KR100581072B1 - Apparatus and method for measuring a skin ingredient by total reflection characteristics of light - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광의 전반사를 이용한 피부성분 측정장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 피부성분 물질에 비해 굴절율이 크고 광섬유의 코어(core)형태를 가진 광전도 매체에 입사된 광이 임계각 이상에서 전반사되는 특징을 이용하여 피부손상이나 변형없이 동시에 여러가지의 피부성분을 정량분석 할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for measuring skin components using total reflection of light. More specifically, light incident on a photoconductive medium having a refractive index greater than that of a skin component and having a core form of an optical fiber is totally reflected at a critical angle or more. The present invention relates to an apparatus and method for quantitatively analyzing various skin components at the same time without damaging or modifying skin using characteristics.

본 발명의 광의 전반사를 이용한 피부성분 측정장치는 공기의 굴절률보다 크고 피부의 굴절률보다 작은 굴절률을 가지며 피부와 접촉하는 복수개의 광전도 매체; 상기 복수개의 광전도 매체의 양측면에 위치한 발광부와 수광부; 및 상기 복수개의 광전도 매체의 일부분에 위치하는 측정부로 이루어짐에 기술적 특징이 있다.An apparatus for measuring skin components using total reflection of light of the present invention includes a plurality of photoconductive media having a refractive index greater than that of air and smaller than the refractive index of skin; Light emitting parts and light receiving parts located on both sides of the plurality of photoconductive media; And a measuring unit positioned at a portion of the plurality of photoconductive media.

또한 본 발명의 광의 전반사를 이용한 피부성분 측정방법은 전기신호를 받아 광을 내보내는 발광부; 상기 발광부에서 방출된 광이 복수개의 광전도 매체 각각의 일측면에 입사되는 단계; 상기 입사된 광에서 전반사된 광만이 피부성분 측정부로 진행하는 단계; 상기 측정부로 이동한 광이 하부면의 피부성분에서 전반사 되는 단계; 상기 상부면과 하부면에서의 전반사 단계를 반복하면서 광전도 매체를 벗어나는 단계; 및 상기 광전도 매체를 벗어난 광이 수광부로 입사되는 단계로 이루어짐에 기술적 특징이 있다.In addition, the skin component measuring method using the total reflection of the light of the present invention includes a light emitting unit for emitting the light receiving the electric signal; The light emitted from the light emitting part is incident on one side of each of the plurality of photoconductive media; Proceeding to the skin component measuring unit only the light totally reflected from the incident light; The light moved to the measurement unit is totally reflected by the skin component of the lower surface; Leaving the photoconductive medium while repeating the total reflection at the top and bottom surfaces; And light entering the light-receiving portion from the photoconductive medium.

따라서, 본 발명의 광의 전반사를 이용한 피부성분 측정장치 및 방법은 피부성분에 비해 굴절율이 크고 광섬유의 코어(core)형태를 가진 광전도 매체에 입사된 광이 임계각 이상에서 전반사되는 특징을 이용하여 피부손상이나 변형없이 여러가지 피부성분을 동시에 정량분석 할 수 있는 효과가 있다.Therefore, the skin component measuring apparatus and method using the total reflection of the light of the present invention is a skin using the characteristic that the light is incident on the photoconductive medium having a refractive index larger than the skin component and has a core form of the optical fiber is totally reflected above the critical angle It is effective to quantitatively analyze various skin components without damage or deformation.

피부성분, 전반사, 광전도매체, 광섬유Skin components, total reflection, photoconductor, optical fiber

Description

광의 전반사를 이용한 피부성분 측정장치 및 방법 {Apparatus and method for measuring a skin ingredient by total reflection characteristics of light} Apparatus and method for measuring a skin ingredient by total reflection characteristics of light}             

도 1은 종래기술에 의한 피부성분 측정장치의 구성도.1 is a block diagram of a skin component measuring apparatus according to the prior art.

도 2a 내지 도 2c는 광의 굴절특성을 보여주는 도면.2A to 2C are graphs showing refractive characteristics of light.

도 3은 본 발명에 의한 피부성분 측정장치의 단면도.3 is a cross-sectional view of the skin component measuring apparatus according to the present invention.

본 발명은 광(光, light)의 전(全)반사(reflection)를 이용한 피부성분 측정장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 피부성분에 비해 굴절율이 크고 광섬유의 코어(core)형태를 가진 광전도 매체에 입사된 광이 임계각 이상에서 전반사되는 특징을 이용하여 피부손상이나 변형없이 여러가지 피부성분을 동시에 정량분석 할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for measuring skin components using total reflection of light. More specifically, the present invention relates to a photoelectric having a core shape of an optical fiber having a refractive index greater than that of skin components. The present invention relates to a device and a method for simultaneously quantitatively analyzing various skin components without skin damage or deformation by using a feature in which light incident on a medium is totally reflected above a critical angle.

최근, 현대 사회는 산업의 급속도로 발달로 인하여 대기 중에는 다양한 오염원이 존재하여 건강한 피부를 유지하는 것이 어렵다. 그러므로, 정기적으로 피부 성분을 측정하고, 자신의 피부 상태를 확인하는 것은 건강한 피부를 유지하기 위한 기본적인 과정이라 말할 수 있다.In recent years, due to the rapid development of the industry, various sources of pollution exist in the air, making it difficult to maintain healthy skin. Therefore, it can be said that measuring skin components regularly and checking their skin condition is a basic process for maintaining healthy skin.

도 1은 종래 기술에 따른 전기를 이용한 피부성분 측정장치의 개략적인 구성도이다. 보다 자세하게는, 상호 이격된 제 1, 2 전극(2,3)으로 이루어진 IDT(Inter Digital Transducer)전극과, 상기 IDT전극의 부식 및 물리적 손상을 방지하기 위하여 상기 IDT전극의 일측 단부를 감싸는 코팅제(4)로 구성된 피부 접촉용 전극센서(1)와; 상기 피부 접촉용 전극센서의 제 1, 2 전극에 인가될 전압, 전류와 주파수 발생부 및 측정부(5)와; 상기 전압, 전류와 주파수 발생부 및 측정부에서 측정된 전기적 신호를 분석하는 분석부(6)와; 상기 분석부에서 분석된 데이터를 수치로 표시하는 표시부(7)로 구성된다. 1 is a schematic configuration diagram of an apparatus for measuring skin components using electricity according to the prior art. In more detail, an IDT (Inter Digital Transducer) electrode composed of first and second electrodes 2 and 3 spaced apart from each other, and a coating agent surrounding one end of the IDT electrode to prevent corrosion and physical damage of the IDT electrode ( An electrode sensor 1 for skin contact composed of 4); A voltage, current and frequency generator and measurement unit 5 to be applied to the first and second electrodes of the electrode sensor for skin contact; An analyzer (6) for analyzing the electrical signals measured by the voltage, current and frequency generator and the measurement unit; It consists of a display unit 7 for displaying the data analyzed by the analysis unit numerically.

상기 피부성분 측정장치는 전압, 전류와 주파수 발생부 및 측정부에서 피부 접촉용 전극센서의 제 1, 2에 전압을 인가하여 정전용량 값을 측정하고, 이 측정값을 분석부에서 분석한다. 즉, 상기 피부 접촉용 전극센서를 피부에 접촉시킨 후 전압이 인가되면, 상기 제 1, 2 전극 사이에 정전용량 값이 측정된다. 상기 정전용량 값은 피부에 존재하는 수분에 따라 다르고, 상기 분석부에서는 정전용량 값으로 수분의 양을 알 수 있는 것이다.The skin component measuring device measures a capacitance value by applying a voltage to the first and second electrodes of the skin contact electrode at the voltage, current and frequency generator and the measurement unit, and analyzes the measured value in the analyzer. That is, when a voltage is applied after the electrode electrode for skin contact is in contact with the skin, a capacitance value is measured between the first and second electrodes. The capacitance value depends on the moisture present in the skin, and the analysis unit can know the amount of moisture by the capacitance value.

따라서, 종래 기술에 따른 피부성분 측정장치는 피부에 직접적으로 전기신호를 인가하여야만 수분의 측정이 가능함으로써, 피부손상이나 변형을 줄 수 있는 요인이 된다.Therefore, the skin component measuring apparatus according to the prior art can measure the moisture only when the electrical signal is applied directly to the skin, thereby causing damage or deformation of the skin.

또한, 이런 장치는 다른 주파수를 인가하여 검출된 값을 가지고, 8비트 중앙 처리장치에서 알고리즘 분석법으로 피부 수분함량 정보뿐 아니라, 유지방, 기타 단백질 성분 등을 분석하기도 한다. 그러나, 전기적 주파수 특성을 이용하더라도 선택 성분의 고유 특성을 구분하여 정량화하기 위해서는 하드웨어의 성능과 함께 분석 알고리즘 개발에 매우 큰 비중을 둘 수밖에 없어 제품생산 비용과 단가를 높이는 요인이 되었다. 또한 여러가지의 피부성분을 동시에 분석할 수 없는 단점을 가지고 있다.In addition, these devices have values detected by applying different frequencies, and may analyze not only skin moisture content information, but also milk fat and other protein components by algorithmic analysis in an 8-bit central processing unit. However, even if the electrical frequency characteristics are used, in order to distinguish and quantify the intrinsic characteristics of the selected components, it is necessary to place a great weight on the analysis algorithm development along with the performance of the hardware, thereby increasing the production cost and the unit price. In addition, it has the disadvantage that it is not possible to analyze several skin components at the same time.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 피부성분에 비해 굴절율이 크고 광섬유의 코어 형태를 가진 광전도 매체에 입사된 광이 임계각 이상에서 전반사되는 특징을 이용하여 피부손상이나 변형없이 여러가지 피부성분을 동시에 정량분석할 수 있는 장치 및 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
Accordingly, the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, the skin damage by using the characteristic that the light incident on the photoconductive medium having a larger refractive index than the skin component and the core form of the optical fiber is totally reflected at a critical angle or more It is an object of the present invention to provide an apparatus and method capable of simultaneously quantitating various skin components without modification or modification.

본 발명의 상기 목적은 공기의 굴절률보다 크고 피부의 굴절률보다 작은 굴절률을 가지며 피부와 접촉하는 복수개의 광전도 매체; 상기 복수개의 광전도 매체의 양측면에 위치한 발광부와 수광부; 및 상기 복수개의 광전도 매체의 일부분에 위치하는 측정부로 이루어진 광의 전반사를 이용한 피부성분 측정장치에 의해 달성된다.The object of the present invention is a plurality of photoconductive media having a refractive index that is greater than the refractive index of the air and less than the refractive index of the skin; Light emitting parts and light receiving parts located on both sides of the plurality of photoconductive media; And a skin component measuring device using total reflection of light including a measuring unit positioned at a portion of the plurality of photoconductive media.

또한 본 발명의 상기목적은 전기신호를 받아 광을 내보내는 발광부; 상기 발광부에서 방출된 광이 복수개의 광전도 매체 각각의 일측면에 입사되는 단계; 상기 입사된 광에서 전반사된 광만이 피부성분 측정부로 진행하는 단계; 상기 측정부로 이동한 광이 하부면의 피부성분에서 전반사 되는 단계; 상기 상부면과 하부면에서의 전반사 단계를 반복하면서 광전도 매체를 벗어나는 단계; 및 상기 광전도 매체를 벗어난 광이 수광부로 입사되는 단계로 이루어진 광의 전반사를 이용한 피부성분 측정방법에 의해 달성된다.In addition, the object of the present invention is a light emitting unit for emitting light in response to the electrical signal; The light emitted from the light emitting part is incident on one side of each of the plurality of photoconductive media; Proceeding to the skin component measuring unit only the light totally reflected from the incident light; The light moved to the measurement unit is totally reflected by the skin component of the lower surface; Leaving the photoconductive medium while repeating the total reflection at the top and bottom surfaces; And it is achieved by the skin component measuring method using the total reflection of the light consisting of a step in which the light out of the photoconductive medium is incident to the light receiving portion.

본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.Details of the above object and technical configuration of the present invention and the effects thereof according to the present invention will be more clearly understood by the following detailed description with reference to the drawings showing preferred embodiments of the present invention.

먼저, 본 발명의 동작을 설명하기에 앞서 이해를 돕기 위해 광의 전반사 특성에 대해 간략하게 설명하면 다음과 같다. First, before describing the operation of the present invention, the total reflection characteristics of the light will be briefly described as follows.

광을 포함한 일반 파동의 굴절에 대해 스넬의 법칙(Snell's law)은 다음과 같이 정의하고 있다. 파동이 등방성(等方性) 매질에서 다른 등방성 매질로 입사해 굴절할 경우, 입사면(입사파의 방향과 경계면의 법선을 포함하는 면)과 굴절면(굴절파의 방향과 경계면의 법선을 포함하는 면)은 같은 평면 내에 있고, 입사각을 i, 굴절각을 r라고 하면 sini/sinr=n(일정)이라는 관계가 성립한다. 여기서 n을 상대 굴절율이라고 한다. For the refraction of ordinary waves, including light, Snell's law defines: When a wave enters and refracts from an isotropic medium to another isotropic medium, the incident surface (surface containing the direction of the incident wave and the normal of the interface) and the refracting surface (including the direction of the refractive wave and the normal of the interface) Plane) are in the same plane, and if the angle of incidence is i and the angle of refraction is r , the relationship sin i / sin r = n (constant) is established. Here n is called relative refractive index.

도 2a 내지 도 2b는 상기 스넬의 법칙에 따르는 광의 굴절(refraction)현상을 보여주는 그림으로써, 서로 다른 굴절율을 가진 매질의 경계면(13)에 광이 입사(10)되었을 때 일부는 소정의 각도로 굴절(11)되어 진행하지만 일부는 경계면에서 반사(13)되는 현상을 보여주고 있다. 보다 자세하게는, 굴절율이 n1인 매질에서 굴절율이 n2인 매질로 θ1의 입사각을 가지고 광이 입사될 때, n1이 n2보다 크다면(n1>n2) 굴절각(θ2)은 입사각(θ1)보다 작아진다. 반면에 n2가 n1보다 크다면(n2>n1) 굴절각(θ2)은 입사각(θ1)보다 커진다. 여기서 굴적각과 입사각은 입사광 또는 굴절광이 경계면과 만나는 점에서 그은 법선(14)과 이루는 각도이다. 2A and 2B are diagrams showing the refraction of light according to Snell's law, and part of the light is refracted at a predetermined angle when light is incident 10 at the interface 13 of the medium having different refractive indices. (11) proceeds, but some show the phenomenon of reflection 13 at the interface. More specifically, when light is incident with an angle of incidence of θ 1 from a medium having a refractive index of n 1 to a medium having a refractive index of n 2 , if n 1 is greater than n 2 (n 1 > n 2 ), the angle of refraction (θ 2 ) Is smaller than the incident angle θ 1 . On the other hand, if n 2 is larger than n 1 (n 2 > n 1 ), the refraction angle θ 2 becomes larger than the incident angle θ 1 . Here, the angle of incidence and the angle of incidence are angles formed with the normal line 14 drawn at the point where the incident light or the refracted light meets the interface.

도 2c는 광의 전반사 현상을 보여주는 도면이다. 굴절율이 큰 n1 매질에서 굴절율이 작은 n2 매질로 광이 입사될 때, 입사각을 점점 증가시키면 굴적각이 점차적으로 증가하여 결국 90도를 이루게 된다. 이 때의 입사각을 임계 전반사각 θc라 한다. 즉 상기 임계 전반사각으로 입사되는 광은 굴절되어 n1 매질과 n2 매질의 경계면을 따라 진행(15)하게 된다. 또한 입사각이 상기 임계 전반사각 이상으로 커지면 굴적각이 90도 이상이 되어 굴절율이 큰 매질에서 작은 매질로 입사되는 모든 광은 전반사하게 된다.2C is a diagram illustrating a total reflection phenomenon of light. When light is incident from the n 1 medium having a large refractive index to the n 2 medium having a small refractive index, increasing the incident angle gradually increases the angle of incidence to eventually reach 90 degrees. The incident angle at this time is referred to as the critical total reflection angle θ c . That is, the light incident at the critical total reflection angle is refracted to travel 15 along the interface between the n 1 medium and the n 2 medium. In addition, when the incident angle becomes larger than the critical total reflection angle, the flexural angle becomes 90 degrees or more, so that all light incident from the medium having a large refractive index into the small medium is totally reflected.

도 3은 본 발명에 의한 피부성분 측정장치의 개략도이다. 보다 자세하게는, 상술한 광의 전반사 특성을 이용한 피부성분 측정장치로서, 피부표면(33)과 밀착하고 광섬유 코어 형태를 가진 복수개의 광전도 매체(32)에 소정 파장의 광을 입사시켜, 상기 입사된 광이 특정 피부성분을 만나면 광이 전반사되는 원리를 이용한다. 본 발명의 피부성분 측정장치는 굴절률이 각각 다른 복수개의 광전도 매체로 구성 되어 있으나 이하의 설명에서는 이해를 쉽게 하기 위해, 도 3b에 도시된 바와 같이 하나의 광전도 매체를 예를 들어 설명하였다. 이하 상기 피부성분 측정방법을 단계별로 설명하면 다음과 같다.3 is a schematic diagram of a skin component measuring apparatus according to the present invention. More specifically, the skin component measuring apparatus using the above-described total reflection characteristics of the light, the light of a predetermined wavelength is incident on the plurality of photoconductive medium 32 in close contact with the skin surface 33 and having the form of an optical fiber core, When light meets certain skin components, the light is totally reflected. The skin component measuring apparatus of the present invention is composed of a plurality of photoconductive media having different refractive indices, but in the following description, one photoconductive medium has been described as an example as shown in FIG. 3B for easy understanding. Hereinafter, the skin component measuring method will be described step by step.

우선 복수개의 광전도 매체의 상부에 광전도 매체와 분리되어 발광부(31)가 위치한다. 상기 발광부는 근적외 영역의 파장대를 가진 광원을 사용하며, 발광부에서 방출된 광은 임의의 방향을 가지고 방출되어 광전도 매체(32)에 입사된다.First, the light emitting part 31 is positioned above the photoconductive medium and separated from the photoconductive medium. The light emitting portion uses a light source having a wavelength band in the near infrared region, and the light emitted from the light emitting portion is emitted in an arbitrary direction and is incident on the photoconductive medium 32.

한편 상기 발광부와 이후에 설명될 수광소자(30) 사이에 레퍼런스 수/발광부(34)가 위치한다. 상기 레퍼런스 수/발광부는 최종적으로 수광소자에서 획득한 광신호를 보정하기 위한 목적으로 설치한다. 즉, 사람마다 피부색이나 모공 크기, 털의 수 등의 피부상태가 상이하므로 광전도 매체에서 전반사되어 나온 광신호의 양이 사람마다 다를 것이다. 하지만 수광소자로부터 얻은 결과치는 사람의 피부 상태에 따라 영향을 받지 않고, 측정하고자 하는 피부 성분만을 측정하여야 하므로 피부 성분 측정시 피부의 상태 또한 동시에 측정하여 수광소자로부터 얻은 결과치를 보정하여 준다. 상기 레퍼런스 수/발광부는 일정간격 이격되어(미도시) 위치하고, 발광부는 적색 LED(light emiting diode)로 구성되어 있다. 상기 레퍼런스 발광부에서 소정의 각도(θ)를 가지고 입사된 광은 피부에 직접 반사된 후 수광부로 되돌아 온다. 이 때 피부로부터 반사되어 온 광신호는 레퍼런스 수광부에서 전기신호로 변환된다. 이 전기신호의 양이 사람마다 다른 피부 상태가 반영된 것이고, 이를 수광부로부터 얻은 결과치에 적용하여 보정한다. 상기 입사광은 약 3 내지 4도의 입사각을 가지는 것이 바람직하다. The reference number / light emitting unit 34 is positioned between the light emitting unit and the light receiving element 30 to be described later. The reference receiver / light emitting unit is installed for the purpose of correcting the optical signal finally obtained by the light receiver. That is, since the skin conditions such as skin color, pore size, and the number of hairs differ from person to person, the amount of light signals totally reflected from the photoconductive medium will vary from person to person. However, the result obtained from the light-receiving device is not affected by the skin condition of the person, and only the skin components to be measured should be measured. Therefore, the skin condition is measured at the same time to correct the result obtained from the light-receiving device. The reference water / light emitting part is spaced apart (not shown) by a predetermined distance, and the light emitting part is composed of a red light emitting diode (LED). Light incident at a predetermined angle θ at the reference light emitting part is reflected directly to the skin and then returns to the light receiving part. At this time, the optical signal reflected from the skin is converted into an electrical signal in the reference light receiver. The amount of this electrical signal is reflected in the skin condition of each person, and it is corrected by applying it to the result obtained from the light receiving unit. Preferably, the incident light has an incident angle of about 3 to 4 degrees.

상기 광전도 매체(32)는 소정의 굴절률과 지름을 가진 광섬유 코어형태의 고분자 물질로서, 일부분이 피부(33)와 접촉하는 측정부를 포함하고 있다. 또한 상기 광전도 매체는 전반사된 광만이 이동하는 경로이다. 때문에 상기 광전도 매체에 임의의 입사각을 가지고 입사된 광은, 스넬의 법칙에 의한 전반사 임계각 이상의 입사각을 가진 광만이 전반사되고, 나머지는 다시 굴절되어 광전도 매체 밖으로 빠져나간다. 한편 전반사된 광이 광전도 매체 내에서 계속 전반사되어 진행하려면 광전도 매체의 굴절률이 공기의 굴절률보다는 커야 한다. 이후 전반사된 광만이 광전도 매체 내를 진행하여 피부성분 측정부에 도달한다.The photoconductive medium 32 is a polymer material in the form of an optical fiber core having a predetermined index of refraction and diameter, and includes a measuring part in contact with the skin 33. The photoconductive medium is also a path in which only totally reflected light travels. Therefore, the light incident on the photoconductive medium with an arbitrary angle of incidence is totally reflected by only the light having an angle of incidence above the total reflection critical angle according to Snell's law, and the rest is refracted again to exit the photoconductive medium. Meanwhile, in order for the totally reflected light to continue to be totally reflected in the photoconductive medium, the refractive index of the photoconductive medium must be larger than that of air. After that, only the totally reflected light travels through the photoconductive medium to reach the skin component measuring unit.

상기 광전도 매체가 피부와 접하는 피부성분 측정부에서는 하부면이 피부 또는 피부성분과 접하고 있다. 이 때 광전도 매체는 공기의 굴절률인 1보다 크고 피부의 굴절률인 1.7 보다는 작은 매질로 구성되어야 한다. 또한 피부성분에서는 전반사되어야 하기 때문에 상기 피부성분보다는 더 큰 굴절률을 가져야 한다. 때문에 광전도 매체의 매질 또는 성분은 공기와 피부의 굴절률 범위 내에서 피부성분의 굴절률보다는 큰 매질을 선택하여야 한다. 상술한 바와 같이 광의 전반사가 이루어지는 조건은 광이 입사되는 영역의 굴절률이 굴절되어 나가는 영역의 굴절률보다는 커야 하며, 또한 두 매질의 경계면에서 전반사 임계각 이상의 각도로 입사되어야 하기 때문이다. 일례로 피부성분중의 하나인 알부민은 굴절률이 1.37이므로 광전도 매체는 적어도 1.38 이상 그리고 1.7 이하의 굴절률을 가지는 재료로 구성되어야 한다. In the skin component measuring unit where the photoconductive medium is in contact with the skin, the lower surface is in contact with the skin or the skin component. The photoconductive medium should be comprised of a medium that is larger than 1, the refractive index of air, and less than 1.7, the refractive index of skin. In addition, since the skin component must be totally reflected, it must have a larger refractive index than the skin component. Therefore, the medium or component of the photoconductive medium should select a medium larger than the refractive index of the skin component within the refractive index range of air and skin. As described above, the condition under which total reflection of the light is made should be larger than the refractive index of the region where the light is incident, and the refractive index of the region where the light is refracted. For example, albumin, one of the skin components, has a refractive index of 1.37, so the photoconductive medium should be made of a material having a refractive index of at least 1.38 and less than 1.7.

하지만 상기 알부민 물질보다 더 낮은 굴절률을 가지는 모든 피부성분에서도 입사광이 전반사됨으로써 정확한 성분과 그 양을 알 수가 없게 된다. 따라서 본 발명의 또다른 특징은, 굴절률이 다른 복수개의 광전도 매체를 사용한다는 것이다. 즉, 상기 알부민의 1.37보다 작은 굴절률을 가지는 광전도 매체를 추가로 설치하여, 1.37 미만의 굴절률을 가지는 피부성분을 측정한다. 이후 굴절률이 큰 광전도 매체에서 획득한 광신호와 굴절률이 작은 광전도 매체에서 획득한 광신호를 서로 비교하여 중첩된 부분을 제거하여 주면, 상기 1.37의 굴절률을 가진 알부민만을 정량분석할 수가 있다. 즉 두 개의 광전도 매체가 하나의 쌍을 이루어 피부성분 분석에 이용된다. However, the total amount of incident light is also reflected by all skin components having a lower refractive index than the albumin material, so that the exact components and amounts thereof cannot be known. Thus, another feature of the present invention is the use of a plurality of photoconductive media having different refractive indices. That is, a photoconductive medium having a refractive index smaller than 1.37 of the albumin is further provided to measure skin components having a refractive index of less than 1.37. Thereafter, when the overlapped portions are removed by comparing the optical signals obtained from the photoconductive medium having the large refractive index and the photoconductors having the small refractive index, the albumin having the refractive index of 1.37 can be quantitatively analyzed. In other words, two photoconductive media are formed in a pair and used for skin component analysis.

상술한 바와 같이 하나의 피부성분을 분석하기 위해 다른 하나의 광전도 매체를 이용하는 방식으로, 굴절률이 상이한 여러가지의 피부성분을 동시에 분석할 수 있다. 우선 피부표면에 존재하는 대표적인 성분들과 그 굴절률은 다음과 같다. 90% 이상을 차지하는 수분의 굴절률은 1.33이며, 1% 미만으로 존재하는 소량의 성분으로는 콜라겐(n=1.46, n은 굴절률), 엘라스틴(n=1.27), 멜라닌(n=1.65) 그리고 알부민(n=1.37) 등이 있다. 이 때 복수개의 광전도 매체 각각의 굴절률을 a, b, c, d, e라 하고 a>1.65>b>1.46>c>1.37>d>1.33>e>1.27와 같이 굴절률이 큰 순서대로 배열한다. 상기와 같이 광전도 매체를 순서대로 배열하면, a의 굴절률을 가진 광전도 매체에서는 1.65 이하의 굴절률을 가진 모든 피부 성분에서 전반사되고, b의 굴절률을 가진 광전도 매체에서는 1.46 이하의 굴절률을 가진 모든 피부 성분에서 전반사됨으로써, 상기 굴절률 a의 광전도 매체에서 얻은 광신호와 상기 굴절률 b의 광전도 매체에서 얻은 광신호를 비교하여 중첩부분을 소거하여 주면 1.65의 굴절률을 가진 멜라닌 성분만을 측정할 수 있게 된다. 이와같은 방식으로 1.46의 굴절률을 가진 콜라겐 성분도 b에서 얻은 광신호에서 c에서 얻은 광신호를 소거함으로써 측정할 수 있다. 상기의 피부성분 측정은 수광소자의 구조에 따라 동시에 또는 연속적으로 측정이 가능하다.As described above, by using another photoconductive medium to analyze one skin component, various skin components having different refractive indices can be analyzed simultaneously. First, representative components present on the skin surface and their refractive indices are as follows. The refractive index of water, which accounts for more than 90%, is 1.33, and a small amount of less than 1% includes collagen (n = 1.46, n is refractive index), elastin (n = 1.27), melanin (n = 1.65) and albumin ( n = 1.37). In this case, the refractive indices of the plurality of photoconductive media are referred to as a, b, c, d, and e, and are arranged in order of increasing refractive index such as a> 1.65> b> 1.46> c> 1.37> d> 1.33> e> 1.27. . When the photoconductive media is arranged in the order as described above, all the photoconductors having a refractive index of less than 1.65 are totally reflected in the photoconductive medium having a refractive index of a, and all refractive indexes of 1.46 or less are used in the photoconductive medium having a refractive index of b. By total reflection at the skin component, the optical signal obtained from the photoconductive medium of the refractive index a and the optical signal obtained from the photoconductive medium of the refractive index b are eliminated to eliminate the overlapping portion, so that only melanin components having a refractive index of 1.65 can be measured. do. In this way, collagen components having a refractive index of 1.46 can also be measured by canceling the optical signal obtained in c from the optical signal obtained in b. The skin component measurement can be performed simultaneously or continuously according to the structure of the light receiving element.

여기에서 각 피부성분들의 정량분석은 다음과 같은 원리로 가능해진다. 피부성분 측정부에 도달한 광은 광전도 매체의 굴절률보다 작은 값을 가지는 모든 피부성분에 대해 전반사된 후, 광전도 매체의 상부면에서 다시 전반사된다. 이것은 광전도 매체의 상부면은 공기와 접하고 있고 공기의 굴절률은 약 1 정도의 값을 가지기 때문이다. 광전도 매체의 상부면에서 전반사된 후에는 다시 하부면으로 향하게 된다. 이 때 상기 전반사를 야기했던 피부성분이, 전반사되어 진행된 만큼의 거리에 존재하지 않는다면 상기 광은 전반사되지 못하고 피부 내부로 굴절 입사되어 소멸된다. 이것은 피부의 굴절율이 1.7로서 광전도 매체의 굴절률보다 큰 값을 가지기 때문이다. 즉, 피부에 굴절 입사되어 소멸되지 않고 수광부에 도달한 광이 많을수록 광신호의 세기(intensity)가 커지기 때문에 그 세기를 계산하여 정량분석을 할 수 있다. 또한 광전도 매체에서 광이 전반사되는 횟수가 증가할수록 성분분석이나 정량분석의 정확성이 증가한다. 이것은 광섬유 코어 형태의 광전도 매체의 지름을 작게 함으로써 가능하다. 또한 광전도 매체의 지름을 감소시킴으로써 그 길이를 작게 할 수 있고 따라서 피부와의 접촉면적을 최소화할 수 있다.Here, quantitative analysis of each skin component is possible with the following principle. The light reaching the skin component measuring unit is totally reflected on all skin components having a value smaller than the refractive index of the photoconductive medium and then totally reflected at the upper surface of the photoconductive medium. This is because the upper surface of the photoconductive medium is in contact with air and the refractive index of the air has a value of about one. After total reflection at the top surface of the photoconductive medium, it is directed back to the bottom surface. At this time, if the skin component that caused the total reflection is not present at a distance that has been totally reflected, the light is not totally reflected but refracted and enters into the skin. This is because the refractive index of the skin is 1.7, which is larger than the refractive index of the photoconductive medium. That is, since the intensity of the optical signal increases as more light reaches the light-receiving portion without refracting incident to the skin and disappearing, the intensity of the optical signal can be calculated and quantitatively analyzed. In addition, as the number of total reflection of light in the photoconductive medium increases, the accuracy of component analysis or quantitative analysis increases. This is possible by reducing the diameter of the photoconductive medium in the form of an optical fiber core. In addition, by reducing the diameter of the photoconductive medium, the length thereof can be made small and thus the contact area with the skin can be minimized.

광전도 매체의 피부성분 측정부에서 전반사되어 이동된 광은 광전도 매체의 일측면으로 빠져나와 수광소자(30)로 입사된다. 상기 수광소자로 입사된 광신호는 전기신호로 변환되어 정량분석에 이용되는데, 바람직하게는 포토다이오드로 구성된다.The light that is totally reflected and moved by the skin component measuring unit of the photoconductive medium exits to one side of the photoconductive medium and is incident to the light receiving device 30. The optical signal incident on the light receiving element is converted into an electrical signal and used for quantitative analysis, and is preferably composed of a photodiode.

이 때 수광소자는 하나의 단일소자로 구성될 수 있고, 또는 복수개의 광전도 매체 각각에 연결되는 개별적인 단일소자들로 구성될 수 있다. 또한 상기 개별적인 단일소자들은 하나의 기판위에 복수개의 소자로 구성된 1D(one dimension) 어레이(array) 구조를 채택할 수도 있다. 이와 같은 수광소자의 구조 또는 배열의 차이에 따라 여러가지 피부성분에 대한 동시측정의 가능여부가 결정된다. 즉, 복수개의 광전도 매체 각각에 연결되는 개별적인 단일소자들이나 1D 어레이 구조를 채택할 경우에는 각 소자들의 광신호가 분리되어 분석되기 때문에 동시측정이 가능하다. 하지만 하나의 단일소자 구조를 채택할 경우에는 각각의 광전도 매체에서 입사된 광신호가 분리되지 못하므로 동시측정이 불가능하다. 때문에 발광부와 광전도 매체 사이에 광스위치를 설치하여 각각의 광전도 매체에 순차적으로 광을 입사시켜 분석을 행하게 된다. 즉 동시분석이 안된다는 단점이 있지만 연속적인 분석은 가능하다.In this case, the light receiving element may be composed of one single element, or may be composed of individual single elements connected to each of the plurality of photoconductive media. In addition, the individual single devices may adopt a 1D array structure consisting of a plurality of devices on a single substrate. Depending on the structure or arrangement of the light receiving device, it is possible to determine the simultaneous measurement of various skin components. In other words, when a single element or a 1D array structure is connected to each of the plurality of photoconductive media, the optical signals of the devices are separated and analyzed, thereby enabling simultaneous measurement. However, when a single device structure is adopted, simultaneous measurement cannot be performed because the optical signal incident from each photoconductive medium cannot be separated. Therefore, an optical switch is provided between the light emitting unit and the photoconductive medium to sequentially enter light into each photoconductive medium for analysis. In other words, the simultaneous analysis is not possible, but continuous analysis is possible.

상세히 설명된 본 발명에 의하여 본 발명의 특징부를 포함하는 변화들 및 변형들이 당해 기술 분야에서 숙련된 보통의 사람들에게 명백히 쉬워질 것임이 자명하다. 본 발명의 그러한 변형들의 범위는 본 발명의 특징부를 포함하는 당해 기술 분야에 숙련된 통상의 지식을 가진 자들의 범위 내에 있으며, 그러한 변형들은 본 발명의 청구항의 범위 내에 있는 것으로 간주된다.It will be apparent that changes and modifications incorporating features of the invention will be readily apparent to those skilled in the art by the invention described in detail. It is intended that the scope of such modifications of the invention be within the scope of those of ordinary skill in the art including the features of the invention, and such modifications are considered to be within the scope of the claims of the invention.

따라서, 본 발명의 광의 전반사를 이용한 피부성분 측정장치 및 방법은 피부성분에 비해 굴절율이 크고 광섬유의 코어 형태를 가진 광전도 매체에 입사된 광이 임계각 이상에서 전반사되는 특징을 이용하여 피부손상이나 변형없이 여러가지 피부성분을 동시에 정량분석할 수 있는 효과가 있다.
Therefore, the skin component measuring apparatus and method using the total reflection of the light of the present invention is a skin damage or deformation by using the characteristic that the light incident on the photoconductive medium having a refractive index larger than the skin component and the core form of the optical fiber is totally reflected above the critical angle There is an effect that can simultaneously quantitatively analyze various skin components.

Claims (10)

피부성분 측정장치에 있어서In skin component measuring device 공기의 굴절률보다 크고 피부의 굴절률보다 작은 굴절률을 가지며 피부와 접촉하고, 광섬유 코어 형태를 갖는 복수개의 광전도 매체;A plurality of photoconductive media having a refractive index greater than the refractive index of air and less than the refractive index of the skin and in contact with the skin and in the form of an optical fiber core; 상기 복수개의 광전도 매체의 양측면에 위치한 발광부와 수광부; 및Light emitting parts and light receiving parts located on both sides of the plurality of photoconductive media; And 상기 발광부와 수광부의 중간에 위치하는 레퍼런스 발/수광부A reference light / receiving unit positioned between the light emitting unit and the light receiving unit 를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 광의 전반사를 이용한 피부성분 측정장치.Skin component measuring device using a total reflection of light, characterized in that made. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 발광부와 복수개의 광전도 매체 사이 각각에 위치하는 광스위치를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 광의 전반사를 이용한 피부성분 측정장치.An apparatus for measuring skin components using total reflection of light, characterized by further comprising an optical switch positioned between each of the light emitting unit and the plurality of photoconductive media. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 복수개의 광전도 매체는 서로 이격되어 있음을 특징으로 하는 광의 전반사를 이용한 피부성분 측정장치.The plurality of photoconductive medium is a skin component measuring device using the total reflection of light, characterized in that spaced apart from each other. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 복수개의 광전도 매체는 각각의 굴절률이 다른 고분자 물질로 이루어져 있음을 특징으로 하는 광의 전반사를 이용한 피부성분 측정장치.The plurality of photoconductive medium is a skin component measuring device using the total reflection of light, characterized in that each of the refractive index is made of a polymer material. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 복수개의 광전도 매체는 공기와 피부의 굴절률 범위에서 측정하고자 하는 피부성분의 굴절률보다는 큰 굴절률을 가지는 것을 특징으로 하는 광의 전반사를 이용한 피부성분 측정장치..The plurality of photoconductive medium is a skin component measuring device using a total reflection of light, characterized in that the refractive index of the skin component to be measured in the refractive index range of air and skin larger than. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 수광부는 단일소자 또는 복수개의 단일소자 또는 1D 어레이 구조의 복수개의 단일소자로 구성되어 있음을 특징으로 하는 광의 전반사를 이용한 피부성분 측정장치.The light-receiving unit is a skin component measuring device using total reflection of light, characterized in that consisting of a single device, a plurality of single devices or a plurality of single devices of a 1D array structure. 피부성분 측정방법에 있어서In the method of measuring skin components 전기신호를 받아 발광부에서 광이 방출되는 단계;Receiving light and emitting light from the light emitting unit; 상기 발광부에서 방출된 광이 광섬유 코어 형태를 갖는 복수개의 광전도 매체 각각의 일측면에 입사되는 단계;The light emitted from the light emitting part is incident on one side of each of the plurality of photoconductive media having the form of an optical fiber core; 상기 입사된 광에서 전반사된 광만이 피부성분 측정부로 진행하는 단계;Proceeding to the skin component measuring unit only the light totally reflected from the incident light; 상기 측정부로 이동한 광이 하부면의 피부성분에서 전반사되는 단계;The light moved to the measuring unit is totally reflected by the skin component of the lower surface; 상기 상부면과 하부면에서의 전반사 단계를 반복하면서 광전도 매체를 벗어나는 단계; 및Leaving the photoconductive medium while repeating the total reflection at the top and bottom surfaces; And 상기 광전도 매체를 벗어난 광이 수광부로 입사되는 단계Wherein the light from the photoconductive medium is incident to the light receiving unit 를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 광의 전반사를 이용한 피부성분 측정방법.Skin component measurement method using the total reflection of light, characterized in that the made. 제 7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 전기신호를 받아 레퍼런스 발광부에서 광이 방출되는 단계;Receiving an electrical signal to emit light from the reference light emitting unit; 상기 레퍼런스 발광부에서 방출된 광이 피부에 도달하는 단계;The light emitted from the reference light emitting part reaches the skin; 상기 피부에 도달한 광이 반사되어 레퍼런스 수광부로 입사되는 단계; 및The light reaching the skin is reflected and incident to the reference light receiver; And 상기 레퍼런스 발광부에서 방출된 광과 레퍼런스 수광부로 입사된 광 신호 차이로부터 상기 변환된 전기신호를 보정하는 단계Correcting the converted electric signal from a difference between the light emitted from the reference light emitter and an optical signal incident to the reference light receiver. 를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 광의 전반사를 이용한 피부성분 측정방법.Skin component measurement method using the total reflection of light, characterized in that made further comprising. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 레퍼런스 발광부에서 방출된 광은 3내지 4도의 각도를 가지고 입사되는 것을 특징으로 하는 광의 전반사를 이용한 피부성분 측정방법.The light emitted from the reference light emitting unit is a skin component measuring method using the total reflection of the light, characterized in that the incident at an angle of 3 to 4 degrees. 제 7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 복수개의 광전도 매체는 공기와 피부의 굴절률 범위에서 측정하고자 하는 피부 성분의 굴절률보다는 큰 굴절률을 가지는 것을 특징으로 하는 광의 전반사를 이용한 피부성분 측정방법.The plurality of photoconductive media has a skin component measurement method using the total reflection of light, characterized in that it has a refractive index larger than the refractive index of the skin component to be measured in the refractive index range of air and skin.
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