JP7338969B2 - 光センサー、それを用いた吸光度測定装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、光センサー及び吸光度測定に関する。

環境モニタリング、食品検査、医療診断分野など多様な応用分野でサンプルを分析するために、吸光度を利用できる。小型分光器を用いて皮膚の吸光度を連続して測定し、それを分析して、生体情報を獲得することができる。

皮膚の吸光度を測定するために、ＬＥＤを通じて皮膚に光を照射する場合、ＬＥＤから照射される光量は、皮膚温度に影響を受けて変化する。このようなＬＥＤの光量の変化は、皮膚の吸光度測定値の誤差で表われ、小さな測定値で情報を獲得する場合（例、皮膚スペクトルを通じて血糖を推定する場合）に正確度を阻害する原因となる。

本発明が解決しようとする課題は、光センサー、それを用いた吸光度測定装置及び方法が開示される。

一態様による光センサーは、光を照射する光源と、前記光源が装着され、前記光源が装着される領域にホール（Ｈｏｌｅ）を含む基板と、各光源の正面から照射されて、対象体から反射または散乱された第１光を受信する第１光検出器と、各光源の背面から照射されて、前記光源に対応するホールを通過した第２光を受信する少なくとも１つの第２光検出器と、を含みうる。

前記光源は、互いに異なる波長の光を照射することができる。

前記少なくとも１つの第２光検出器の個数は、前記光源の個数と同一であり、前記少なくとも１つの第２光検出器は、前記光源に対応することができる。

前記少なくとも１つの第２光検出器の個数は、前記光源の個数よりも少ない。

前記少なくとも１つの第２光検出器の個数は、１つであり得る。

光センサーは、前記基板と前記少なくとも１つの第２光検出器との間に配されて、前記ホールを通過した第２光を集光する集光部をさらに含みうる。

前記集光部は、導波管、集光レンズ、反射ミラー、グレーティング（ｇｒａｔｉｎｇ）のうち任意の１つまたは任意の組み合わせを含みうる。

他の態様による吸光度測定装置は、対象体から反射または散乱された第１光及び基板のホールを通過した第２光を受信し、前記第１光の第１光量と前記第２光の第２光量とを測定する光センサーと、前記第１光の第１光量及び前記第２光の第２光量に基づいて、前記対象体の吸光度を算出するプロセッサと、を含みうる。

前記光センサーは、光を照射する光源と、前記光源が装着され、前記光源が装着される領域にホールを含む基板と、各光源の正面から照射されて、対象体から反射または散乱された第１光を受信して、前記第１光の第１光量を測定する第１光検出器と、各光源の背面から照射されて、前記光源に対応するホールを通過した第２光を受信して、前記第２光の第２光量を測定する少なくとも１つの第２光検出器と、を含みうる。

前記光センサーは、前記基板と前記少なくとも１つの第２光検出器との間に配されて、前記ホールを通過した第２光を集光する集光部をさらに含みうる。

前記集光部は、導波管、集光レンズ、反射ミラー、グレーティングのうち任意の１つまたは任意の組み合わせを含みうる。

前記プロセッサは、前記第２光の第２光量の変化に基づいて、前記第１光の第１光量を補正し、前記補正された第１光量を用いて、前記対象体の吸光度を算出することができる。

前記プロセッサは、第２光の第２光量の変化と第１光の第１光量の関係とを定義した光量補正式を用いて、前記第１光の第１光量を補正することができる。

前記プロセッサは、前記光源の安定化の有無を判断し、前記光源が安定化されたと判断されれば、前記第１光の第１光量及び前記第２光の第２光量に基づいて、前記対象体の吸光度を算出することができる。

前記プロセッサは、前記第２光の第２光量の変動係数、前記光源の波長シフト程度、設定された時間のうち任意の１つまたは任意の組み合わせに基づいて、前記光源の安定化の有無を判断することができる。

さらに他の態様による吸光度測定方法は、光源の正面から照射されて、対象体から反射または散乱された第１光を受信する段階と、前記第１光の第１光量を測定する段階と、前記光源の背面から照射されて、前記光源が装着された基板のホールを通過した第２光を受信する段階と、前記第２光の第２光量を測定する段階と、前記第１光の第１光量及び前記第２光の第２光量に基づいて、前記対象体の吸光度を算出する段階と、を含みうる。

前記対象体の吸光度を算出する段階は、前記第２光の第２光量の変化に基づいて、前記第１光の第１光量を補正する段階と、前記補正された第１光量を用いて、前記対象体の吸光度を算出する段階と、を含みうる。

前記第１光の第１光量を補正する段階は、第２光の第２光量の変化と第１光の第１光量の関係とを定義した光量補正式を用いて、前記第１光の第１光量を補正することができる。

吸光度測定方法は、前記光源の安定化の有無を判断する段階をさらに含みうる。

前記光源の安定化の有無を判断する段階は、前記第２光の第２光量の変動係数、前記光源の波長シフト程度、設定された時間のうち任意の１つまたは任意の組み合わせに基づいて、前記光源の安定化の有無を判断することができる。

前記対象体の吸光度を算出する段階は、前記光源が安定化されたと判断されれば、第１光の第１光量及び第２光の第２光量に基づいて、前記対象体の吸光度を算出することができる。

さらに他の態様による光センサーは、第１面から第１光を照射し、前記第１面に対向する第２面から第２光を照射する光源と、各光源の第２面がそれぞれ配されるホールを含む第１基板と、各光源から照射されて、被検体から反射または散乱される前記第１光を受信する第１光検出器と、各光源から照射されて、各光源に対応する各ホールを通過する前記第２光を受信する１つ以上の第２光検出器と、前記１つ以上の光検出器が装着される第２基板と、を含みうる。

本発明によれば、光源が装着される基板にホールを形成し、光源の背面から照射されて、ホールを通過した光を測定して、光源の光量補正に利用することにより、対象体の変化による信号の変化と光源の光量の変化による信号の変化とを分離し、吸光度測定の正確度を向上させうる。

光センサーの構造の一実施形態を概略的に示す図面である。 光センサーの光源及び光検出器の配置の例を示す図面である。 吸光度測定装置の一実施形態を示すブロック図である。 光センサーの構造の一実施形態を示す図面である。 光センサーの構造の他の実施形態を示す図面である。 光センサーの構造のさらに他の実施形態を示す図面である。 光センサーの構造のさらに他の実施形態を示す図面である。 吸光度測定装置の他の実施形態を示すブロック図である。 手首型ウェアラブルデバイスの斜視図である。 吸光度測定方法の一実施形態を示すフローチャートである。 吸光度測定方法の他の実施形態を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明の一実施形態を詳細に説明する。各図面の構成要素に参照符号を付け加えるに当って、同じ構成要素に対しては、たとえ他の図面上に表示されていても、可能な限り同じ符号を有させることに留意しなければならない。また、関連した公知の機能または構成についての具体的な説明が、実施形態の理解を不明にする恐れがあると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。

一方、各段階において、各段階は、文脈上、明白に特定の順序を記載していない以上、明記された順序と異なって起こりうる。すなわち、各段階は、明記された順序と同様に行われ、実質的に同時に行われることもあり、逆順にも行われる。

後述される用語は、実施形態による機能を考慮して定義された用語であって、これは、ユーザ、運用者の意図または慣例などによって変わりうる。したがって、その定義は、本明細書の全般に亘った内容に基づいて下されなければならない。

第１、第２などの用語は、多様な構成要素の説明に使われるが、構成要素は、用語によって限定されるものではない。用語は、１つの構成要素を他の構成要素から区別する目的のみで使われる。単数の表現は、文脈上、取り立てて明示しない限り、複数の表現を含み、「含む」または「有する」などの用語は、明細書上に記載の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在するということを指定しようとするものであって、１つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性をあらかじめ排除しないものと理解しなければならない。

また、本明細書での構成部に対する区分は、各構成部が担当する主機能別に区分したものに過ぎない。すなわち、２個以上の構成部が１つの構成部に合わせられるか、または１つの構成部がより細分化された機能別に２個以上に分化されて備えられることもある。そして、構成部のそれぞれは、自身が担当する主機能の以外にも、他の構成部が担当する機能のうち、一部または全部の機能を追加的に行っても、構成部のそれぞれが担当する主機能のうち、一部機能が他の構成部によって専担されて行なわれても良い。各構成部は、ハードウェアまたはソフトウェアとして具現されるか、ハードウェア及びソフトウェアの組み合わせで具現可能である。

図１Ａは、光センサーの構造の一実施形態を概略的に示す図面であり、図１Ｂは、光センサーの光源及び光検出器の配置の例を示す図面である。

図１Ａを参照すれば、光センサー１００は、ハウジング１１０を含み、ハウジング１１０に光源１１１、１１２及び光検出器１３１、１３２などが装着されうる。この際、光源１１１、１１２及び光検出器１３１、１３２は、それぞれ２個ずつ示されているが、これは、説明の便宜のためのものであり、その個数は制限されるものではない。

また、光センサー１００は、対象体（ＯＢＪ）と接触する下部に形成されたカバー１２０を含み、この際、カバー１２０は、ＡＲ（Ａｎｔｉ－Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コーティングされたガラス（ｇｌａｓｓ）で形成されうる。

また、光センサー１００は、ハウジング１１０に実装されて光源１１１、１１２から照射された光の方向を調整する方向調節器１４１、１４２をさらに含みうる。方向調節器１４１、１４２は、光学ミラーであり、光源１１１、１１２から放出された光の方向を検査しようとする対象体（ＯＢＪ）、例えば、手首の腰骨動脈、静脈または毛細血管に向かって調節することができる。方向調節器１４１、１４２は、方向や角度が初期にあらかじめ設定しうる。但し、これに制限されるものではなく、所定の制御信号によって方向や角度が自動で調節されるように形成されることも可能である。

光源１１１、１１２から照射された光は、矢印で示したように、光経路に沿って対象体（ＯＢＪ）に入り、対象体（ＯＢＪ）の組織特性によって散乱または反射して光検出器１３１、１３２の方向に移動する。各光検出器１３１、１３２は、対象体（ＯＢＪ）から戻ってくる光を検出する。この際、光センサー１００は、対象体（ＯＢＪ）によって反射または散乱される光の方向を光検出器１３１、１３２の方向に向かって集中させる光集中器１４０を含みうる。この際、光集中器１４０は、光学レンズのような光学モジュールで形成されうる。

また、光センサー１００は、所定の制御信号によって光源１１１、１１２の波長を調節する波長調節器１２１、１２２を含みうる。波長調節器１２１、１２２は、光源１１１、１１２の一面に密着されて設けられることもある。波長調節器１２１、１２２は、対応する各光源１１１、１１２と分離可能に設けられるか、光源１１１、１１２と一体に形成されうる。この際、波長調節器１２１、１２２は、光源１１１、１１２の温度を調節する抵抗発熱体や熱電素子のような温度調節部材で形成されうる。

一方、光源１１１、１１２は、光検出器１３１、１３２の外郭で光検出器１３１、１３２の周囲を取り囲むように配置される。例えば、光源１１１、１１２は、光検出器１３１、１３２を中心に光検出器１３１、１３２の周囲を取り囲むように同心円状に配置される。例えば、図１Ｂに示したように、光センサー１００は、中心にフォトダイオード（ＰＤ）が配され、フォトダイオード（ＰＤ）を中心に外郭に同心円状にｎ個のＬＥＤアレイが配される形態として具現可能である。この際、各ＬＥＤは、λ１、λ２、λ３、…、λｎの互いに異なるピーク波長を有するようにあらかじめ設定されうる。

図２は、吸光度測定装置の一実施形態を示すブロック図である。図２の吸光度測定装置は、対象体の吸光度を測定することができる装置であって、電子装置に搭載されうる。この際、電子装置は、携帯電話、スマートフォン、タブレット、ノート型パソコン、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）、ＰＭＰ（Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｐｌａｙｅｒ）、ナビゲーション、ＭＰ３プレーヤー、デジタルカメラ、ウェアラブルデバイスなどを含み、ウェアラブルデバイスは、手首時計型、手首バンド型、指輪型、ベルト型、ネックレス型、足首バンド型、太ももバンド型、腕バンド型などを含みうる。しかし、電子装置は、上述した例に制限されず、ウェアラブルデバイスも、上述した例に制限されるものではない。

図２を参照すれば、吸光度測定装置２００は、光センサー２１０及びプロセッサ２２０を含みうる。

光センサー２１０は、光源の正面から照射されて、対象体から反射または散乱された光（以下、第１光）を受信し、該受信された第１光の光量を測定することができる。また、光センサー２１０は、各光源の背面から照射されて、光源が装着された基板のホールを通過した光（以下、第２光）を受信し、該受信された第２光の光量を測定することができる。

プロセッサ２２０は、吸光度測定装置２００の動作と関連した各種信号を処理することができる。

プロセッサ２２０は、設定された周期またはユーザの要請に応じて光センサー２１０を制御して、多様な波長の第１光の光量及び第２光の光量を獲得することができる。

プロセッサ２２０は、光センサー２１０の光源の安定化の有無を判断することができる。一実施形態によれば、プロセッサ２２０は、第２光の光量の変動係数、光源の波長シフト程度、設定された時間などを用いて光源の安定化の有無を判断することができる。例えば、プロセッサ２２０は、第２光の光量の変動係数が所定の第１臨界値以下になるか、第２光の光量から算出された光源の波長シフト程度が所定の第２臨界値以下になるか、光源が駆動し、設定された時間を経過した場合に、光源が安定化されたと判断することができる。

プロセッサ２２０は、光源が安定化されたと判断されれば、測定された第１光の光量及び第２光の光量に基づいて、対象体の吸光度を算出することができる。

一実施形態によれば、プロセッサ２２０は、第２光の光量から光源の正面から照射されて対象体に入射される光量（以下、入射光量）を推定し、該推定された入射光量及び第１光の光量に基づいて、対象体の吸光度を算出することができる。この際、プロセッサ２２０は、数式１を利用できる。

ここで、Ａは、吸光度を示し、Ｉ_１は、第１光の光量を示し、Ｉ_０は、入射光量を示し、Ｉ_２は、第２光の光量を示し、αは、補正係数を示す。この際、αは、実験的に導出されうる。
他の実施形態によれば、プロセッサ２２０は、第２光の光量に基づいて第１光の光量を補正し、該補正された第１光の光量を用いて対象体の吸光度を算出することができる。この際、プロセッサ２２０は、数式２（以下、光量補正式）及び数式３を利用できる。

ここで、Ｉ_ｃａｌは、補正された第１光の光量を示し、Ｉ_１は、測定された第１光の光量を示し、βは、直前と比べた、第２光の光量の変化の程度（単位：％）を示し、Ｉ_０’は、入射光量の初期値を示す。この際、入射光量の初期値は、レファレンス物質（９９％拡散反射の特性を有する物質）に反射または散乱された光を測定することで獲得することもでき、初期に測定された第２光の光量から推定して獲得することもできる。

図３は、光センサーの構造の一実施形態を示す図面である。図３の光センサー３００は、図２の光センサー２１０の一実施形態であって、光センサー２１０内に設けられた光源の個数と第２光検出器の個数とが同一の実施形態を図示する。図３の光センサー３００は、図１Ａ及び図１Ｂを参照して前述した光センサー１００の構造に基づく。

図３を参照すれば、光センサー３００は、複数の光源３１１～３１５、基板３２０、３５０、第１光検出器３３０、及び複数の第２光検出器３４１～３４５を含みうる。

光源３１１～３１５は、互いに異なる波長の光を照射することができる。例えば、各光源３１１～３１５は、各光源３１１～３１５の正面及び背面を通じて可視光線または赤外線を照射することができる。しかし、これに限定されるものではなく、測定タイプ及び分析対象などによって、各光源３１１～３１５から照射される光の波長は変わりうる。一実施形態によれば、光源３１１～３１５は、発光ダイオード（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ、ＬＥＤ）またはレーザダイオード（ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ）などに形成されうるが、これは、一実施形態に過ぎず、これに限定されるものではない。

基板３２０には、光源３１１～３１５が装着され、各光源３１１～３１５が装着される基板３２０の領域には、各光源３１１～３１５に対応するホール３２１～３２５が形成されうる。

第１光検出器３３０は、各光源３１１～３１５の正面から照射されて対象体（ＯＢＪ）に反射または散乱された第１光を受信し、該受信された第１光の光量を測定することができる。一実施形態によれば、第１光検出器３３０は、フォトダイオード（ｐｈｏｔｏ ｄｉｏｄｅ）、フォトトランジスタ（ｐｈｏｔｏ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、ＰＴｒ）または電荷結合素子（ｃｈａｒｇｅ－ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ、ＣＣＤ）などを含みうる。第１光検出器３３０は、必ずしも１つの素子で構成される必要はなく、多数の素子が集まってアレイ形態で構成することもできる。

一方、図１Ｂに示したように、光源３１１～３１５は、第１光検出器３３０の外郭で光検出器３３０の周囲を取り囲むように配置される。

第２光検出器３４１～３４５は、各光源３１１～３１５の背面から照射されて基板３２０のホール３２１～３２５を通過した第２光を受信し、該受信された第２光の光量を測定することができる。一実施形態によれば、第２光検出器３４１～３４５は、フォトダイオード、フォトトランジスタ（ＰＴｒ）または電荷結合素子（ＣＣＤ）などを含みうる。

一実施形態によれば、第２光検出器３４１～３４５と光源３１１～３１５は、一対一対応することができる。例えば、第２光検出器３４１と光源３１１、第２光検出器３４２と光源３１２、第２光検出器３４３と光源３１３、第２光検出器３４４と光源３１４、第２光検出器３４５と光源３１５が、それぞれ一対一対応することができる。このような構成で、第２光検出器３４１は、光源３１１の背面から照射されてホール３２１を通過した第２光を受信し、第２光検出器３４２は、光源３１２の背面から照射されてホール３２２を通過した第２光を受信し、第３光検出器３４３は、光源３１３の背面から照射されてホール３２３を通過した第２光を受信し、第４光検出器３４４は、光源３１４の背面から照射されてホール３２４を通過した第２光を受信し、第５光検出器３４５は、光源３１５の背面から照射されてホール３２５を通過した第２光を受信することができる。

基板３５０には、複数の第２光検出器３４１～３４５が装着されうる。

一方、光センサー３００は、目標する対象体（ＯＢＪ）に光が照射されるように多様な光学素子をさらに含みうる。

図３の場合、光センサー３００が５個の光源、１個の第１光検出器及び５個の第２光検出器を含むものと示されているが、これは、一実施形態に過ぎない。光源、第１光検出器及び第２光検出器の個数及び配列形態などは、光センサー３００の活用目的及び光センサー３００が搭載される電子装置のサイズと形態などによって多様に変更されうる。

図４は、光センサーの構造の他の実施形態を示す図面である。図４の光センサー４００は、図２の光センサー２１０の一実施形態であり得る。図４の光センサー４００は、図１Ａ及び図１Ｂを参照して前述した光センサー１００の構造に基づく。

図３及び図４を参照すれば、光センサー４００は、光センサー３００に比べて、複数の集光部４１１～４１５をさらに含みうる。

集光部４１１～４１５は、各光源３１１～３１５の背面から照射されてホール３２１～３２５を通過した第２光を集光することができる。一実施形態によれば、集光部４１１～４１５は、導波管、集光レンズ、反射ミラー、グレーティングなどを含みうる。

図５は、光センサーの構造のさらに他の実施形態を示す図面である。図５の光センサー５００は、図２の光センサー２１０の一実施形態であって、単一の第２光検出器を含む実施形態を図示する。図５の光センサー５００は、図１Ａ及び図１Ｂを参照して前述した光センサー１００の構造に基づく。

図５を参照すれば、光センサー５００は、複数の光源３１１～３１５、基板３２０、３５０、第１光検出器３３０、単一の第２光検出器３４１及び集光部５１０を含みうる。ここで、複数の光源３１１～３１５、基板３２０、３５０、第１光検出器３３０、及び第２光検出器３４１は、図３を参照して前述したものと同じであるので、その詳細な説明は省略する。

集光部５１０は、各光源３１１～３１５の背面から照射されてホール３２１～３２５を通過した第２光を集光し、該集光された第２光を第２光検出器３４１が受信できるように、複数のグレーティング５１１～５１５及び導波管５２０を含みうる。また、実施形態によって、集光部５１０は、反射ミラー、集光レンズなどをさらに含むこともある。

図６は、光センサーの構造のさらに他の実施形態を示す図面である。図６の光センサー６００は、図２の光センサー２１０の一実施形態であって、第２光検出器の個数が、光源の個数よりも少ない実施形態を図示する。図６の光センサー６００は、図１Ａ及び図１Ｂを参照して前述した光センサー１００の構造に基づく。

図６を参照すれば、光センサー６００は、複数の光源３１１～３１５、基板３２０、３５０、第１光検出器３３０、第２光検出器３４１、３４２及び集光部６１０を含みうる。ここで、複数の光源３１１～３１５、基板３２０、３５０、第１光検出器３３０、及び第２光検出器３４１、３４２は、図３を参照して前述したものと同じであるので、その詳細な説明は省略する。

集光部６１０は、各光源３１１～３１５の背面から照射されてホール３２１～３２５を通過した第２光を集光し、該集光された第２光を第２光検出器３４１または第２光検出器３４２が受信できるように、複数のグレーティング６１１～６１５及び導波管６２０を含みうる。また、実施形態によって、集光部６１０は、反射ミラー、集光レンズなどをさらに含みうる。

一方、図６の場合、光センサー６００が、２個の第２光検出器を含み、第２光検出器３４１が、光源３１１、３１２から照射された第２光を受信し、第２光検出器３４２が、光源３１３～３１５から照射された第２光を受信すると示されているが、これは、一実施形態に過ぎない。すなわち、第２光検出器の個数及び配列形態、第２光検出器と光源の対応関係などは、光センサー６００の活用目的及び光センサー６００が搭載される電子装置のサイズと形態などによって多様に変更されうる。

図７は、吸光度測定装置の他の実施形態を示すブロック図である。図７の吸光度測定装置は、対象体の吸光度を測定することができる装置であって、電子装置に搭載されうる。この際、電子装置は、携帯電話、スマートフォン、タブレット、ノート型パソコン、ＰＤＡ、ＰＭＰ、ナビゲーション、ＭＰ３プレーヤー、デジタルカメラ、ウェアラブルデバイスなどを含み、ウェアラブルデバイスは、手首時計型、手首バンド型、指輪型、ベルト型、ネックレス型、足首バンド型、太ももバンド型、腕バンド型などを含みうる。しかし、電子装置は、上述した例に制限されず、ウェアラブルデバイスも、上述した例に制限されるものではない。

図７を参照すれば、吸光度測定装置７００は、光センサー２１０、プロセッサ２２０、入力部７１０、保存部７２０、通信部７３０及び出力部７４０を含みうる。ここで、光センサー２１０及びプロセッサ２２０は、図２から図６を参照して前述したものと同じであるので、その詳細な説明は省略する。

入力部７１０は、ユーザから多様な操作信号を入力されうる。一実施形態によれば、入力部７１０は、キーパッド（ｋｅｙ ｐａｄ）、ドームスイッチ（ｄｏｍｅ ｓｗｉｔｃｈ）、タッチパッド（ｔｏｕｃｈ ｐａｄ）（定圧／静電）、ジョグホイール（Ｊｏｇ ｗｈｅｅｌ）、ジョグスイッチ（Ｊｏｇ ｓｗｉｔｃｈ）、Ｈ／Ｗボタンなどを含みうる。タッチパッドがディスプレイと互いにレイヤ構造を成す場合、それをタッチスクリーンと呼ぶ。

保存部７２０は、吸光度測定装置７００の動作のためのプログラムまたは命令を保存し、吸光度測定装置７００に入力されるデータ及び吸光度測定装置７００から出力されるデータを保存することができる。また、保存部７２０は、光センサー２１０を通じて測定した第１光の光量データ及び第２光の光量データ、プロセッサ２２０から算出された対象体の吸光度データなどを保存することができる。

保存部７２０は、フラッシュメモリタイプ（ｆｌａｓｈ ｍｅｍｏｒｙ ｔｙｐｅ）、ハードディスクタイプ（ｈａｒｄ ｄｉｓｋ ｔｙｐｅ）、マルチメディアカードマイクロタイプ（ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ｃａｒｄ ｍｉｃｒｏ ｔｙｐｅ）、カードタイプのメモリ（例えば、ＳＤまたはＸＤメモリなど）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、磁気メモリ、磁気ディスク、光ディスクなど少なくとも１つのタイプの記録媒体を含みうる。また、吸光度測定装置７００は、インターネット上で保存部７２０の保存機能を行うウェブストレージ（ｗｅｂ ｓｔｏｒａｇｅ）など外部記録媒体を運用することもできる。

通信部７３０は、外部装置と通信を行うことができる。例えば、通信部７３０は、入力部７１０を通じてユーザから入力されたデータ、光センサー２１０を通じて測定した第１光の光量データ及び第２光の光量データ、プロセッサ２２０から算出された対象体の吸光度データなどを外部装置に伝送するか、外部装置から対象体の吸光度データの獲得に役に立つ多様なデータを受信することができる。

この際、外部装置は、入力部７１０を通じてユーザから入力されたデータ、光センサー２１０を通じて測定した第１光の光量データ及び第２光の光量データ、プロセッサ２２０から算出された対象体の吸光度データなどを使用する医療装備、結果物を出力するためのプリントまたはディスプレイ装置であり得る。それ以外にも、外部装置は、デジタルＴＶ、デスクトップコンピュータ、携帯電話、スマートフォン、タブレット、ノート型パソコン、ＰＤＡ、ＰＭＰ、ナビゲーション、ＭＰ３プレーヤー、デジタルカメラ、ウェアラブルデバイスなどであり得るが、これらに制限されるものではない。

通信部７３０は、ブルートゥース（ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）通信、ＢＬＥ（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ）通信、近距離無線通信（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ、ＮＦＣ）、ＷＬＡＮ通信、ジグビー（Ｚｉｇｂｅｅ）通信、赤外線（Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｄａｔａ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ、ＩｒＤＡ）通信、ＷＦＤ（Ｗｉ－Ｆｉ Ｄｉｒｅｃｔ）通信、ＵＷＢ（ｕｌｔｒａ－ｗｉｄｅｂａｎｄ）通信、Ａｎｔ＋通信、Ｗｉ－Ｆｉ通信、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）通信、３Ｇ通信、４Ｇ通信及び５Ｇ通信などを用いて外部装置と通信することができる。しかし、これは、一例に過ぎず、これらに限定されるものではない。

出力部７４０は、入力部７１０を通じてユーザから入力されたデータ、光センサー２１０を通じて測定した第１光の光量データ及び第２光の光量データ、プロセッサ２２０から算出された対象体の吸光度データなどを出力することができる。一実施形態によれば、出力部７４０は、入力部７１０を通じてユーザから入力されたデータ、光センサー２１０を通じて測定した第１光の光量データ及び第２光の光量データ、プロセッサ２２０から算出された対象体の吸光度データなどを聴覚的方法、視覚的方法及び触覚的方法のうち任意の１つまたは任意の組み合わせを用いて出力することができる。このために、出力部７４０は、ディスプレイ、スピーカー、振動機などを含みうる。

図８は、手首型ウェアラブルデバイスの斜視図である。

図８を参照すれば、手首型ウェアラブルデバイス８００は、ストラップ８１０及び本体８２０を含みうる。

ストラップ８１０は、フレキシブルにバンドの形態で構成することができる。但し、これは、一実施形態に過ぎず、これに限定されるものではない。すなわち、ストラップ８１０は、各ストラップ部材がユーザの手首に取り囲む形態で曲げられるように構成された多数のストラップ部材で構成することもできる。

本体８２０は、本体の内部に前述した光センサー３００、４００、５００、６００または吸光度測定装置２００、７００を搭載することができる。また、本体８２０の内部には、手首型ウェアラブルデバイス、光センサー３００、４００、５００、６００及び吸光度測定装置２００、７００に電源を供給するバッテリが内蔵されうる。

手首型ウェアラブルデバイス８００は、本体８２０に装着される入力部８２１とディスプレイ８２２とをさらに含みうる。入力部８２１は、ユーザから多様な操作信号を入力されうる。ディスプレイ８２２は、手首型ウェアラブルデバイス、光センサー３００、４００、５００、６００及び吸光度測定装置２００、７００から処理されたデータ及び処理結果データなどを表示することができる。

図９は、吸光度測定方法の一実施形態を示すフローチャートである。図９の吸光度測定方法は、図２の吸光度測定装置２００によって行われる。

図２及び図９を参照すれば、吸光度測定装置２００は、光源の正面から照射されて、対象体から反射または散乱された第１光を受信し、該受信された第１光の光量を測定することができる（９１０）。

吸光度測定装置２００は、各光源の背面から照射されて、光源が装着された基板のホールを通過した第２光を受信し、該受信された第２光の光量を測定することができる（９２０）。

吸光度測定装置２００は、第１光の光量及び第２光の光量に基づいて、対象体の吸光度を算出することができる（９３０）。例えば、吸光度測定装置２００は、第２光の光量から光源の正面から照射されて対象体に入射される入射光量を推定し、該推定された入射光量及び第１光の光量に基づいて、数式１を用いて対象体の吸光度を算出することができる。他の例を挙げれば、吸光度測定装置２００は、第２光の光量に基づいて第２光の光量の変化と第１光の光量の関係とを定義した光量補正式（数式２）を用いて第１光の光量を補正し、該補正された第１光の光量に基づいて、数式３を用いて対象体の吸光度を算出することができる。

図１０は、吸光度測定方法の他の実施形態を示すフローチャートである。図１０の吸光度測定方法は、図２の吸光度測定装置２００によって行われる。

図２及び図１０を参照すれば、吸光度測定装置２００は、光源の正面から照射されて、対象体から反射または散乱された第１光を受信し、該受信された第１光の光量を測定することができる（１０１０）。

吸光度測定装置２００は、各光源の背面から照射されて、光源が装着された基板のホールを通過した第２光を受信し、該受信された第２光の光量を測定することができる（１０２０）。

吸光度測定装置２００は、光源の安定化の有無を判断することができる（１０３０）。一実施形態によれば、吸光度測定装置２００は、第２光の光量の変動係数、光源の波長シフト程度、設定された時間などを用いて光源の安定化の有無を判断することができる。例えば、吸光度測定装置２００は、第２光の光量の変動係数が所定の第１臨界値以下になるか、第２光の光量から算出された光源の波長シフト程度が所定の第２臨界値以下になるか、光源が駆動し、設定された時間を経過した場合に、光源が安定化されたと判断することができる。

吸光度測定装置２００は、段階１０３０の判断の結果、光源が安定化されたと判断されれば、測定された第１光の光量及び第２光の光量に基づいて、対象体の吸光度を算出することができる（１０４０）。

一方、吸光度測定装置２００は、段階１０３０の判断の結果、光源が安定化されていないと判断されれば、段階１０１０に戻って、第１光の光量を測定することができる。

上述した実施形態は、コンピュータで読み取り可能な記録媒体にコンピュータで読み取り可能なコードとして具現することが可能である。前記のプログラムを具現するコード及びコードセグメントは、当該分野のコンピュータプログラマーによって容易に推論されうる。コンピュータで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れるデータが保存されるあらゆる種類の記録装置を含みうる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体の例としては、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＤ－ＲＯＭ、磁気テープ、フロッピーディスク、光ディスクなどを含みうる。また、コンピュータで読み取り可能な記録媒体は、ネットワークで連結されたコンピュータシステムに分散されて、分散方式でコンピュータによって読み取り可能なコードとして作成されて実行可能である。

本発明は、光センサー、それを用いた吸光度測定装置及び方法関連の技術分野に適用可能である。

Claims (21)

1. 光を照射する発光素子と、
   前記発光素子が装着され、前記発光素子が装着される領域にホールを含む基板と、
   各発光素子の正面から照射されて、対象体から反射または散乱された第１光を受信する第１光検出器と、
   各発光素子の背面から照射されて、前記発光素子に対応するホールを通過した、前記発光素子の直接光である第２光を受信する少なくとも１つの第２光検出器と、
   を含み、
   各ホールは各発光素子に対応する光センサー。
2. 前記発光素子は、互いに異なる波長の光を照射する請求項１に記載の光センサー。
3. 前記少なくとも１つの第２光検出器の個数は、前記発光素子の個数と同一であり、前記少なくとも１つの第２光検出器は、前記発光素子に対応する請求項１または２に記載の光センサー。
4. 前記少なくとも１つの第２光検出器の個数は、前記発光素子の個数よりも少ない請求項１または２に記載の光センサー。
5. 前記少なくとも１つの第２光検出器の個数は、１つである請求項１～４のいずれか一項に記載の光センサー。
6. 前記基板と前記少なくとも１つの第２光検出器との間に配されて、前記ホールを通過した第２光を集光する集光部をさらに含む請求項１～５のいずれか一項に記載の光センサー。
7. 前記集光部は、導波管、集光レンズ、反射ミラー、グレーティングのうち任意の１つまたは任意の組み合わせを含む請求項６に記載の光センサー。
8. 発光素子により光が照射される対象体から反射または散乱された第１光及び、前記発光素子が装着された領域にホールが設けられた基板の前記ホールを通過した、前記発光素子の直接光である第２光を受信し、前記第１光の第１光量と前記第２光の第２光量とを測定する光センサーと、
   前記第１光の第１光量及び前記第２光の第２光量に基づいて、前記対象体の吸光度を算出するプロセッサと、を含み、
   各ホールは各発光素子に対応し、
   前記光センサーは、
   光を照射する前記発光素子と、
   前記発光素子が装着され、前記発光素子が装着される領域にホールを含む基板と、
   各発光素子の正面から照射されて、対象体から反射または散乱された第１光を受信して、前記第１光の第１光量を測定する第１光検出器と、
   各発光素子の背面から照射されて、前記発光素子に対応するホールを通過した第２光を受信して、前記第２光の第２光量を測定する少なくとも１つの第２光検出器と、を含む、吸光度測定装置。
9. 前記光センサーは、前記基板と前記少なくとも１つの第２光検出器との間に配されて、前記ホールを通過した第２光を集光する集光部をさらに含む請求項８に記載の吸光度測定装置。
10. 前記集光部は、導波管、集光レンズ、反射ミラー、グレーティングのうち任意の１つまたは任意の組み合わせを含む請求項９に記載の吸光度測定装置。
11. 前記プロセッサは、前記第２光の第２光量の変化に基づいて、前記第１光の第１光量を補正し、前記補正された第１光量を用いて、前記対象体の吸光度を算出する請求項８～１０のいずれか一項に記載の吸光度測定装置。
12. 前記プロセッサは、第２光の第２光量の変化と第１光の第１光量の関係とを定義した光量補正式を用いて、前記第１光の第１光量を補正する請求項１１に記載の吸光度測定装置。
13. 前記プロセッサは、前記発光素子の安定化の有無を判断し、前記発光素子が安定化されたと判断されれば、前記第１光の第１光量及び前記第２光の第２光量に基づいて、前記対象体の吸光度を算出する請求項８～１０のいずれか一項に記載の吸光度測定装置。
14. 前記プロセッサは、前記第２光の第２光量の変動係数、前記第２光に基づく前記発光素子の波長シフトの程度、設定された時間のうち任意の１つまたは任意の組み合わせに基づいて、前記発光素子の安定化の有無を判断する請求項１３に記載の吸光度測定装置。
15. 発光素子の正面から照射されて、対象体から反射または散乱された第１光を受信する段階と、
    前記第１光の第１光量を測定する段階と、
    前記発光素子の背面から照射されて、前記発光素子が装着された基板の、前記発光素子に対応するホールを通過した、前記発光素子の直接光である第２光を受信する段階と、
    前記第２光の第２光量を測定する段階と、
    前記第１光の第１光量及び前記第２光の第２光量に基づいて、前記対象体の吸光度を算出する段階と、を含み、
    各ホールは各発光素子に対応する吸光度測定方法。
16. 前記対象体の吸光度を算出する段階は、
    前記第２光の第２光量の変化に基づいて、前記第１光の第１光量を補正する段階と、
    前記補正された第１光量を用いて、前記対象体の吸光度を算出する段階と、
    を含む請求項１５に記載の吸光度測定方法。
17. 前記第１光の第１光量を補正する段階は、
    第２光の第２光量の変化と第１光の第１光量の関係とを定義した光量補正式を用いて、前記第１光の第１光量を補正する請求項１６に記載の吸光度測定方法。
18. 前記発光素子の安定化の有無を判断する段階をさらに含む請求項１５～１７のいずれか一項に記載の吸光度測定方法。
19. 前記発光素子の安定化の有無を判断する段階は、
    前記第２光の第２光量の変動係数、前記発光素子の前記第２光に基づく波長シフトの程度、設定された時間のうち任意の１つまたは任意の組み合わせに基づいて、前記発光素子の安定化の有無を判断する請求項１８に記載の吸光度測定方法。
20. 前記対象体の吸光度を算出する段階は、
    前記発光素子が安定化されたと判断されれば、第１光の第１光量及び第２光の第２光量に基づいて、前記対象体の吸光度を算出する請求項１８または１９に記載の吸光度測定方法。
21. 第１面から第１光を照射し、前記第１面に対向する第２面から第２光を照射する発光素子と、
    各発光素子の第２面がそれぞれ配されるホールを含む第１基板と、
    各発光素子から照射されて、被検体から反射または散乱される前記第１光を受信する第１光検出器と、
    各発光素子から照射されて、各発光素子に対応する各ホールを通過する、前記発光素子の直接光である前記第２光を受信する１つ以上の第２光検出器と、
    前記１つ以上の第２光検出器が装着される第２基板と、
    を含む光センサー。