サーバまたはパーソナルコンピュータで実現されることもできる。
【0097】
モバイル機器１０００に含まれる様々な構成要素は、所定のクロックに同期化して動作することができる。例えば、ディスプレイ１２００は、予め定められたレートによって画面を表示することができ、ＤＲＡＭ１５００ａ、１５００ｂ及びフラッシュメモリ装置１６００ａ、１６００ｂも、予め定められた速度でデータを保存して読み取るか、または外部の他の装置と送受信するために、所定のクロックによって動作することができる。入出力装置１７００ａ、１７００ｂ、及びアプリケーションプロセッサ１９００も所定のクロックによって動作することができる。
【0098】
カメラ１１００は、ユーザの制御によって静止画や動画を撮影することができる。モバイル機器１０００は、カメラ１１００で撮影した静止画／動画を利用して特定情報を取得するか、静止画／動画を文字などの他の形態のデータに変換して保存することができる。カメラ１１００は、互いに異なる画角や絞り値などを有する複数のカメラを含むことができる。また、カメラ１１００は、被写体を撮影して実際のイメージを生成するカメラ以外に被写体及び／または背景の奥行き情報を利用して、奥行きイメージを生成するカメラをさらに含むことができる。
【0099】
ディスプレイ１２００は、タッチスクリーン機能を提供してモバイル機器１０００の入力装置としても使用することができる。また、ディスプレイ１２００は、指紋センサなどと一体で提供されてモバイル機器１０００のセキュリティ機能を提供することもできる。オーディオ処理部１３００は、フラッシュメモリ装置１６００ａ、１６００ｂに保存されたオーディオデータやモデム１４００または入出力装置１７００ａ、１７００ｂなどを介して外部から受信したコンテンツに含まれるオーディオデータを処理することができる。
【0100】
モデム１４００は、有線／無線データの送受信のために信号を変調して送信する一方、外部から受信した信号を復調して元の信号を復旧することができる。入出力装置１７００ａ、１７００ｂは、デジタル入出力を提供する装置であって、外部の記録媒体と連結可能なポート（ｐｏｒｔ）、タッチスクリーンや機械式ボタンキーなどの入力装置、ハプティックなどの方式で振動を出力することができる出力装置などを含むことができる。
【0101】
センサ装置１８００は、外部から様々な情報を収集する複数のセンサを含むことができる。一実施例において、センサ装置１８００は、光の明るさを感知する照度センサ、モバイル機器１０００の動きを感知するジャイロセンサ、モバイル機器１０００に接触及び／または近接したユーザの身体から生体情報を獲得するためのマルチチャンネル光センサなどを含むことができる。一例として、マルチチャンネル光センサは、ＰＰＧ（Ｐｈｏｔｏｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｐｈｙ）センサ及び／またはスペクトロメータなどを含むことができる。
【0102】
センサ装置１８００に含まれるマルチチャンネル光センサは、光源とセンサアレイ、及びセンサアレイが生成する信号を処理する信号処理モジュールなどを含むことができる。一例として、マルチチャンネル光センサは、先に図３～図１４を参照して説明した実施例によって実現されることができる。ＡＰ１９００は、マルチチャンネル光センサが出力するデータ信号を利用してユーザの身体に関する生体情報、例えば、脈拍、心拍数、血中酸素飽和度、血圧などを測定し、それに合ったアプリケーションを実行することができる。
【0103】
ＡＰ１９００は、モバイル機器１０００の全体的な動作を制御することができる。具体的にＡＰ１９００は、フラッシュメモリ装置１６００ａ、１６００ｂに保存されたコンテンツの一部が画面に表示されるようにディスプレイ１２００を制御することができる。また、ＡＰ１９００は、入出力装置１７００ａ、１７００ｂなどを介してユーザの入力が受信されると、ユーザの入力に対応する制御動作を実行することができる。
【0104】
一実施例において、ＡＰ１９００は、ＡＩデータ演算のための専用回路である加速器（Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ）ブロック１９２０を含むこともできる。または、実施例によって、別の加速器チップがＡＰ１９００と分離されて提供されることもでき、加速器ブロック１９２０または加速器チップには、ＤＲＡＭ１５００ｂがさらに連結されることができる。加速器ブロック１９２０は、ＡＰ１９００の特定機能を専門的に実行する機能ブロックとして、グラフィックデータ処理を専門的に実行する機能ブロックであるＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＡＩ計算及びインファレンス（Ｉｎｆｅｒｅｎｃｅ）を専門的に実行するためのブロックであるＮＰＵ（Ｎｅｕｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、データ転送を専門的にするブロックであるＤＰＵ（Ｄａｔａ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などを含むことができる。
【0105】
本発明は、上述した実施形態及び添付された図面によって限定されるものではなく、添付された特許請求の範囲によって限定する。したがって、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で当技術分野の通常の知識を有する者によって多様な形態の置換、変形及び変更が可能であり、これもまた本発明の範囲に属するといえる。
【符号の説明】
【0106】
１０、２０、２００ モバイル機器
４０、１００、２１０、３００、４００、５００ センサ装置
３１０、４１０、５１０ 信号処理モジュール
３２０、４２０、５２０ エンコーダ
３３０、４３０、５３０ デコーダ
４０、１００、２１０、３００、４００、５００ センサ装置
３１０、４１０、５１０ 信号処理モジュール
３２０、４２０、５２０ エンコーダ
３３０、４３０、５３０ デコーダ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11a】
【図11b】
【図12a】
【図12b】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】