KR100627619B1 - Appratus and method for measuring a skin ingredient using 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 큰 광전도 매체에 입사된 광이 임계각 이상에서 전반사되는 특징을 이용하여 피부손상이나 변형없이 피부성분을 정량분석할 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, and more particularly, by using a feature in which light incident on a photoconductive medium having a higher refractive index than a skin component material is totally reflected at a critical angle or more, without skin damage or deformation. The present invention relates to a device and a method for quantitatively analyzing skin components.

본 발명의 광의 전반사를 이용한 피부성분 측정장치는 공기의 굴절률보다 크고, 피부의 굴절률보다 작은 굴절률을 가지며 피부와 접촉하는 하나 이상의 광전도 매체; 상기 하나 이상의 광전도 매체의 양측면에 위치한 제 1 반사경과 제 2 반사경; 상기 하나 이상의 광전도 매체의 상부에 분리되어 위치하는 소정의 구조물; 상기 구조물의 양측에 위치하여 상기 제 1 반사경과 제 2 반사경을 향하고 있는 한 쌍 이상의 발광부와 수광부; 상기 한 쌍 이상의 발광부와 수광부중 어느 한 쌍의 중간에 위치하는 레퍼런스 발/수광부; 및 상기 발광부와 제 1 반사경의 사이에 위치하는 슬릿으로 이루어짐에 기술적 특징이 있다.An apparatus for measuring skin components using total reflection of light of the present invention includes at least one photoconductive medium having a refractive index greater than that of air and less than the refractive index of skin; First and second reflectors positioned on opposite sides of the at least one photoconductive medium; A predetermined structure located separately on top of the one or more photoconductive media; At least one light emitting part and a light receiving part positioned at both sides of the structure and facing the first reflecting mirror and the second reflecting mirror; A reference emitter / receiver configured to be positioned between one or more of the pair of light emitters and the light receivers; And a slit positioned between the light emitting part and the first reflecting mirror.

따라서, 본 발명의 광의 전반사를 이용한 피부성분 측정장치 및 방법은 피부성분에 비해 굴절율이 큰 광전도 매체에 입사된 광이 임계각 이상에서 전반사되는 특징을 이용하여 피부손상이나 변형없이 피부성분을 정량분석할 수 있는 효과가 있다. 또한 레퍼런스 발/수광부를 이용해 사람마다 상이한 피부상태를 동시에 측정하여 결과치를 보정해 줌으로써 분석의 정확도를 높일 수 있다. 또한 복수개의 광전도 매체를 동시에 사용하면 여러 가지 피부성분을 하나의 장치에서 분석할 수 있는 장점을 가진다.Therefore, the skin component measuring apparatus and method using the total reflection of the light of the present invention quantitatively analyzes the skin component without damage or deformation of the skin by using the characteristic that the light incident on the photoconductive medium having a larger refractive index than the skin component is totally reflected above the critical angle. It can work. In addition, the accuracy of the analysis can be improved by simultaneously measuring different skin conditions for each person using the reference emitter / receiver and correcting the results. In addition, the use of a plurality of photoconductive media at the same time has the advantage that it is possible to analyze several skin components in a single device.

피부성분, 전반사, 광전도매체Skin ingredient, total reflection, photoconductor

Description

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

도 1은 종래기술에 따른 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 3a는 본 발명에 따른 피부성분 측정장치의 단면도.Figure 3a is a cross-sectional view of the skin component measuring apparatus according to the present invention.

도 3b는 본 발명에 따른 피부성분 측정장치의 사시도.Figure 3b is a perspective 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 피부성분 물질에 비해 굴절율이 큰 광전도 매체에 입사된 광이 임계각 이상에서 전반사되는 특징을 이용하여 피부손상이나 변형없이 피부성분을 정량분석할 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, and more particularly, light incident on a photoconductive medium having a higher refractive index than skin components is critical angle. The present invention relates to an apparatus and method for quantitatively analyzing skin components without skin damage or deformation by using the features totally reflected above.

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.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.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 피부성분 물질에 비해 굴절율이 큰 광전도 매체에 입사된 광이 임계각 이상에서 전반사되는 특징을 이용하여 피부손상이나 변형없이 피부성분을 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, by using the characteristic that the light incident on the photoconductive medium having a larger refractive index than the skin component material is totally reflected at a critical angle or more, the skin component without damage or deformation It is an object of the present invention to provide an apparatus and a method capable of quantitatively analyzing.

본 발명의 상기 목적은 공기의 굴절률보다 크고, 피부의 굴절률보다 작은 굴절률을 가지며 피부와 접촉하는 하나 이상의 광전도 매체; 상기 하나 이상의 광전도 매체의 양측면에 위치한 제 1 반사경과 제 2 반사경; 상기 하나 이상의 광전도 매체의 상부에 분리되어 위치하는 소정의 구조물; 상기 구조물의 양측에 위치하여 상기 제 1 반사경과 제 2 반사경을 향하고 있는 한 쌍 이상의 발광부와 수광부; 상기 한 쌍 이상의 발광부와 수광부중 어느 한 쌍의 중간에 위치하는 레퍼런스 발/수광부; 및 상기 발광부와 제 1 반사경의 사이에 위치하는 슬릿으로 이루어진 광의 전반사를 이용한 피부성분 측정장치에 의해 달성된다.The object of the invention is at least one photoconductive medium 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; First and second reflectors positioned on opposite sides of the at least one photoconductive medium; A predetermined structure located separately on top of the one or more photoconductive media; At least one light emitting part and a light receiving part positioned at both sides of the structure and facing the first reflecting mirror and the second reflecting mirror; A reference emitter / receiver configured to be positioned between one or more of the pair of light emitters and the light receivers; And a skin component measuring apparatus using total reflection of light including a slit positioned between the light emitting unit and the first reflecting mirror.

또한 본 발명의 상기 목적은 전기신호를 받아 발광부에서 광이 방출되는 단계; 상기 하나 이상의 발광부에서 방출된 광이 슬릿을 통과하는 단계; 상기 슬릿을 통과한 광이 1차 반사경에서 반사되어 하나 이상의 광전도 매체 각각의 일측면에 입사되는 단계; 상기 하나 이상의 광전도 매체 각각의 일측면을 통과한 광이 특정 피부성분과 접촉하는 상기 광전도 매체의 하부면에서 전반사되는 단계; 상기 전반사된 광이 광전도 매체의 상부면에서 전반사되는 단계; 상기 광이 상기 광전도 매체 하부면 및 상부면에서의 전반사 단계를 반복하면서 상기 광전도 매체의 타측면에 도달하여 벗어나는 단계; 상기 광전도 매체를 벗어난 광이 2차 반사경에서 반사되어 각각의 수광부로 입사되는 단계; 및 상기 각각의 수광부에 입사된 광이 전기신호로 변환되는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 광의 전반사를 이용한 피부성분 측정방법에 의해 달성된다.In addition, the object of the present invention comprises the steps of emitting light from the light emitting unit receiving an electrical signal; Passing light emitted from the at least one light emitting part through a slit; Light passing through the slit is reflected by the primary reflector and incident on one side of each of the one or more photoconductive media; The light passing through one side of each of the at least one photoconductive medium is totally reflected at the bottom surface of the photoconductive medium in contact with a particular skin component; The totally reflected light is totally reflected at the top surface of the photoconductive medium; The light reaching and exiting the other side of the photoconductive medium while repeating the total reflection at the lower and upper surfaces of the photoconductive medium; The light leaving the photoconductive medium is reflected by the secondary reflector and is incident to each light receiving unit; And it is achieved by the skin component measuring method using the total reflection of the light, characterized in that it comprises the step of converting the light incident on each of the light receiving portion into an electrical signal.

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(굴 절파의 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 그림으로서, 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 illustrating the phenomenon of 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 보여 주는 도면이다. 굴절율이 큰 n1 매질에서 굴절율이 작은 n2 매질로 광이 입사될 때, 입사각을 점점 증가시키면 굴적각이 점차적으로 증가하여 결국 90도를 이루게 된다. 이때의 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 3a는 본 발명에 의한 피부성분 측정장치의 단면도이다. 보다 자세하게는, 상술한 광의 전반사 특성을 이용한 피부성분 측정장치로서, 피부표면과 밀착하는 광전도 매체(24)에 소정 파장의 광을 입사시켜, 상기 입사된 광이 특정 피부성분을 만나면 광이 전반사되는 원리를 이용한다. 또한 도 3b는 상기 단면도의 이해를 돕기 위한 복수개의 광전도 매체를 이용한 경우의 간략한 입체도면이다. 본 발명의 측정장치는 복수개의 광전도 매체와 각각의 광전도에 매체에 대응하는 수광부와 발광부로 구성될 수 있으나 이하의 설명에서는 이해를 쉽게 하기 위해 하나의 광전도 매체를 예를 들어 설명하였다. 이하 상기 피부성분 측정방법을 단계별로 설명하면 다음과 같다.Figure 3a is a cross-sectional view of the skin component measuring apparatus according to the present invention. More specifically, the skin component measuring apparatus using the total reflection characteristic of the light described above, the light of a predetermined wavelength is incident on the photoconductive medium 24 in close contact with the skin surface, the light is total reflection when the incident light meets a specific skin component Use principles that work. In addition, Figure 3b is a simplified three-dimensional view in the case of using a plurality of photoconductive media to help the understanding of the cross-sectional view. The measuring apparatus of the present invention may be composed of a plurality of photoconductive media, and a light receiving portion and a light emitting portion corresponding to each of the photoconductors, but in the following description, one photoconductive medium has been described as an example for ease of understanding. Hereinafter, the skin component measuring method will be described step by step.

1. 발광부(21)에서 광이 방출되는 단계 : 우선 광전도 매체(24)의 상부에 광전도 매체(24)와 분리되어 소정의 구조물(29)이 위치하고 소정의 구조물(29) 양측에 적외선 발광부(21)와 수광부(22)가 위치한다. 또한 발광부(21)와 수광부(22)의 중간에는 레퍼런스(reference) 수광부(26) 및 발광부(25)가 위치한다. 발광부(21)는 발광 다이오드로 구성되어 전기신호를 받아 특정파장의 광을 방출하게 된다. 상기 발광부에서 방출된 광은 임의의 방향을 가지고 진행하게 되는데, 발광부(21)의 전면에 슬릿(slit, 23)을 설치함으로써 직진성을 가진 광만을 통과시킨다. 이후 슬릿(23)을 통과한 광은 제 1 반사경(20)에 의해 진행경로를 바꾸어 광전도 매체(24)에 입사된다. 이때 발광부(21)와 슬릿(23)을 잇는 직선의 기울기가 전반사 임계각이 된다. 상기 전반사 임계각은 스넬의 법칙에 의해 계산될 수 있으므로, 그 계산결과에 따라 전반사 임계각 이상의 각도를 가지도록 슬릿(23)의 높이를 결정하여 준다. 또한 발광부(21)의 광원은 근적외 영역의 파장대를 사용한다.1. The step of emitting light from the light emitting unit 21: First, the photoconductive medium 24 is separated from the photoconductive medium 24 so that a predetermined structure 29 is positioned and infrared rays are formed on both sides of the predetermined structure 29. The light emitting unit 21 and the light receiving unit 22 are positioned. In addition, a reference light receiving unit 26 and a light emitting unit 25 are positioned between the light emitting unit 21 and the light receiving unit 22. The light emitting unit 21 is composed of a light emitting diode to receive an electric signal to emit light of a specific wavelength. The light emitted from the light emitting part proceeds in an arbitrary direction. By installing a slit 23 on the front of the light emitting part 21, only light having straightness passes. The light passing through the slit 23 then enters the photoconductive medium 24 by changing the traveling path by the first reflector 20. At this time, the slope of the straight line connecting the light emitting part 21 and the slit 23 becomes the total reflection critical angle. Since the total reflection critical angle can be calculated by Snell's law, the height of the slit 23 is determined to have an angle greater than the total reflection critical angle according to the calculation result. In addition, the light source of the light emission part 21 uses the wavelength band of a near-infrared region.

한편 레퍼런스 수광부(26) 및 발광부(25)는 최종적으로 수광부(22)에서 획득한 광신호를 보정하기 위한 목적으로 설치한다. 즉, 사람마다 피부색이나 모공 크기, 털의 수 등의 피부상태가 상이하므로 광전도 매체(24)에서 전반사되어 나온 광신호의 양이 사람마다 다를 것이다. 하지만 수광부(22)로부터 얻은 결과치는 사람의 피부 상태에 따라 영향을 받지 않고, 측정하고자 하는 피부 성분만을 측정하여야 하므로 피부 성분 측정시 피부의 상태 또한 동시에 측정하여 수광부(22)로부터 얻은 결과치를 보정하여 준다. 레퍼런스 수광부(26) 및 발광부(25)는 일정간격 이격되어 위치하고, 발광부(25)는 적색 LED(light emiting diode)로 구성되어 있다. 레퍼런스 발광부(25)에서 소정의 각도(θ)를 가지고 입사된 광은 레퍼런스 수광부(26) 및 발광부(25) 하부의 구조물(29) 중앙에 형성된 관통홀(hole)과 광전도 매체(24)에 형성된 관통홀(28)을 통과하여 피부에 직접 입사된 후 반사되어 수광부(26)로 되돌아 온다. 이 때 피부로부터 반사되어 온 광신호는 레퍼런스 수광부(26)에서 전기신호로 변환된다. 이 전기신호의 양이 사람마다 다른 피부 상태가 반영된 것이고, 이를 수광부(22)로부터 얻은 결과치에 적용하여 보정한다. 상기 입사광은 약 3 내지 4도의 입사각을 가지는 것이 바람직하다. 또한 상기 입사광과 반사광 사이의 간섭을 막기 위해 그 사이에 차광막(27)을 설치하여 준다.Meanwhile, the reference light receiver 26 and the light emitter 25 are installed for the purpose of correcting the optical signal finally obtained by the light receiver 22. That is, since the skin conditions such as skin color, pore size, and the number of hairs are different for each person, the amount of light signal totally reflected from the photoconductive medium 24 will be different for each person. However, since the result obtained from the light receiver 22 is not affected by the skin condition of the person, only the skin components to be measured should be measured, and thus the skin condition is measured simultaneously to correct the result obtained from the light receiver 22. give. The reference light receiver 26 and the light emitter 25 are spaced apart from each other by a predetermined distance, and the light emitter 25 is formed of a red light emitting diode (LED). The light incident from the reference light emitter 25 at a predetermined angle θ is formed in the center of the reference light receiver 26 and the structure 29 under the light emitter 25 and the photoconductive medium 24. After passing through the through-holes 28 formed in the) directly enters the skin and is reflected back to the light receiving portion (26). At this time, the optical signal reflected from the skin is converted into an electrical signal by the reference light receiver 26. The amount of this electric signal is a different skin condition from person to person, and is corrected by applying it to the result obtained from the light receiving unit 22. Preferably, the incident light has an incident angle of about 3 to 4 degrees. In addition, a light shielding film 27 is provided therebetween to prevent interference between the incident light and the reflected light.

2. 광전도 매체(24)에 광이 입사되는 단계 : 제 1 반사경(20)에 의해 진행경로를 바꾼 광은 전반사 임계각 이상의 각도를 가지고 광전도 매체(24)의 일측면에 입사된다. 광전도 매체(24)는 소정의 굴절율과 높이를 가진 구조물로서, 그 하부면이 피부와 접촉하는 측정부의 역할을 한다. 또한 광전도 매체(24)는 전반사된 광만이 이동하는 경로이다. 때문에 광전도 매체(24)의 상부면이 접하고 있는 공기보다는 굴절률이 커야 하고, 하부면이 접하고 있는 피부보다는 굴절률이 작아야 한다. 즉, 광전도 매체(24)는 공기의 굴절률 1보다 크고, 피부의 굴절률 1.7보다 작은 굴절률을 가지는 재료로 구성되어야 한다. 상술한 바와 같이 광의 전반사가 이루어지는 조건은 광이 입사되는 영역의 매질이 굴절되는 영역의 매질보다 굴절률이 커야 하며, 또한 전반사 임계각 이상의 각도로 입사되어야 한다. 따라서 광전도 매체(24)는 공기와 피부의 굴절률 범위 내에서 측정하고자 하는 피부성분보다 더 큰 굴절률을 가지는 재료로 구성되어야 한다. 일례로 피부성분중의 하나인 엘라스틴은 굴절률이 1.27이므로 광전도 매체는 적어도 1.28 이상 그리고 1.7 이하의 굴절률을 가지는 재료로 구성되어야 한다. 하지만 상기 엘라스틴 물질보다 더 낮은 굴절률을 가지는 모든 피부성분에서도 입사광이 전반사됨으로써 정확한 성분과 그 양을 알 수가 없게 된다. 따라서 본 발명의 또다른 특징은, 굴절률이 다른 둘 이상의 광전도 매체를 사용할 수 있다는 것이다. 즉, 상기 엘라스틴의 1.27보다 작은 굴절률을 가지는 광전도 매체를 추가로 설치하여, 1.27 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 1.27의 굴절률을 가진 엘라스틴만을 정량분석할 수가 있다. 즉 두 개의 광전도 매체가 하나의 쌍을 이루어 피부성분 분석에 이용된다. 바람직하게는 복수개의 광전도 매체를 추가함으로써 굴절률이 상이한 다수개의 피부성분을 동시에 분석할 수 있다. 상기 엘라스틴은 피부 노화정도의 척도로 이용된다. 또 하나의 피부성분인 콜라겐은 굴절률이 1.46이며 피부 노화정도와 골밀도의 척도로 이용된다.2. Light incident on the photoconductive medium 24: The light whose path of travel is changed by the first reflecting mirror 20 is incident on one side of the photoconductive medium 24 at an angle equal to or more than the total reflection critical angle. The photoconductive medium 24 is a structure having a predetermined refractive index and height, and serves as a measuring unit whose lower surface contacts the skin. The photoconductive medium 24 is also a path through which only totally reflected light travels. Therefore, the refractive index of the upper surface of the photoconductive medium 24 should be larger than that of air, and the refractive index of the photoconductive medium 24 should be smaller than that of the skin. That is, the photoconductive medium 24 should be made of a material having a refractive index that is greater than the refractive index of air 1 and less than the refractive index of skin 1.7. As described above, the condition under which total reflection of the light is made should be larger than that of the medium in which the medium in which the light is incident is refracted and should be incident at an angle equal to or greater than the total reflection critical angle. Therefore, the photoconductive medium 24 should be made of a material having a refractive index larger than the skin component to be measured within the refractive index range of air and skin. For example, elastin, one of the skin components, has a refractive index of 1.27, so the photoconductive medium should be made of a material having a refractive index of at least 1.28 and less than 1.7. However, even all skin components having a lower refractive index than the elastin material are totally reflected by the incident light, so that the exact component and amount thereof cannot be known. Thus, another feature of the present invention is that two or more photoconductive media having different refractive indices can be used. That is, a photoconductive medium having a refractive index smaller than 1.27 of the elastin is further provided to measure skin components having a refractive index of less than 1.27. Thereafter, when the overlapped portions are removed by comparing the optical signal obtained from the photoconductive medium having the high refractive index and the photoconductive medium having the small refractive index, the elastin having the refractive index of 1.27 can be quantitatively analyzed. In other words, two photoconductive media are formed in a pair and used for skin component analysis. Preferably, by adding a plurality of photoconductive media, a plurality of skin components having different refractive indices can be analyzed simultaneously. The elastin is used as a measure of the degree of skin aging. Another skin ingredient, collagen, has a refractive index of 1.46 and is used as a measure of skin aging and bone density.

3. 광전도 매체(24) 내에서 광이 전반사되어 이동하는 단계 : 광전도 매체(24)에 입사된 광은 광전도 매체(24)의 굴절률보다 작은 값을 가지는 모든 피부성분에 대해 전반사된 후, 광전도 매체(24)의 상부면에서 다시 전반사된다. 이것은 광전도 매체(24)의 상부면은 공기와 접하고 있고 공기의 굴절률은 약 1 정도의 값을 가지기 때문이다. 광전도 매체(24)의 상부면에서 전반사된 후에는 다시 하부면으로 향하게 된다. 이때 상기 전반사를 야기했던 피부성분이, 전반사되어 진행된 만큼의 거리에 존재하지 않는다면 상기 광은 전반사되지 못하고 피부내부로 굴절 입사되어 소멸된다. 이것은 피부의 굴절율이 1.7로서 광전도 매체의 굴절률보다 큰 값을 가지기 때문이다. 또한 상기의 원리에 의해 피부성분의 정량분석이 가능하다. 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 매체(24)에서 광이 전반사되는 횟수가 증가할수록 성분분석이나 정량분석의 정확성이 증가한다. 이것은 광전도 매체(24)의 두께를 얇게 함으로써 가능한데, 바람직하게는 그 두께를 2mm 이하로 하여 2 내지 3회 이상의 전반사를 유도한다. 또한 광전도 매체(24)의 두께를 감소시킴으로써 그 길이를 작게 할 수 있고 따라서 피부와의 접촉면적을 최소화할 수 있다.3. The light is totally reflected and moved in the photoconductive medium 24: The light incident on the photoconductive medium 24 is totally reflected on all skin components having a value smaller than the refractive index of the photoconductive medium 24. Is totally reflected again at the upper surface of the photoconductive medium 24. This is because the upper surface of the photoconductive medium 24 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 24, it is directed back to the bottom surface. At this time, if the skin component that caused the total reflection does not exist 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. It is also possible to quantitatively analyze the skin components by the above principle. 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 reflections of light in the photoconductive medium 24 increases, the accuracy of component analysis or quantitative analysis increases. This can be done by making the thickness of the photoconductive medium 24 thin, but preferably the thickness is made 2 mm or less to induce two or three total reflections. In addition, by reducing the thickness of the photoconductive medium 24, the length thereof can be made small and thus the contact area with the skin can be minimized.

4. 수광부(22)로 광이 입사되는 단계 : 광전도 매체(24) 내에서 전반사되어 이동된 광은 광전도 매체(24)의 일측면으로 빠져나와 제 2 반사경(20)에서 진행경로를 바꾸어 수광부(22)로 입사하게 된다. 이때 광전도 매체(24)에 비해 굴절률이 낮은 공기로 전반사된 광이 빠져나올 수 있는 것은, 광전도 매체(24)의 일측면이 소정의 각도로 기울어진 경사면 구조를 가지기 때문이다. 따라서 전반사 임계각의 조건을 만족시키지 못하고 공기중으로 빠져나가게 된다. 이후 수광부(22)로 입사된 광은 전기신호로 변환되어 정량분석에 이용되는데, 수광부(22)는 광신호를 전기신호로 변환시켜 주는 포토다이오드로 구성되어 있다.4. Light incident to the light receiving part 22: The light that is totally reflected and moved in the photoconductive medium 24 exits to one side of the photoconductive medium 24 and changes the traveling path at the second reflector 20. The light incident part 22 is incident. At this time, the light totally reflected by the air having a lower refractive index than the photoconductive medium 24 can escape, because one side of the photoconductive medium 24 has an inclined surface structure inclined at a predetermined angle. Therefore, it does not satisfy the conditions of the total reflection critical angle and escapes into the air. After that, the light incident on the light receiving unit 22 is converted into an electrical signal and used for quantitative analysis. The light receiving unit 22 is composed of a photodiode for converting an optical signal into an electrical signal.

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 큰 광전도 매체에 입사된 광이 임계각 이상에서 전반사되는 특징을 이용하여 피부손상이나 변형없이 피부성분을 정량분석할 수 있는 효과가 있다. 또한 레퍼런스 발/수광부를 이용해 사람마다 상이한 피부상태를 동시에 측정하여 결과치를 보정해 줌으로써 분석의 정확도를 높일 수 있다. 또한 복수개의 광전도 매체를 동시에 사용하면 여러 가지 피부성분을 하나의 장치에서 분석할 수 있는 장점을 가진다.Therefore, the skin component measuring apparatus and method using the total reflection of the light of the present invention quantitatively analyzes the skin component without damage or deformation of the skin by using the characteristic that the light incident on the photoconductive medium having a larger refractive index than the skin component is totally reflected above the critical angle. It can work. In addition, the accuracy of the analysis can be improved by simultaneously measuring different skin conditions for each person using the reference emitter / receiver and correcting the results. In addition, the use of a plurality of photoconductive media at the same time has the advantage that it is possible to analyze several skin components in a single device.

Claims (9)

피부성분 측정장치에 있어서,In the skin component measuring device, 공기의 굴절률보다 크고, 피부의 굴절률보다 작은 굴절률을 가지며 피부와 접촉하는 하나 이상의 광전도 매체;One or more photoconductive media having a refractive index that is greater than the refractive index of air and less than the refractive index of the skin; 상기 하나 이상의 광전도 매체의 양측면에 위치하는 제 1 반사경과 제 2 반사경;First and second reflectors positioned on opposite sides of the at least one photoconductive medium; 상기 하나 이상의 광전도 매체의 상부에 분리되어 위치하는 소정의 구조물(29);A predetermined structure (29) positioned separately on top of said at least one photoconductive medium; 상기 구조물(29)의 양측에 위치하여 상기 제 1 반사경과 제 2 반사경을 향하는 적어도 한 쌍의 발광부와 수광부;At least one light emitting part and a light receiving part positioned at both sides of the structure 29 and facing the first reflecting mirror and the second reflecting mirror; 상기 발광부와 수광부 사이, 일측의 상기 광전도 매체와 타측의 상기 광전도 매체 사이 및 상기 소정의 구조물(29) 상부에 위치하여 피부표면에 광을 조사하고 반사된 광을 수신하기 위한 레퍼런스 발광부 및 수광부; 및A reference light emitting unit positioned between the light emitting unit and the light receiving unit, between the photoconductive medium on one side and the photoconductive medium on the other side, and above the predetermined structure 29 to irradiate light onto the surface of the skin and receive the reflected light And a light receiving unit; And 상기 발광부와 제 1 반사경의 사이에 위치하는 슬릿Slit positioned between the light emitting portion and the first reflecting mirror 을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 광의 전반사를 이용한 피부성분 측정장치.Skin component measuring device using the total reflection of light, characterized in that made. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 하나 이상의 광전도 매체는 공기와 피부의 굴절률 범위에서 측정하고자 하는 피부성분의 굴절률보다는 큰 굴절률을 가지는 것을 특징으로 하는 광의 전반 사를 이용한 피부성분 측정장치.The at least one photoconductive medium has a skin component measuring apparatus using 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. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 하나 이상의 광전도 매체는 서로 이격되어 위치하며, 각각 다른 굴절률을 가지고 구성됨을 특징으로 하는 광의 전반사를 이용한 피부성분 측정장치.The at least one photoconductive medium is spaced apart from each other, the skin component measuring device using the total reflection of light, characterized in that each having a different refractive index. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 하나 이상의 광전도 매체의 양측면은 소정 각도의 경사면으로 구성되어 있음을 특징으로 하는 광의 전반사를 이용한 피부성분 측정장치.Both sides of the at least one photoconductive medium is a skin component measuring device using the total reflection of light, characterized in that consisting of the inclined surface of a predetermined angle. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 소정의 구조물은 레퍼런스 수/발광부가 위치한 하부 영역에 피부 표면 방향으로 상기 구조물을 관통하는 홀과 상기 홀의 내부에 차광막이 설치되어 구성되어 있음을 특징으로 하는 광의 전반사를 이용한 피부성분 측정장치.The predetermined structure is a skin component measuring device using a total reflection of light, characterized in that the lower portion is located in the reference water / light emitting portion is provided with a hole penetrating the structure in the direction of the skin surface and the light shielding film is installed inside the hole. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 슬릿은 임계 전반사각을 만족하는 높이에 일정 폭의 틈을 가지고 구성되어 있음을 특징으로 하는 광의 전반사를 이용한 피부성분 측정장치.The slit is a skin component measuring device using a total reflection of light, characterized in that it has a gap of a predetermined width at a height that satisfies the critical total reflection angle. 피부성분 측정방법에 있어서,In the skin component measuring method, 전기신호를 받아 발광부에서 광이 방출되는 단계;Receiving light and emitting light from the light emitting unit; 상기 하나 이상의 발광부에서 방출된 광이 슬릿을 통과하는 단계;Passing light emitted from the at least one light emitting part through a slit; 상기 슬릿을 통과한 광이 1차 반사경에서 반사되어 하나 이상의 광전도 매체 각각의 일측면에 입사되는 단계;Light passing through the slit is reflected by the primary reflector and incident on one side of each of the one or more photoconductive media; 상기 하나 이상의 광전도 매체 각각의 일측면을 통과한 광이 특정 피부성분과 접촉하는 상기 광전도 매체의 하부면에서 전반사되는 단계;The light passing through one side of each of the at least one photoconductive medium is totally reflected at the bottom surface of the photoconductive medium in contact with a particular skin component; 상기 전반사된 광이 광전도 매체의 상부면에서 전반사되는 단계;The totally reflected light is totally reflected at the top surface of the photoconductive medium; 상기 광이 상기 광전도 매체 하부면 및 상부면에서의 전반사 되는 단계를 반복하면서 상기 광전도 매체의 타측면에 도달하여 벗어나는 단계;Reaching and leaving the other side of the photoconductive medium while repeating the total reflection of the light on the lower and upper surfaces of the photoconductive medium; 상기 광전도 매체를 벗어난 광이 2차 반사경에서 반사되어 각각의 수광부로 입사되는 단계; 및The light leaving the photoconductive medium is reflected by the secondary reflector and is incident to each light receiving unit; And 상기 각각의 수광부에 입사된 광이 전기신호로 변환되는 단계Converting light incident to the light receiving units into an electrical signal 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 7항 또는 제 8항에 있어서,The method according to claim 7 or 8, 상기 하나 이상의 광전도 매체는 공기와 피부의 굴절률 범위에서 측정하고자 하는 피부성분의 굴절률보다는 큰 굴절률을 가지는 것을 특징으로 하는 광의 전반사를 이용한 피부성분 측정방법.The method of measuring skin components using total reflection of light, characterized in that the at least one photoconductive medium has a refractive index greater than that of skin components to be measured in the refractive index range of air and skin.
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