(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】2021067682
(43)【公開日】20210430
(54)【発明の名称】微細粉塵を測定するための電子システム、イメージシステム、及び微細粉塵の測定方法
(51)【国際特許分類】
   G01N 21/47 20060101AFI20210402BHJP
   G01N 21/27 20060101ALI20210402BHJP
   G01N 15/06 20060101ALN20210402BHJP
【FI】
   !G01N21/47 Z
   !G01N21/27 B
   !G01N15/06 C
   !G01N15/06 D
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】OL
【全頁数】27
(21)【出願番号】2020169543
(22)【出願日】20201007
(31)【優先権主張番号】10-2019-0129958
(32)【優先日】20191018
(33)【優先権主張国】KR
(31)【優先権主張番号】16/901,488
(32)【優先日】20200615
(33)【優先権主張国】US
(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】大韓民国京畿道水原市霊通区三星路129
【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】金 重圭
【住所又は居所】大韓民国京畿道水原市靈通区三星路129
(72)【発明者】
【氏名】李 敏赫
【住所又は居所】大韓民国京畿道水原市靈通区三星路129
【テーマコード(参考)】
2G059
【Fターム(参考)】
2G059BB02
2G059BB06
2G059CC19
2G059CC20
2G059DD12
2G059EE02
2G059EE10
2G059EE12
2G059FF04
2G059GG02
2G059GG09
2G059HH01
2G059HH02
2G059JJ17
2G059JJ22
2G059KK04
2G059MM01
2G059MM09
2G059MM10
(57)【要約】
【課題】 本発明の目的は、微細粉塵(微小粒子状物質)の濃度をサイズ別に測定するための電子システム、イメージシステム、及び微細粉塵(微小粒子状物質)の測定方法を提供することにある
【解決手段】 本発明の実施形態による電子システムは、光を出力する照明器と、出力された光に応じた散乱光に基づいてアナログ信号を生成するピクセルアレイ、及びゲイン値に基づいて、アナログ信号をゲイン値に各々対応するデジタル信号に変換する変換回路を含むセンサと、デジタル信号の値のうち、しきい値以上の値の個数を決定し、ゲイン値の変化に伴う決定された個数の変化量に基づいて、ターゲットサイズの範囲を有する微細粉塵(微小粒子状物質)の濃度を決定するプロセッサと、を備える。
【選択図】 図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光を出力する照明と、
前記出力された光に応じた散乱光に基づいてアナログ信号を生成するピクセルアレイ、及びゲイン値に基づいて前記アナログ信号を前記ゲイン値に各々対応するデジタル信号に変換する変換回路を含むセンサと、
前記デジタル信号の値のうち、しきい値以上の値の個数を決定し、前記ゲイン値の変化による前記決定された個数の変化量に基づいて、ターゲットサイズの範囲を有する微細粉塵(微小粒子状物質)の濃度を決定するプロセッサと、を備える電子システム。
【請求項2】
前記変換回路は、
前記ゲイン値のうち最も小さい第1のゲイン値から最も大きい第2のゲイン値までゲイン値を順次増加させながら、前記アナログ信号を増幅して前記デジタル信号を生成する、請求項1に記載の電子システム。
【請求項3】
前記アナログ信号は、前記ゲイン値に各々対応するイメージ信号を含み、前記イメージ信号の各々は、基準スキャン数のフレーム信号を含み、
前記ピクセルアレイは、
前記ゲイン値ごとに前記基準スキャン数の前記フレーム信号を生成する、請求項1に記載の電子システム。
【請求項4】
前記デジタル信号の各々は、前記フレーム信号に各々対応するデジタルフレーム信号を含み、
前記センサは、
前記デジタルフレーム信号のアベレージ演算を遂行し、前記ゲイン値のいずれか1つに対応するデジタル信号を生成する、請求項3に記載の電子システム。
【請求項5】
前記プロセッサは、
前記ゲイン値のうち、第1のゲイン値に対応する第1のデジタル信号が前記しきい値以上である値の第1の個数を決定し、
前記ゲイン値のうち、前記第1のゲイン値よりも大きい第2のゲイン値に対応する第2のデジタル信号が前記しきい値以上である値の第2の個数を決定し、
前記第2の個数から前記第1の個数を減算して前記第2のゲイン値に対応する前記変化量を決定する、請求項1に記載の電子システム。
【請求項6】
前記プロセッサは、
前記デジタル信号の各々に対して、前記しきい値以上である値の個数を決定して前記ゲイン値に各々対応するカウント値を生成し、
前記ゲイン値の変化による前記カウント値の微分値を決定し、
前記微分値に前記ターゲットサイズの範囲に対応する補正係数を乗算して、前記ターゲットサイズの範囲に対応する前記微細粉塵(微小粒子状物質)の前記濃度を決定する、請求項1に記載の電子システム。
【請求項7】
前記ターゲットサイズの範囲は、第1の範囲及び第2の範囲を含み、
前記プロセッサは、
前記変化量に基づいて、前記第1の範囲に対応する微細粉塵(微小粒子状物質)の第1の濃度及び前記第2の範囲に対応する微細粉塵(微小粒子状物質)の第2の濃度を決定する、請求項1に記載の電子システム。
【請求項8】
前記第1の範囲は、PM10に対応し、前記第2の範囲は、PM2.5に対応する、請求項7に記載の電子システム。
【請求項9】
光源から出力された第1の波長帯域の光に応答して生成された散乱光に基づいて第1のアナログ信号を生成する第1のピクセルと、前記第1の波長帯域よりも小さい第2の波長帯域の光に基づいて第2のアナログ信号を生成する第2のピクセルと、を含むピクセルアレイと、
前記第1のアナログ信号をゲイン値に各々対応する第1のデジタル信号に変換し、前記第2のアナログ信号を第2のデジタル信号に変換する変換回路と、
前記第1のデジタル信号の各々について、しきい値以上である値の個数及び前記個数の変化量に基づいて、前記光が出力される領域の微細粉塵(微小粒子状物質)濃度を決定するプロセッサと、を備えるイメージシステム。
【請求項10】
前記第1の波長帯域は、赤外線波長帯域の少なくとも一部であり、そして前記第2の波長帯域は、可視光線波長帯域の少なくとも一部である、請求項9に記載のイメージシステム。
【請求項11】
前記第1の波長帯域の前記光及び前記第2の波長帯域の前記光を通過させ、前記第1の波長帯域と前記第2の波長帯域との間の第3の波長帯域の光を遮断するフィルタと、をさらに備え、
前記ピクセルアレイは、前記フィルタを介して、前記散乱光又は前記第2の波長帯域の前記光を受信する、請求項9に記載のイメージシステム。
【請求項12】
前記第1のピクセルの個数は、前記第2のピクセルの個数よりも小さく、2つの前記第1のピクセルの間に少なくとも4つの第2のピクセルが配置される、請求項9に記載のイメージシステム。
【請求項13】
前記第1のピクセルの各々は、前記第1の波長帯域の前記光を受信する第1のピクセル領域と、前記第1のピクセルの領域上に配置される透明部材と、を含み、
前記第2のピクセルの各々は、前記第2の波長帯域の前記光を受信する第2のピクセル領域と、前記第2のピクセル領域上に配置され、前記第2の波長帯域の一部帯域の光を通過させるカラーフィルタと、を含み、
前記透明部材の厚さは、前記カラーフィルタの厚さと同一である、請求項9に記載のイメージシステム。
【請求項14】
前記プロセッサは、
前記第1のデジタル信号の値のうち前記しきい値以上である値の前記個数を決定し、
前記ゲイン値に対する前記の決定された個数の変化量を決定し、
前記変化量に基づいて、ターゲットサイズの範囲の前記微細粉塵の濃度を決定する、請求項9に記載のイメージシステム。
【請求項15】
前記ターゲットサイズの範囲は、第1の範囲及び第2の範囲を含み、
前記プロセッサは、
前記変化量に第1の補正係数を乗算して前記第1の範囲のサイズを有する第1の微細粉塵(微小粒子状物質)の第1の濃度を決定し、前記変化量に第2の補正係数を乗算して前記第2の範囲のサイズを有する第2の微細粉塵(微小粒子状物質)の第2の濃度を決定する、請求項9に記載のイメージシステム。
【請求項16】
前記プロセッサは、
第1のモードで前記光源を活性化して、前記第1のモードで前記第1のデジタル信号を生成するように、前記変換回路を制御し、
第2のモードで前記光源を非活性化して、前記第2のモードで前記第2のデジタル信号を生成するように、前記変換回路を制御する、請求項9に記載のイメージシステム。
【請求項17】
前記プロセッサは、
前記第2のデジタル信号に基づいて前記第1のピクセルに対応する値を補償する、請求項9に記載のイメージシステム。
【請求項18】
光出力に応じた散乱光を感知してアナログ信号を生成する段階と、
ゲイン値に基づいて前記アナログ信号を前記ゲイン値に各々対応するデジタル信号に変換する段階と、
前記デジタル信号の値のうち、しきい値以上の値の個数を決定する段階と、
前記の決定された個数に基づいて、少なくとも1つのターゲットサイズ範囲に対応する微細粉塵(微小粒子状物質)の濃度を決定する段階と、を備える微細粉塵(微小粒子状物質)の測定方法。
【請求項19】
前記微細粉塵(微小粒子状物質)の濃度を決定する段階は、
前記の決定された個数に基づいて、前記ゲイン値に各々対応する前記の決定された個数の微分値を決定する段階と、
前記微分値に補正係数を乗算して、前記少なくとも1つのターゲットサイズ範囲に対応する微細粉塵(微小粒子状物質)のデータを取得する段階と、を含む、請求項18に記載の微細粉塵(微小粒子状物質)の測定方法。
【請求項20】
前記散乱光は、赤外線波長帯域の波長を有し、
前記アナログ信号を生成する段階は、
ピクセルアレイにおいて、前記赤外線波長帯域の光を感知する第1のピクセルが、前記散乱光を前記アナログ信号に変換する段階を含み、
前記ピクセルアレイは、可視光線波長帯域の光を感知する第2のピクセルと、をさらに含む、請求項18に記載の微細粉塵(微小粒子状物質)の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光センサを含む半導体装置及びシステムに関し、より詳細には、微細粉塵(微小粒子状物質)を測定するための電子システム、イメージシステム、及び微細粉塵(微小粒子状物質)の測定方法に関する。
【背景技術】
【0002】
スマートフォンをはじめとする多様な電子装置に光センサが備えられている。光センサは、外部光を電気信号に変換して外部のイメージをキャプチャーするために使用され得る。光センサは、単に外部のイメージを表示するためにキャプチャーする機能だけでなく、センシングされたイメージを用いて、オブジェクトの距離を計算したり、オブジェクトを認識したりするなどの多様な機能を遂行するように実装され得る。
【0003】
産業技術の発達により、化石燃料の燃焼、又は工場や自動車などのガスの排出が相当に進んでいる。これにより、微細粉塵(微小粒子状物質)(Particulate Matter:PM)が発生して大気中に漂う。このような微細粉塵(微小粒子状物質)は、呼吸器、目、及び皮膚などに悪影響を与え得る。これにより、微細粉塵(微小粒子状物質)についての人々の関心が高まっており、現在の微細粉塵の濃度を知りたい人が増えている。そして、上述された光センサを介して個々の人々が微細粉塵(微小粒子状物質)を測定することができる方案が要求されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】韓国公開特許第10−2010−0099563号公報
【特許文献2】韓国公開特許第10−2017−0042076号公報
【特許文献3】韓国登録特許第10−1932483号公報
【特許文献4】特許公開第2010−081339号公報
【特許文献5】米国特許第9677986号明細書
【特許文献6】米国特許第9270984号明細書
【特許文献7】米国特許第8654217号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、微細粉塵(微小粒子状物質)の濃度をサイズ別に測定するための電子システム、イメージシステム、及び微細粉塵(微小粒子状物質)の測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の実施形態による電子システムは、光を出力する照明器と、前記出力された光による散乱光に基づいてアナログ信号を生成するピクセルアレイ、及びゲイン値に基づいて前記アナログ信号を前記ゲイン値に各々対応するデジタル信号に変換する変換回路を含むセンサと、前記デジタル信号値のうちのしきい値以上の値の個数を決定し、前記ゲイン値の変化による前記決定された個数の変化量に基づいて、ターゲットサイズの範囲を有する微細粉塵(微小粒子状物質)の濃度を決定するプロセッサと、を備える。
【0007】
本発明の実施形態によるイメージシステムは、光源から出力された第1の波長帯域の光に応答して生成された散乱光に基づいて第1のアナログ信号を生成する第1のピクセル、及び前記第1の波長帯域よりも小さい第2の波長帯域の光に基づいて第2のアナログ信号を生成する第2のピクセルを含むピクセルアレイと、前記第1のアナログ信号をゲイン値に各々対応する第1のデジタル信号に変換し、前記第2のアナログ信号を第2のデジタル信号に変換する変換回路と、前記第1のデジタル信号の各々でしきい値以上である値の個数及び前記個数の変化量に基づいて、前記光が出力された領域の微細粉塵(微小粒子状物質)の濃度を決定するプロセッサと、を備える。
【0008】
本発明の実施形態による微細粉塵(微小粒子状物質)の測定方法は、光出力に応じた散乱光を感知してアナログ信号を生成する段階と、ゲイン値に基づいて前記アナログ信号を前記ゲイン値に各々対応するデジタル信号に変換する段階と、前記デジタル信号の値のうちのしきい値以上の値の個数を決定する段階と、決定された数に基づいて、少なくとも1つのターゲットサイズの範囲に対応する微細粉塵(微小粒子状物質)の濃度を決定する段階と、を備える。
【発明の効果】
【0009】
本発明の実施形態による微細粉塵(微小粒子状物質)を測定するための電子システム及びイメージシステム、並びに微細粉塵(微小粒子状物質)の測定方法は、微細粉塵(微小粒子状物質)の濃度をサイズ別に測定することができる。
【0010】
なお、本発明によると、外部のイメージをキャプチャーするイメージシステムに微細粉塵(微小粒子状物質)を測定する機能が融合され得る。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の実施形態による電子システム又はイメージシステムのブロック図である。
【図2】図1のピクセルアレイの例としての図である。
【図3】図1又は図2のピクセルの例としての回路図である。
【図4】図1のピクセルアレイの例としての図である。
【図5】図4のピクセルアレイの例としての断面図である。
【図6】図5のフィルタを説明するためのグラフである。
【図7】図1の変換回路の例としてのブロック図である。
【図8】図7で説明されたアナログ信号とゲイン値を説明するためのグラフである。
【図9】図1のプロセッサの例としてのブロック図である。
【図10】図9のカウンターの動作を説明するためのグラフである。
【図11】図9の減算器の動作を説明するためのグラフである。
【図12】図9の微細粉塵(微小粒子状物質)の計算器の動作を説明するためのグラフである。
【図13】図1のシステムの動作方法の例としてのフローチャートである。
【図14】図1のシステムの動作方法の例としてのフローチャートである。
【図15】図1のシステムが適用された電子装置の例としての図である。
【図16】図1のシステムが適用された電子装置の例としての図である。
【図17】図1のシステムが適用されるイメージシステムの例としてのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下では、本発明の技術分野における通常の知識を有する者が本発明を容易に実施することができる程度に、本発明の実施形態が明確かつ詳細に記載される。
【0013】
本明細書で使用されているように、「少なくとも1つ」のような表現がエレメント(element)のリストに使用されると、エレメントの全体のリストを修飾し、リストの個々のエレメントを修飾しないものと理解される。たとえば、「[A]、[B]、及び[C]のうちの少なくとも1つ」又は「[A]、[B]、又は[C]のうちの少なくとも1つ」は、Aのみ、Bのみ、Cのみ、A及びB、
B及びC、C及びA、又は、A、B、及びCを意味する。
【0014】
図1は、本発明の実施形態による電子システム又はイメージシステムのブロック図である。図1を参照すると、電子システム又はイメージシステム(以下、システム100)は、照明110、センサ120、及びプロセッサ130(例えば、少なくとも1つのプロセッサ)を含む。システム100は、微細粉塵(微小粒子状物質)を測定することができる。システム100は、デジタルカメラ、スマートフォン、タブレットPC(Personal Computer)、ウェアラブルデバイスなどのような多様な電子装置に実装され得る。システム100は、集積回路(IC:Integrated Circuit)やシステムオンチップ(SoC:System On
Chip)などとして実装され得る。ただし、これに限定されず、システム100は、微細粉塵(微小粒子状物質)を測定するための任意の装置又は回路として実装され得る。一例として、システム100は、微細粉塵(微小粒子状物質)を測定するための専用の電子装置として実装されることができる。
【0015】
照明110は、光を外部に出力するように構成される。照明110は、赤外線波長帯域のように、ユーザーに感知されない帯域の光を外部に出力することができる。ただし、これに限定されず、照明110は、赤外線波長帯域以外の帯域の光を外部に出力することもできる。照明110は、光源コントローラ111と、光源112とを含み得る。
【0016】
光源コントローラ111は、光源112の動作を制御する。光源コントローラ111は、照明110から出力される光のタイミングを制御する。例えば、光源コントローラ111は、光を出力する時間の間にトグルされるクロックに基づいて、光の出力タイミングを制御する。このようなクロックは、センサ120又はプロセッサ130から生成され得る。
【0017】
光源112は、光源コントローラ111の制御の下で、光を外部に出力することができる。光源112は、光源コントローラ111からの受信された電気信号に基づいて光を生成する発光素子を含み得る。光源112は、赤外線波長帯域の光を出力することができるが、これに限定されない。光源112の種類は、限定されず、例えば、光源112は、VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)で実装され得る。
【0018】
光源112から出力された光は、微細粉塵(微小粒子状物質)によって散乱される。ここでは、微細粉塵(微小粒子状物質)は、空気中に浮遊する固体や液体の粒子状物質として定義され得る。微細粉塵は直径に応じて分類され得る。例えば、PM10で定義される微細粉塵(微小粒子状物質)の直径は10μm以下であり、PM2.5で定義される超微細粉塵(微小粒子状物質)の直径は2.5μm以下であり得る。物理的性質が同一の粒子に光が照射されると、散乱光の量は質量濃度に比例する。つまり、微細粉塵(微小粒子状物質)の直径が大きいほど、微細粉塵(微小粒子状物質)の質量濃度が大きく、散乱光の量が大きくなれる。このような散乱光の強度をセンシングすることで、特定のサイズの範囲の微細粉塵の濃度が計算される。ここでは、特定のサイズの範囲は、PM10及びPM2.5を含む、多様な直径の範囲を含み得る。
【0019】
センサ120は、微細粉塵(微小粒子状物質)によって散乱された光を感知する。センサ120は、散乱光に基づいて、電気信号であるアナログ信号を生成することができ、アナログ信号をデジタル信号に変換することができる。センサ120は、ピクセルアレイ121、変換回路122、デジタルロジック回路123、及び駆動回路124を含み得る。
【0020】
ピクセルアレイ121は、2次元的に配列された複数のピクセル(PX)を含む。複数のピクセル(PX)の各々は、外部からの受信された光に基づいてアナログ信号を生成することができる。ピクセルアレイ121は、駆動回路124から提供される駆動信号によって制御されて、アナログ信号を生成することができる。アナログ信号は、複数の列ラインを介して変換回路122に提供される。
【0021】
複数のピクセル(PX)のうちの少なくとも一部は、散乱光を感知することができる。光源112が赤外線波長帯域の光を出力する場合には、散乱光は赤外線波長帯域の光であり得る。複数のピクセル(PX)のうちの少なくとも一部は、赤外線波長帯域の光に基づいてアナログ信号を生成することができる。例えば、システム100が微細粉塵(微小粒子状物質)測定のための専用装置である場合には、ピクセルアレイ121に含まれているすべてのピクセル(PX)が赤外線波長帯域の光を感知することができる。他の例では、システム100が、イメージ撮影のための装置(例えば、デジタルカメラ又は携帯電話)である場合には、複数のピクセル(PX)の一部は、赤外線波長帯域の光を感知し、残りは可視光線波長帯域の光を感知することができる。ピクセルアレイ121についての具体的な内容は後述する。
【0022】
変換回路122は、アナログ信号をデジタル信号に変換することができる。変換回路122は、駆動回路124の制御信号に応答して、アナログ信号をデジタル信号に変換するための多様な動作を遂行することができる。一例として、変換回路122は、有効な信号コンポーネントを抽出するために相関2重サンプリング(CDS:Correlated Double Sampling)又は擬似-CDS(pseudo-CDS)を遂行することができる。
【0023】
変換回路122は、多様なゲイン値に基づいて、アナログ信号をゲイン値に各々対応するデジタル信号に変換することができる。変換回路122は、ゲイン値に基づいて、アナログ信号を増幅することができる。ゲイン値に対する情報は、プロセッサ130から提供され、駆動回路124は、このような情報に基づいて、変換回路122のゲイン値を制御することができる。微細粉塵(微小粒子状物質)のサイズ範囲に応じた濃度を計算するために、変換回路122は、ゲイン値を増加させながら、アナログ信号をデジタル信号に変換することができる。
【0024】
一例として、PM10から散乱された光によるアナログ信号は、第1のゲイン値によって変換されるとき、しきい値以上であり得る。この場合、PM2.5から散乱された光によるアナログ信号は、第1のゲイン値より大きい第2のゲイン値によって変換されるとき、しきい値以上であり得る。ここでは、しきい値は、特定のピクセルが飽和されたものと見ることができる電気的なレベルとして定義される。これにより、微細粉塵(微小粒子状物質)と超微細粉塵が区別され、微細粉塵(微小粒子状物質)のサイズ範囲に応じた濃度が計算され得る。変換回路122に対する具体的な内容は後述する。
【0025】
デジタルロジック回路123は、デジタル信号を一時的に格納し、格納されたデジタル信号をプロセッサ130に出力することができる。デジタルロジック回路123は、駆動回路124の制御の下で、デジタル信号を順次ラッチし、ラッチされたデジタル信号を出力することができる。
【0026】
駆動回路124は、ピクセルアレイ121、変換回路122、及びデジタルロジック回路123を制御することができる。一例として、駆動回路124は、ピクセルアレイ121、変換回路122、及びデジタルロジック回路123の動作のためのクロック信号及びタイミング制御信号を生成することができる。このようなクロック信号は、光源コントローラ111に提供されることもできる。一例として、駆動回路124は、ロジック制御回路(Logic control circuit)、位相ロックループ(Phase Lock
Loop:PLL)回路、タイミング制御回路(Timing Control Circuit)、及び通信インターフェース回路(Communication Interface Circuit)などの中の少なくとも1つを含み得る。
【0027】
駆動回路124は、ピクセルアレイ121の複数の行のうち1つ以上の行を選択することができる。選択された行のピクセル(PX)から生成されるアナログ信号は、変換回路122に伝達され得る。駆動回路124は、ピクセルアレイ121が繰り返し散乱光を感知するようにピクセルアレイ121を制御することができる。駆動回路124は、ゲイン値の各々に対応するイメージ信号を生成するように、ピクセルアレイ121を制御することができる。ここでは、イメージ信号は、アナログ信号に含まれる。
【0028】
駆動回路124は、1つのゲイン値で複数のフレーム信号を生成するように、ピクセルアレイ121を制御することができる。ここでは、フレーム信号は、イメージ信号に含まれる。つまり、ピクセルアレイ121は、ゲイン値ごとに複数のフレーム信号を生成して、変換回路122に出力することができる。複数のフレーム信号は、デジタル変換され、変換回路122又はデジタルロジック回路123によってアベレージ(average)又はビニング(binning)され得る。これは、微細粉塵(微小粒子状物質)の濃度の計算精度を向上させるためである。しかし、1つ以上の実施形態は、これに限定されないことと理解され、アベレージ(average)又はビニングは、プロセッサ130により遂行され得る。
【0029】
プロセッサ130は、システム100を制御する制御動作、及び多様なデータを演算する演算動作を遂行できる。プロセッサ130は、光を出力するように照明110を制御することができる。プロセッサ130は、センサ120が散乱光を感知してデジタル信号を生成するように、センサ120を制御することができる。
【0030】
プロセッサ130は、デジタル信号に基づいて微細粉塵(微小粒子状物質)のサイズ範囲に応じた微細粉塵(微小粒子状物質)の濃度を計算したり、決定したりすることができる。デジタル信号は、複数のピクセル(PX)の各々に対応する値を含み得る。プロセッサ130は、これらの値のうち、しきい値以上の値の個数をカウントすることができる。しきい値以上の値に対応するピクセルは、散乱光によって飽和されたものとして見ることができる。この場合には、カウント値は、特定のゲイン値での飽和されたピクセルの個数として理解され得る。プロセッサ130は、ゲイン値に各々対応するデジタル信号を受信することができ、デジタル信号の各々でしきい値以上である値の個数をカウントすることができる。ゲイン値の個数が16である場合、16個のカウント値が生成され得る。
【0031】
プロセッサ130は、ゲイン値に各々対応するカウント値の変化量を計算することができる。ここでは、変化量は、ゲイン値に対する飽和ピクセルの個数の変化として理解され、微分値として示され得る。一例として、ゲイン値が1〜16である場合には、ゲイン値1〜16に各々対応する第1〜第16のカウント値が計算されるか、又は決定される。プロセッサ130は、第2のカウント値から第1のカウント値を減算することにより、第2のゲイン値に対応する微分値を計算することができる。プロセッサ130は、第3のカウント値から第2のカウント値を減算することにより、第3のゲイン値に対応する微分値を計算することができる。これらの微分値又は変化量は、特定の範囲の散乱光の強度や量を表すことができる。これにより、微分値又は変化量は、光を散乱させる微細粉塵(微小粒子状物質)のサイズと関連付けられる。
【0032】
プロセッサ130は、計算された微分値に補正係数を適用して、特定のサイズの範囲に対応する微細粉塵(微小粒子状物質)のデータを生成(又は決定や獲得)することができる。補正係数は、計算しようとする微細粉塵(微小粒子状物質)のサイズの範囲に基づいて決定され得る。微細粉塵(微小粒子状物質)のサイズの範囲は、PM2.5及びPM10のように複数で提供される。一例として、微細粉塵(微小粒子状物質)のデータは、PM2.5に対応する微細粉塵(微小粒子状物質)のデータ、及びPM10に対応する微細粉塵(微小粒子状物質)のデータを含み得る。これらの微細粉塵(微小粒子状物質)のデータは、単位体積(例えば、1m3)を基準に変換され、サイズの範囲別に微細粉塵の濃度を計算するのに使用され得る。
【0033】
上述した例とは異なり、プロセッサ130により遂行されるカウント動作、変化量の計算動作、及び補正係数の計算動作の中の少なくとも一部は、デジタルロジック回路123により遂行され得る。この場合には、デジタルロジック回路123は、変換回路122を介して生成されたデジタル信号からしきい値以上の値をカウントすることができる。
【0034】
プロセッサ130は、システム100の動作モードを決定することができる。一例として、ピクセルアレイ121は、赤外線波長帯域を感知する第1のピクセル、及び可視光線波長帯域を感知する第2のピクセルを含み得る。微細粉塵(微小粒子状物質)を測定するための動作モードにおいて、プロセッサ130は、照明110を活性化させ、第1のピクセルが散乱光を感知するように(つまり、微細粉塵(微小粒子状物質)を検出又は測定するように)センサ120を制御することができる。一般的なイメージキャプチャーのための動作モードにおいて、プロセッサ130は、照明110を活性化させ、第2のピクセルが可視光線波長帯域の光を感知するように(つまり、イメージをキャプチャーするように)センサ120を制御することができる。
【0035】
図2は、図1のピクセルアレイの例としての図である。ピクセルアレイ121_1は、図1のピクセルアレイ121に対応する。図2を参照すると、ピクセルアレイ121_1は、複数のピクセル(PX1〜PX9)を含む。複数のピクセル(PX1〜PX9)は、2次元的に配列される。
【0036】
図2の実施形態で、複数のピクセル(PX1〜PX9)の全体は、図1の照明110から出力された光に応じた散乱光を感知することができる。つまり、複数のピクセル(PX1〜PX9)の全体は、赤外線波長帯域の光を感知することができる。この場合、図2のピクセルアレイ121_1を含む、図1のシステム100は、微細粉塵(微小粒子状物質)の測定のための専用装置として実装される。ただし、これに限定されず、システム100は、微細粉塵(微小粒子状物質)の測定のための動作に加えて、例として深さの測定などの、赤外線波長帯域の光を感知して遂行される追加の動作をさらに遂行するように実装され得る。
【0037】
図3は、図1又は図2のピクセルの例としての回路図である。ピクセル(PX)は、図1のピクセル(PX)又は図2のピクセル(PX1〜PX9)のいずれか1つに対応する。図3を参照すると、ピクセル(PX)は、光電変換素子(PD)、リセットトランジスタ(RX)、選択トランジスタ(SX)、及び駆動トランジスタ(DX)を含み得る。図3の回路構造は、例としてのものであり、図1及び図2のピクセル構造は、図3に限られない。一例として、ピクセル(PX)は、光電変換素子(PD)と駆動トランジスタ(DX)との間に連結される伝送トランジスタをさらに含み得る。なお、ピクセル(PX)は、変換利得可変回路を構成するための変換利得トランジスタとキャパシタをさらに含み得る。
【0038】
光電変換素子(PD)は、入射された光の光量や光の強度に応じて電荷を生成及び蓄積する。光電変換素子(PD)が図2のピクセルアレイ121_1に含まれる場合には、光電変換素子(PD)は、赤外線波長帯域の散乱光に基づいて電荷を生成及び蓄積することができる。一例として、光電変換素子(PD)は、赤外線波長帯域の光を感知するために、InGaAs(Indium Gallium Arsenide)を利用したフォトダイオードであり得るが、1つ以上の実施形態は、これに限定されない。一例として、光電変換素子(PD)は、フォトダイオード(photo diode)、フォトトランジスタ(photo transistor)、フォトゲート(photo gate)、ピンフォトダイオード(Pinned Photo Diode:PPD)又はこれらの組み合わせであり得る。
【0039】
光電変換素子(PD)から生成された電荷は、フローティング拡散領域(FD)に転送される。図示されていないが、ピクセル(PX)は、電荷の転送を制御するための転送トランジスタ(図示せず)をさらに含み得る。転送トランジスタ(図示せず)によって光電変換素子(PD)の露出時間が制御され得る。一例として、図1の変換回路122のゲイン値に基づいて、アナログ信号を増幅する代わりに、駆動回路124が転送トランジスタを制御することにより、図1のゲイン値の調節動作を行うことができる。これにより、ゲイン値に依存する露出時間が提供され、変換回路122は、露出時間に基づいて生成されたアナログ信号をデジタル信号に変換することができる。この場合には、変換回路122は、図1のように、ゲイン値を変化させながら、デジタル信号を生成しない可能性がある。
【0040】
フローティング拡散領域(FD)は、光電変換素子(PD)から転送された電荷を蓄積することができる。フローティング拡散領域(FD)に蓄積された電荷の量に応じて駆動トランジスタ(DX)が制御され得る。
【0041】
リセットトランジスタ(RX)は、フローティング拡散領域(FD)に蓄積された電荷をリセットさせることができる。リセットトランジスタ(RX)のドレイン端子は、電荷検出ノード(FD)と接続され、ソース端子は、ピクセル電源電圧(VPIX)に接続され得る。リセットトランジスタ(RX)は、リセット信号(RG)に基づいてターンオン又はターンオフされる。リセット信号(RG)は、図1の駆動回路124から提供される。リセットトランジスタ(RX)がターンオンされると、ピクセル電源電圧(VPIX)が電荷検出ノード(FD)に伝達される。この場合、フローティング拡散領域(FD)に蓄積された電荷が放出され、フローティング拡散領域(FD)は、リセットされ得る。
【0042】
駆動トランジスタ(DX)は、ゲート電極に入力されるフローティング拡散領域(FD)の電荷量に比例して、ソース-ドレイン電流を発生させるソースフォロワバッファ増幅器(Source Follower
Buffer Amplifier)であり得る。駆動トランジスタ(DX)は、フローティング拡散領域(FD)での電位変化を増幅し、選択トランジスタ(SX)を介して増幅された信号を列ライン(CL)に出力することができる。
【0043】
選択トランジスタ(SX)は、行単位で読み取られるピクセル(PX)を選択するために使用される。選択トランジスタ(SX)は、選択信号(SEL)に基づいてターンオン又はターンオフされる。選択信号(SEL)は、図1の駆動回路124から提供される。選択信号(SEL)によって選択トランジスタ(SX)がターンオンされるとき、駆動トランジスタ(DX)から出力されるアナログ信号が列ライン(CL)に出力される。
【0044】
図4は、図1のピクセルアレイの例としての図である。ピクセルアレイ121_2は、図1のピクセルアレイ121に対応する。図4を参照すると、ピクセルアレイ121_2は、複数のピクセルを含む。複数のピクセルは、第1の方向(DR1)と第2の方向(DR2)によって定義される平面上に2次元的に配列される。
【0045】
図4の実施形態で、ピクセルアレイ121_2は、第1の帯域(例えば、赤外線(IR)波長帯域)の光を感知する第1のピクセル、及び第2の帯域(例えば、可視光線波長帯域)の光を感知する第2のピクセル(カラーピクセル)を含み得る。一例として、第2のピクセルは、赤色に対応する赤ピクセル、緑色に対応する緑ピクセル、及び青色に対応する青ピクセルを含み得る。この場合、図4のピクセルアレイ121_2を含む、図1のシステム100は、微細粉塵(微小粒子状物質)測定のための動作、及び一般的なイメージのキャプチャー動作を選択的に行うことができる。
【0046】
第1のピクセル(IRピクセルの)は、図1の照明110から出力された光に応じた散乱光を感知することができる。第1のピクセルは、散乱光に基づいてアナログ信号を生成することができる。このようなアナログ信号は、図1で説明されたように、微細粉塵(微小粒子状物質)を測定するのに使用される。
【0047】
第2のピクセル(カラーピクセル)は、一般的なイメージのキャプチャー動作時に可視光線波長帯域の光を感知してアナログ信号を生成することができる。図1の変換回路122は、アナログ信号に基づいてデジタルイメージ信号を生成することができる。この場合には、第1のピクセルに対応するイメージ信号は、ピクセルの補正動作などによって補正され得る。
【0048】
一般的なイメージのキャプチャー動作で生成されたイメージの劣化とレンズシェーディング(Lens shading)を最小化するために、第1のピクセルの個数は制限され得る。第1のピクセルの個数は、第2のピクセルの個数よりも少ない。例として、図4に示すように、第1のピクセルが配列される。一例として、第1のピクセルのうち2つの間に少なくとも4つの第2のピクセルが配置されるように、第1のピクセルが配列され得る。図示されたピクセルアレイ121_2の最も中心に位置する第1のピクセルを基準に、第1の方向(DR1)、第2の方向(DR2)、第3の方向(DR3)、及び第4の方向(DR4)へ他の第1のピクセルが少なくとも4つの第2のピクセルを間に置いて配置され得る。
【0049】
図5は、図4のピクセルアレイの例としての断面図である。図5は、例として、ピクセルアレイ121_2の3つのピクセルを示す。図5を参照すると、ピクセルアレイ121_2は、第1のピクセル領域(PXa)、第2のピクセル領域(PXb)、第3のピクセル領域(PXc)、第1のカラーフィルタ(CFa)、第2のカラーフィルタ(CFb)、透明部材(TM)、及びマイクロレンズ(ML)を含み得る。
【0050】
第1のピクセル領域(PXa)及び第2のピクセル領域(PXb)は、可視光線波長帯域の光に基づいて電荷を生成することができる。一例として、第1のピクセル領域(PXa)及び第2のピクセル領域(PXb)は、Siフォトダイオードのような、電荷を生成するためのフォトダイオードを含み得る。
【0051】
第1のカラーフィルタ(CFa)は、第1のピクセル領域(PXa)上に配置される。第1のカラーフィルタ(CFa)は、第1の色(例えば、緑)波長帯域の光を通過させることができる。第2のカラーフィルタ(CFb)は、第2のピクセル領域(PXb)上に配置される。第2のカラーフィルタ(CFb)は、第1のカラーフィルタ(CFa)と異なるの第2の色(例えば、青)波長帯域の光を通過させることができる。その結果、第1のピクセル領域(PXa)は、第1の色に対応する光に基づいて電荷を生成し、第2のピクセル領域(PXb)は、第2の色に対応する光に基づいて電荷を生成することができる。
【0052】
第3のピクセル領域(PXc)は、赤外線波長帯域の光に基づいて電荷を生成することができる。一例として、第3のピクセル領域(PXc)は、電荷を生成するためのフォトダイオードを含み得る。一例として、赤外線波長帯域の光を感知するために、第3のピクセル領域(PXc)は、InGaAsフォトダイオードを含み得る。第1及び第2のピクセル領域(PXa、PXb)と異なる波長帯域の光を感知するために、第3のピクセル領域(PXc)に含まれる物質の少なくとも一部は、第1及び第2のピクセル領域(PXa、PXb)とは異なる場合がある。また、異なる波長帯域の光を感知するために、第3のピクセル領域(PXc)の少なくとも一部のドーピング濃度は、第1及び第2のピクセル領域(PXa、PXb)とは異なる場合がある。
【0053】
透明部材(TM)は、第3のピクセル領域(PXc)上に配置される。第3のピクセル領域(PXc)は、赤外線波長帯域の光を感知するので、第3のピクセル領域(PXc)上に別途のカラーフィルタが要求されない。しかし、第1及び第2のカラーフィルタ(CFa、CFb)の配置に応じた高さを補償するために、透明部材(TM)は、第3のピクセル領域(PXc)上に配置され得る。透明部材(TM)は、赤外線や可視光線波長帯域の光を通過させることができる。
【0054】
マイクロレンズ(ML)は、第1及び第2のカラーフィルタ(CFa、CFb)及び透明部材(TM)の上に配置される。マイクロレンズ(ML)は、第1〜第3のピクセル領域(PXa、PXb、PXc)に入る光を集光させ、光の感知効果を増加させることができる。
【0055】
フィルタ(FI)がピクセルアレイ121_2上に配置され得る。フィルタ(FI)は、感知されるべき波長帯域の光を通過させることができる。ここでは、感知されるべき波長帯域は、第1及び第2のピクセル領域(PXa、PXb)が感知するための可視光線波長帯域の少なくとも一部(例えば、第1の波長帯域)、及び第3のピクセル領域(PXc)が感知するための赤外線波長帯域の少なくとも一部(例えば、第2の波長帯域)を含み得る。一例として、フィルタ(FI)は、第1の波長帯域と第2の波長帯域との間の第3の波長帯域の光をフィルタリングすることができる。一例として、第3の光波長帯域は、700〜1000nmであり得る。
【0056】
レンズユニット(LU)は、ピクセルアレイ121_2に入射される光を屈折させて、ピクセルアレイ121_2に伝達することができる。微細粉塵(微小粒子状物質)による散乱光やイメージキャプチャーのための可視光線波長帯域の光は、レンズユニット(LU)とフィルタ(FI)を介してピクセルアレイ121_2に伝達される。
【0057】
図6は、図5のフィルタを説明するためのグラフである。図6を参照すると、横軸は光の波長として定義され、縦軸は、特定の波長の光に対する応答の強度、すなわち分光感度(Spectral Sensitivity)として定義される。図4又は図5のピクセルアレイ121_2は、赤色ピクセル、緑色ピクセル、青色ピクセル、及び赤外線(IR)ピクセルを含み得る。
【0058】
赤色ピクセル、緑色ピクセル、及び青色ピクセルは、400〜700nmの間の可視光線波長帯域で分光感度のピーク値を有し得る。そして、赤外線ピクセルは、1000nmよりも大きい赤外線波長帯域で分光感度のピーク値を有し得る。図5のフィルタ(FI)は、700nmよりも小さい可視光線波長帯域に対応する第1の波長帯域(PA1)、及び1000nmよりも大きい赤外線波長帯域に対応する第2の波長帯域(PA2)の光を通過させることができる。
【0059】
図5のフィルタ(FI)は、700〜1000nmの間の波長帯域の光をフィルタリングすることができる。赤色ピクセル、緑色ピクセル、青色ピクセル、及び赤外線ピクセルは700〜1000nmの間の波長帯域で一定の大きさの分光感度を示す。
700〜1000nmの間の波長帯域の光を遮断していない場合は、該当する波長帯域の光が各ピクセルから感知される。この場合には、イメージのキャプチャー動作又は微細粉塵(微小粒子状物質)測定動作の精度が低下し得る。すなわち、図5のフィルタ(FI)は、第1の波長帯域(PA1)及び第2の波長帯域(PA2)の光を通過させ、その間の波長帯域の光を遮断することで、イメージのキャプチャー動作、及び微細粉塵(微小粒子状物質)測定動作の信頼性を向上させることができる。
【0060】
図7は、図1の変換回路の例としてのブロック図である。図7を参照すると、変換回路122は、相関2重サンプラー(CDS、122_1)、利得アンプ122_2、及びアナログ-デジタル変換器122_3を含み得る。図7の変換回路122の構造は、便宜上、変換回路の機能を区分して説明するための例としてのブロック図と理解されるだろう。一例として、相関2重サンプラー(CDS、122_1)、利得アンプ122_2、及びアナログ-デジタル変換器122_3で各々遂行される動作は、集積回路に実装されることができ、1つの集積回路が相関2重サンプリング、利得増幅、及びデジタル変換などをともに行うことができる。
【0061】
変換回路122は、微細粉塵(微小粒子状物質)による散乱光に基づいて生成されたアナログ信号(PS)を受信することができる。アナログ信号(PS)は、相関2重サンプリング回路122_1に提供され得る。一例として、相関2重サンプラー(CDS、122_1)は、アナログ信号(PS)の固定パターンノイズ(Fixed Pattern Noise:FPN)などを除去することができる。一例として、相関2重サンプラー122_1は、アナログ信号(PS)と基準信号との差に基づいてサンプリングされたアナログ信号を利得アンプ122_2に出力することができる。
【0062】
利得アンプ122_2は、サンプリングされたアナログ信号をゲイン値に基づいて増幅することができる。一例として、利得アンプ122_2は、サンプリングされたアナログ信号と設定されたゲイン値を乗算した結果を出力することができる。上述したように、微細粉塵(微小粒子状物質)の測定のために、ゲイン値は、順次増加することができる。一例として、ゲイン値は、1から16まで順次増加することができる。1つのゲイン値に対して10個のイメージ(アナログ信号)がピクセルアレイ121から生成される場合には、10個のイメージは、同一のゲイン値を用いて増幅され得る。以後、ゲイン値が1増加し、再び獲得された10個のイメージが、増加されたゲイン値を用いて増幅され得る。異なるゲイン値で増幅されたアナログ信号は、微細粉塵(微小粒子状物質)のサイズに応じた濃度を計算するために使用され得る。
【0063】
アナログ-デジタル変換器122_3は、ゲイン値に基づいて増幅されたアナログ信号をデジタル信号(PD)に変換することができる。アナログ-デジタル変換器122_3は、順次増加するゲイン値に基づいて増幅された複数の信号を順次デジタル信号に変換することができる。これらのデジタル信号(PD)は、ゲイン値に各々対応する。たとえば、順次1から16までゲイン値が増加し、1つのゲイン値に対して10個の信号(例えば、フレーム信号)が、ピクセルアレイ121から生成され得る。この場合には、アナログ-デジタル変換器122_3は、160個のデジタル信号を生成することができる。ただし、これに限定されず、変換前に10個のフレーム信号がアベレージ(average)又はビニングされる場合には、アナログ-デジタル変換器122_3は、16個のデジタル信号を生成することができる。1つのデジタル信号は、ピクセルに各々対応するデジタル数値を有し得る。これらの数値は、ピクセルの各々が受信した散乱光の強度に依存する。
【0064】
図8は、図7で説明されたアナログ信号とゲイン値を説明するためのグラフである。図8を参照すると、横軸は時間として定義され、縦軸はアナログ信号(PS)の大きさ、例えば、アナログ信号の電圧レベルとして定義される。アナログ信号(PS)は、図1のピクセルアレイ121のピクセル(PX)の各々が微細粉塵(微小粒子状物質)による散乱光を感知することにより、生成され得る。ここでは、アナログ信号(PS)は、1つのピクセル(PX)に対応するアナログ信号と理解され得る。
【0065】
微細粉塵(微小粒子状物質)は、空気中に浮遊し、時間の流れに沿って継続的に動くことができる。これにより、ピクセル(PX)が生成する電圧レベルの大きさは、時間の流れに沿って継続的に変化することができる。これらの動きを考慮して、ピクセル(PX)は、1つのゲイン値に対して数回で散乱光を感知することができる。これらの回数(基準スキャン数)は既設定され、例えば、10回であり得る。
10回の感知に応じて生成されたアナログ信号(PS)、又はアナログ信号(PS)によって生成されたデジタル信号は、アベレージ(average)又はビニングされ得る。したがって、微細粉塵(微小粒子状物質)の濃度計算の信頼性が改善される。
【0066】
上述したように、アナログ信号(PS)のレベルは、光を散乱させる微細粉塵(微小粒子状物質)の大きさに依存する。微細粉塵(微小粒子状物質)の大きさが大きいほど、散乱光の量又は強度は増加し、アナログ信号(PS)のレベルは増加する。図8のグラフで、ピーク値の大きさに応じて、大きな粒子(Large Particles)と小さな粒子(Small Particles)が区別さ得る。そして、アナログ信号(PS)を生成するピクセル(PX)の個数は、微細粉塵(微小粒子状物質)の量に依存する。微細粉塵(微小粒子状物質)の量が多ければ多いほど、散乱光を感知するピクセル(PX)の個数が多くなる。
【0067】
図1の変換回路122又は図7の利得アンプ122_2は、ゲイン値を増加させながら、アナログ信号(PS)を増幅することができる。増幅されたアナログ信号(PS)は、デジタル信号に変換され、デジタル信号でしきい値以上の値の個数がカウントされたり、決定されたりすることができる。カウントされた値の個数は、特定の強度以上の散乱光を感知したピクセルの個数に依存する。つまり、カウントされた値の個数は、特定のサイズ以上の微細粉塵(微小粒子状物質)の濃度と関連付けられる。
【0068】
大きな粒子によって生成されたアナログ信号(PS)は、小さなゲイン値によって増幅されても、しきい値を超えることができる。小さな粒子によって生成されたアナログ信号(PS)は、大きなゲイン値によって増幅されるとき、初めてしきい値を超えることができる。したがって、ゲイン値の増加に伴うカウントされた値の個数の変化量は、特定のサイズ範囲の微細粉塵の量又は濃度と関連付けられる。これを利用して、本発明のシステム100は、微細粉塵(微小粒子状物質)のサイズと量(濃度)を計算することができる。
【0069】
図9は、図1のプロセッサの例としてのブロック図である。図9を参照すると、プロセッサ130は、アベレージ(average)計算機131、カウンター132、減算器133、及び微細粉塵(微小粒子状物質)計算機134を含み得る。図9のプロセッサ130の構造は、便宜上、微細粉塵(微小粒子状物質)の測定機能の全体的な動作を説明するための例としてのブロック図と理解されるだろう。アベレージ(average)計算機131、カウンター132、減算器133、及び微細粉塵(微小粒子状物質)計算機134の中の少なくとも一部は、他の構成(例えば、図1のデジタルロジック回路123)で遂行され得る。
【0070】
アベレージ(average)計算機131は、デジタル信号(PD)のアベレージ(average)又はビニング動作を行うことができる。図8で説明したように、図1のピクセルアレイ121は、1つのゲイン値に対して基準スキャン数の散乱光を感知することができる。これにより、微細粉塵(微小粒子状物質)を測定するためのアナログ信号は、異なるゲイン値に各々対応するイメージ信号を含み、イメージ信号の各々は、基準スキャン数のアナログフレーム信号を含み得る。変換回路122は、基準スキャン数の生成されたアナログフレーム信号をデジタルフレーム信号に変換することができる。アベレージ(average)計算機131は、デジタルフレーム信号に対するアベレージ(average)演算を遂行することにより、1つのゲイン値に対応するデジタルイメージ信号を生成することができる。
【0071】
アベレージ(average)計算機131は、プロセッサ130に含まれてデジタルアベレージ(average)又はデジタルビニングを遂行するものとして説明されるが、これらに限定されない。例えば、本発明のシステム100は、アナログ信号に対するアベレージ(average)演算を遂行することができる。この場合には、アベレージ(average)計算機131は、図1のピクセルアレイ121と変換回路122との間に配置されるか、又は変換回路122に含まれる。なお、一例として、アベレージ(average)計算機131は、センサ120に含まれて、デジタルアベレージ(average)又はデジタルビニングを行うことができる。この場合には、アベレージ(average)計算機131は、変換回路122又はデジタルロジック回路123に含まれ得る。
【0072】
なお、アベレージ(average)計算機131は、カウンター132によって生成されたカウント値に対するアベレージ(average)演算を遂行することができる。この場合、カウンター132がデジタル信号(PD)を受信し、アベレージ(average)計算機131は、カウンター132の出力結果に対するアベレージ(average)演算を遂行することができる。
【0073】
カウンター132は、ゲイン値に各々対応するデジタル信号(PD)(例えば、アベレージ(average)されたデジタル信号)において、しきい値以上の値の個数をカウントすることができる。1つのゲイン値に対応するデジタル信号(PD)(アベレージ(average)されたデジタル信号)は、複数のピクセルに各々対応する数値を有し得る。数値の各値は、対応するピクセルが感知した散乱光の強度にゲイン値を乗算した結果と関連付けられる。カウントされた値の個数が多ければ多いほど、光を散乱させた微細粉塵(微小粒子状物質)の個数が多いことであり得る。カウンター132は、ゲイン値に各々対応するカウント値を生成することができる。これに対する具体的な内容は、図10で再び説明される。
【0074】
減算器133は、ゲイン値に対するカウント値の変化量を計算することができる。一例として、減算器133は、特定のゲイン値に対するカウント値から直前のゲイン値に対するカウント値を減算することにより、特定のゲイン値に対する減算値(微分値又は変化量)を生成することができる。たとえば、特定のゲイン値が3である場合には、直前のゲイン値は2であり得る。減算値は、特定のサイズ範囲の微細粉塵(微小粒子状物質)の個数と関連付けられる。これに対する具体的な内容は、図11で再び説明される。
【0075】
微細粉塵(微小粒子状物質)計算機134は、減算値に基づいて、微細粉塵(微小粒子状物質)のデータ(PMD)を生成することができる。微細粉塵(微小粒子状物質)計算機134は、ターゲットサイズの範囲(例えば、PM10及びPM2.5)の微細粉塵(微小粒子状物質)の量と関連付けられた値を有する微細粉塵(微小粒子状物質)のデータ(PMD)を生成することができる。このため、微細粉塵(微小粒子状物質)の計算機134は、ターゲットサイズの範囲に対応する補正係数を減算値に適用することができる。例えば、微細粉塵(微小粒子状物質)の計算機134は、PM10に対応する補正係数を減算値に乗算することができる。これらの補正係数は、ゲイン値ごとに異なることができる。補正されたデータのサイズは、ターゲットサイズの範囲(例えば、予め決定されたサイズの範囲)の微細粉塵(微小粒子状物質)の量又は個数と関連付けられる。これと関連して微細粉塵(微小粒子状物質)計算機134の具体的な内容は、図12で再び説明される。
【0076】
微細粉塵(微小粒子状物質)計算機134は、補正係数によって補正されたデータを単位体積(例えば、1m3)に換算して微細粉塵(微小粒子状物質)のデータ(PMD)を生成することができる。図1の照明110によって光が出力されて散乱した領域の体積は、単位体積と異なる。微細粉塵(微小粒子状物質)計算機134は、このような領域の体積に対する単位体積の割合を補正されたデータに乗算することができる。したがって、微細粉塵(微小粒子状物質)の計算機134は、ターゲットサイズの範囲の各々に対する微細粉塵(微小粒子状物質)の濃度を計算することができる。
【0077】
図10は、図9のカウンター132の動作を説明するためのグラフである。図10を参照すると、横軸はゲイン値として定義され、縦軸はカウント値として定義される。例として、ゲイン値は、1〜16で示される。
【0078】
上述したように、図1のセンサ120は、微細粉塵(微小粒子状物質)による散乱光を感知した結果、ゲイン値に各々対応するデジタル信号を生成することができる。これらのデジタル信号の各々は、散乱光を感知したピクセルに各々対応する数値を有し得る。利得が増加するにつれ、数値の大きさは増加することができる。図9のカウンター132は、しきい値以上の数値の個数をカウントして、カウント値を生成することができる。
【0079】
図10を参照すると、ゲイン値が増加するにつれ、カウント値が増加することができる。ゲイン値が増加するにつれ、アナログ信号の増幅利得が増加して数値が増加するからである。カウント値は、散乱光を感知したピクセルの個数に依存し、微細粉塵(微小粒子状物質)の個数と関連付けられる。カウント値が高いほど、感知された微細粉塵(微小粒子状物質)の量又は個数が多いことと理解されるだろう。
【0080】
図11は、図9の減算器の動作を説明するためのグラフである。図11を参照すると、横軸はゲイン値として定義され、縦軸は減算値として定義される。例として、ゲイン値は、1〜16で示される。
【0081】
上述したように、図9の減算器133は、特定のゲイン値に対するカウント値から直前のゲイン値に対するカウント値を減算して、特定のゲイン値に対する減算値を生成することができる。例えば、第1の減算値は、図10の第1のカウント値と同一であり得る。第2の減算値は、図10の第2のカウント値から第1のカウント値を減算した値と同一であり得る。つまり、減算値は、ゲイン値に対するカウント値の変化量又は微分値として理解され得る。
【0082】
減算値が大きい場合には、特定のサイズの微細粉塵(微小粒子状物質)の個数が多いことを意味することができる。特定の利得に対する減算値は、特定の範囲の電圧レベルでアナログ信号を生成したピクセルの個数であり得る。そして、特定の範囲の電圧レベルは、特定のサイズ範囲の微細粉塵(微小粒子状物質)による散乱光を受信した結果であり得る。つまり、減算値の大きさは、特定のサイズ範囲の微細粉塵(微小粒子状物質)の個数を示せる。ゲイン値が大きいほど、より小さな電圧レベルを生成したピクセルもカウントされる。したがって、減算値に対応するゲイン値が大きいほど、より小さいサイズの範囲の微細粉塵(微小粒子状物質)の量を示すものであり得る。したがって、望みのサイズ範囲の微細粉塵(微小粒子状物質)の濃度が計算される。
【0083】
図12は、図9の微細粉塵(微小粒子状物質)計算機の動作を説明するためのグラフである。図12を参照すると、横軸はゲイン値として定義され、縦軸は減算値として定義される。
【0084】
上述したように、図9の微細粉塵(微小粒子状物質)計算機123_4は、減算値に補正係数を適用して、望みのサイズの範囲の微細粉塵の個数、量、又は濃度を計算することができる。例えば、直径10μmの微細粉塵(微小粒子状物質)の個数と関連付けられた第1の微細粉塵(微小粒子状物質)のデータ(PMa)、及び直径は2.5μmの微細粉塵(微小粒子状物質)の個数と関連付けられた第2の微細粉塵(微小粒子状物質)のデータ(PMb)が計算される。第1の微細粉塵(微小粒子状物質)のデータ(PMa)は、第1の補正係数を減算値に各々乗算して生成される。第2の微細粉塵(微小粒子状物質)のデータ(PMb)は、第2の補正係数を減算値に各々乗算して生成される。一例として、第1及び第2の補正係数の各々は、ゲイン値に各々対応する異なる係数値を含み得る。
【0085】
一般的に、減算値の大きさは、特定のサイズ範囲の微細粉塵の個数に依存する。しかし、微細粉塵(微小粒子状物質)とピクセルとの間の距離、微細粉塵(微小粒子状物質)の大きさに応じたシステム100に対する吸着程度、微細粉塵(微小粒子状物質)の種類、物質、並びに形状などに応じて減算値と特定のサイズ範囲の微細粉塵の個数との関連性に誤差が発生され得る。これらの多様な要因を考慮して、微細粉塵(微小粒子状物質)の濃度の計算の信頼性を向上させるため、補正係数が設定され得る。そして、微細粉塵(微小粒子状物質)の計算機123_4は、第1の微細粉塵(微小粒子状物質)のデータ(PMa)及び第2の微細粉塵(微小粒子状物質)のデータ(PMb)を微細粉塵濃度の標準単位に換算することができる。
【0086】
図13は、図1のシステムの動作方法の例としてのフローチャートである。図13の段階は、図1のシステム100において遂行され得る。図13の段階は、微細粉塵(微小粒子状物質)を測定するためのシステム100の動作方法として理解されるだろう。説明の便宜上、図1の参照符号を参照して、図13が説明される。
【0087】
図13を参照すると、S110段階で、光源112は、赤外線波長帯域の光を出力することができる。出力された光は、微細粉塵(微小粒子状物質)によって散乱する。散乱した光は、センサ120のピクセルアレイ121に到達することができる。
【0088】
S120段階で、システム100は、微細粉塵(微小粒子状物質)を測定できる条件であるかを判定することができる。例えば、出力された光に応答して感知された散乱光又は反射光の強度が基準強度よりも大きい場合には、プロセッサ130は、センサ120の前面にオブジェクトが存在していると判定することができる。ここでは、基準強度は、オブジェクトがセンサ120に隣接するものと判定されるほどの感知された光の強度として理解され得る。オブジェクトによって微細粉塵(微小粒子状物質)の測定が困難な場合には、システム100は、オブジェクトが存在することを出力装置(図示せず)を介してユーザーに通知することができる。以後、S110の段階が進行される。オブジェクトがセンサ120から感知されない場合には、S130の段階が進行される。
【0089】
S130段階で、センサ120は、イメージをキャプチャーすることができる。ここで、イメージのキャプチャーは、散乱光を感知する動作として理解されるだろう。微細粉塵(微小粒子状物質)は、時間の流れに沿って継続的に動くことができるので、センサ120は、基準スキャン数のイメージを生成することができる。生成されたイメージは、アベレージ(average)演算を介して1つのイメージにマージ(merge)される。センサ120は、ピクセルアレイ121から生成されたアナログ信号を設定されたゲイン値に基づいて、デジタル信号に変換することができる。ここでのイメージは、ピクセルの(PX)に各々対応する数値を含むデジタル信号であり得る。
【0090】
S140の段階で、システム100は、飽和したピクセルの個数をカウントすることができる。S140の段階は、プロセッサ130により遂行され得るが、これに限定されない。飽和したピクセルの個数は、デジタル信号(イメージ)でのしきい値以上の数値の個数として理解され得る。システム100は、設定されたゲイン値に対応するカウント値を生成することができる。
【0091】
S150の段階で、システム100は、カウントされた個数の変化量を計算することができる。S150の段階は、プロセッサ130により遂行され得るが、これらに限定されない。一例として、システム100は、S140の段階で生成されたカウント値から直前の動作で生成されたカウント値を減算して変化量を計算することができる。直前の動作で生成されたカウント値は、S140の段階で設定されたゲイン値よりも小さいゲイン値に対応するカウント値であり得る。
【0092】
S160の段階で、システム100は、ゲイン値が基準ゲイン値であるかを判定することができる。基準ゲイン値は、微細粉塵(微小粒子状物質)測定のために使用されるゲイン値のうち最大値であり得る。現在のゲイン値が基準ゲイン値ではない場合は、S165の段階に進行する。S165の段階で、ゲイン値が増加し、増加されたゲイン値に基づいて、S130〜S150の段階が進行される。S130〜S150段階は、ゲイン値が基準ゲイン値に到達するまで繰り返される。その結果、複数の異なるゲイン値に対するカウント値と変化量が計算される。
【0093】
S170の段階で、システム100は、ゲイン値に対するカウント値の変化量に基づいて、微細粉塵(微小粒子状物質)のデータを生成することができる。S170の段階は、プロセッサ130により遂行され得るが、これに限定されない。システム100は、ゲイン値に各々対応する変化量に補正係数を適用して、ターゲットサイズの範囲の微細粉塵(微小粒子状物質)の量を計算することができる。ここでは、微細粉塵(微小粒子状物質)のデータは、単位体積に換算する前の微細粉塵(微小粒子状物質)量に対する数値として理解されるだろう。
【0094】
S180の段階で、システム100は、微細粉塵(微小粒子状物質)のデータに基づいて微細粉塵(微小粒子状物質)を測定できる条件であるかを再び判定することができる。S120の段階で述べたように、微細粉塵(微小粒子状物質)のデータのサイズが基準値よりも大きい場合には、プロセッサ130は、センサ120の前面にオブジェクトが存在していると判断することができる。オブジェクトによって微細粉塵(微小粒子状物質)測定が困難な場合には、システム100は、オブジェクトが存在することを出力装置(図示せず)を介してユーザーに通知することができ、以後、S110の段階が進行され得る。オブジェクトがセンサ120から感知されない場合には、S190の段階が進行される。
【0095】
S190の段階で、システム100は、微細粉塵(微小粒子状物質)のデータを単位体積に換算して微細粉塵(微小粒子状物質)の濃度を計算することができる。
S190の段階は、プロセッサ130により遂行され得るが、これに限定されない。微細粉塵(微小粒子状物質)のデータは、少なくとも1つのターゲットサイズ範囲の微細粉塵の量と関連付けられる。測定しようとする微細粉塵(微小粒子状物質)のサイズが複数である場合には、微細粉塵(微小粒子状物質)のデータは、複数のサイズの各々に対する値を含み得る。システム100は、このような値の各々を単位体積に換算して微細粉塵(微小粒子状物質)のサイズ別濃度を計算することができる。
【0096】
図14は、図1のシステムの動作方法の例としてのフローチャートである。図14の段階は、図1のシステム100により遂行される。図14の段階は、システム100が図4のピクセルアレイ121_2のように可視光帯域を感知するピクセル、及び赤外線波長帯域を感知するピクセルを含む場合の実施形態であり得る。図14の段階は、一般的なイメージをキャプチャーと微細粉塵(微小粒子状物質)測定を選択的に遂行する方法として理解されるだろう。説明の便宜上、図1の参照符号を参照して、図14を説明する。
【0097】
S210の段階で、プロセッサ130は、システム100の動作モードを決定することができる。一般的なイメージをキャプチャーするための動作モードが選択されるか、決定されるかのいずれかである場合には、S220とS230の段階が行われる。微細粉塵(微小粒子状物質)測定のための動作モードが選択されるか、決定されるかのいずれかである場合には、S240及びS250の段階が進行される。
【0098】
S220の段階で、センサ120は、可視光線波長帯域の光を感知してイメージを生成することができる。この場合には、複数のピクセルのうち可視光線波長帯域の光を感知するカラーピクセルが、感知された光に基づいてアナログ信号を生成することができる。変換回路122は、アナログ信号をデジタル信号に変換することができる。そして、赤外線波長帯域の光を感知するピクセル(PMピクセル)は、可視光線波長帯域の光を感知しない。
【0099】
S230の段階で、システム100は、PMピクセルに対応するイメージを補正することができる。S230の段階は、プロセッサ130により遂行され得るが、これに限定されない。一例として、システム100は、PMピクセルに隣接するカラーピクセルに対応する値に基づいて、PMピクセルに対応するデータ値を補正することができる。補正された値は、S220で生成されたイメージに適用され得る。
【0100】
S240の段階で、システム100は、照明110を活性化させることができる。照明110は、微細粉塵(微小粒子状物質)の濃度を測定するために、微細粉塵(微小粒子状物質)の照射される光を出力することができる。出力された光は、微細粉塵(微小粒子状物質)によって散乱される。散乱された光は、センサ120に達するか、又は入射される。
【0101】
S250の段階で、システム100は、散乱された光を感知して微細粉塵(微小粒子状物質)を測定することができる。微細粉塵(微小粒子状物質)を測定する動作は、図13の段階と同一である。
【0102】
図15は、図1のシステムが適用された電子装置の例としての図である。図15を参照すると、電子装置200は、照明210、センサ220、及びコネクタ250を含み得る。図示されていないが、電子装置200は、図1のプロセッサ130に対応する構成を内蔵することができる。
【0103】
照明210は、図1の照明110に対応する。照明210は、微細粉塵(微小粒子状物質)測定のために、赤外線波長帯域の光を外部に出力する。出力された光は、微細粉塵(微小粒子状物質)によって散乱される。散乱された光は、センサ220に入射される。
【0104】
センサ220は、散乱光に基づいて微細粉塵(微小粒子状物質)を測定するための電気信号を生成することができる。センサ220は、図1のセンサ120に対応する。センサ220は、微細粉塵(微小粒子状物質)によって散乱された光を受信するために、照明210に隣接して配置される。センサ220は、異なるゲイン値に各々対応するアナログ信号を生成し、アナログ信号をデジタル信号に変換することができる。
【0105】
センサ220は、図2のピクセルアレイ121_1を含み得る。この場合には、電子装置200は、微細粉塵(微小粒子状物質)測定のための専用装置であり得る。ただし、これに限定されず、センサ220は、図4のピクセルアレイ121_2を含むこともできる。この場合には、電子装置200は、微細粉塵(微小粒子状物質)測定、及び一般的なイメージのキャプチャーの両方を行うことができる。
【0106】
コネクタ250は、外部の電子装置と電気的に連結されるように提供される。コネクタ250を介して、電子装置200は、コンピュータ装置などのような外部装置と通信することができる。ユーザーは、外部装置を介して微細粉塵(微小粒子状物質)の測定結果を認識することができる。
【0107】
電子装置200は、センサ220により生成されたデジタル信号に基づいて、特定のサイズの範囲の粉塵濃度を計算することができる。このため、図1のプロセッサ130に対応する構成が、電子装置200に提供され得る。ただし、これに限定されず、電子装置200に含まれているプロセッサは、照明210とセンサ220の動作を制御し、微細粉塵(微小粒子状物質)の測定は、コネクタ250を介して接続された外部装置において遂行されることもできる。
【0108】
図16は、図1のシステムが適用された電子装置の例としての図である。図16を参照すると、電子装置300は、照明310とセンサ(321、322、323、324)を含み得る。図示されていないが、電子装置300は、図1のプロセッサ130に対応する構成を内蔵することができる。
【0109】
照明310は、図1の照明110に対応する。照明310は、微細粉塵(微小粒子状物質)を測定するために、赤外線波長帯域の光を外部に出力することができる。出力された光は、微細粉塵(微小粒子状物質)によって散乱される。散乱された光は、センサ(321、322、323、324)の中の少なくとも1つに入射される。
【0110】
センサ(321、322、323、324)は、外部の光を受信してアナログ信号のような電気信号に変換することができる。センサ(321、322、323、324)は、焦点距離、視野角、ピクセルの個数、感知する光の波長帯域の中の少なくとも1つが異なることができる。
【0111】
一例として、第1のセンサ321は、深さを感知するための赤外線センサであり得、TOF(Time of Flight)センサであり得る。第1のセンサ321は、照明310から出力された光の反射光に基づいて、オブジェクトの深さを測定することができる。一例として、第2のセンサ322は、センサ(321、322、323、324)の中で最も広い視野角を有し、最も小さい焦点距離を有する超広角イメージセンサであり得る。一例として、第3のセンサ323は、第2のセンサ322よりも小さい視野角を有し、第2のセンサ322よりも大きい焦点距離を有する広角イメージセンサであり得る。第4のセンサ324は、望遠のイメージセンサであり得る。第2〜第4のセンサ(322、323、324)は、可視光線波長帯域の光を感知するピクセルを含み得る。センサ(321、322、323、324)の種類は、例としてのものであり、説明された例示とは異なる特性を有し、異なる個数のセンサが提供され得る。
【0112】
照明310に隣接するセンサは、図1のセンサ120に対応する。一例として、第1のセンサ321又は第2のセンサ322は、微細粉塵(微小粒子状物質)測定のための動作を遂行することができる。例えば、第2のセンサ322は、図4のピクセルアレイ121_2を含み得る。この場合には、第2のセンサ322は、一般的なイメージのキャプチャー動作、及び微細粉塵(微小粒子状物質)測定のための散乱光の感知動作を選択的に行うことができる。一例として、第1のセンサ321は、深さの測定のための動作、及び微細粉塵(微小粒子状物質)測定のための動作を選択的に行うことができる。
【0113】
図17は、図1のシステムが適用されるイメージシステムの例としてのブロック図である。図17を参照すると、イメージシステム1000は、照明1100、イメージセンサ1200、イメージ信号プロセッサ1300、及びアプリケーションプロセッサ1400を含み得る。イメージシステム1000は、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、スマートフォン、ウェアラブル(wearable)装置、ヘッドマウント(head mounted)装置、スマートウェアラブル装置(例えば、スマート眼鏡)、ポータブル(portable)マルチメディアプレイヤー、デジタルカメラ装置などで多様に実装され得る。
【0114】
照明1100は、赤外線波長帯域の光を外部に出力することができる。照明1100は、光源コントローラ1110、及び光源1120を含み得る。光源コントローラ1110及び光源1120は、図1の光源コントローラ111及び光源112に対応するので、具体的な説明が省略される。照明1100から出力された光は、微細粉塵(微小粒子状物質)によって散乱し、イメージセンサ1200に入射する。
【0115】
イメージセンサ1200は、図4のようなピクセルアレイ121_2を含み得る。イメージセンサ1200は、赤外線波長帯域の光を感知するピクセル、及び可視光線波長帯域の光を感知するピクセルを含み得る。通常の動作モードでイメージセンサ1200は、可視光線波長帯域の光を感知してデジタルイメージ信号を生成することができる。微細粉塵(微小粒子状物質)測定モードでイメージセンサ1200は、光源1120から出力された光の散乱光を感知して異なるゲイン値に各々対応するデジタル信号を生成することができる。
【0116】
イメージ信号プロセッサ1300は、イメージセンサ1200から生成されたデジタル信号に基づいて多様なイメージ処理を行うことができる。イメージ信号プロセッサ1300は、通常の動作モードでデジタルイメージ信号を処理することができる。一例として、イメージ信号プロセッサ1300は、赤外線波長帯域の光を感知するピクセルに対応するデータ値を補正するなど、画質を向上させるための多様な動作を遂行することができる。イメージ信号プロセッサ1300は、微細粉塵(微小粒子状物質)測定モードでは、デジタル信号を分析して望みのサイズの範囲の微細粉塵の濃度を計算することができる。このような計算のプロセスは、上述された。
【0117】
アプリケーションプロセッサ1400は、イメージシステム1000のコンポーネントの全体的な動作を制御することができる。アプリケーションプロセッサ1400は、イメージシステム1000を動作させるための多様な演算を処理することができる。アプリケーションプロセッサ1400は、通常モード又は微細粉塵(微小粒子状物質)測定モードを決定することができる。通常モードでは、アプリケーションプロセッサ1400は、照明1100を非活性化させ、イメージセンサ1200のイメージをキャプチャーするための制御信号を提供することができる。微細粉塵(微小粒子状物質)測定モードでは、アプリケーションプロセッサ1400は、光を出力するように照明1100を活性化させ、イメージセンサ1200のゲイン値を制御することができる。
【0118】
これに限定されないが、例としての実施形態は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体上のコンピュータ読み取り可能なコードとして少なくとも一部が実装され得る。コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、コンピュータシステムによって読み取り可能なデータを格納できる任意のデータ記憶装置である。コンピュータ読み取り可能な記録媒体の例は、ROM(read-only memory)、RAM(random-access memory)、CD−ROMs、磁気テープ(magnetic tape)、フロッピーディスク(floppy disk)、及び光学データ記憶装置を含む。コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、ネットワークに連結されたコンピュータシステムに分散され、コンピュータ読み取り可能なコードは、分散方式で格納及び実行される。なお、例としての実施形態は、搬送波(carrier wave)のようなコンピュータ読み取り可能な伝送媒体を介して伝送されたコンピュータプログラムとして記録され、プログラムを実行する汎用又は専用目的デジタルコンピュータにおいて受信されて実装される。
【0119】
上記の内容は、本発明を実施するための具体的な例である。本発明は、上で説明された実施形態だけでなく、単純に設計変更されたり、容易に変更されたりすることができる実施形態も含まれる。さらに、本発明はまた、例としての実施形態を使用して容易に変更し実施できる技術も含み得る。
【符号の説明】
【0120】
100、1000:システム
110、210、310、1110:照明
120、220、321、322、323、324、1200:センサ
121、121_1、121_2:ピクセルアレイ
122:変換回路
130:プロセッサ
200、300:電子装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】