KR100823304B1

KR100823304B1 - 피부 수화도 측정 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR100823304B1
Application number: KR1020060079524A
Authority: KR
Inventors: 박정제; 김홍식; 장우영; 박재찬
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-08-22
Filing date: 2006-08-22
Publication date: 2008-04-18
Also published as: EP1891894A1; DE602007001843D1; EP1891894B1; US20080051643A1; US7753846B2; KR20080017832A

Abstract

본 발명에 따른 피부 수화도 측정 장치는, R 전극(Reference Electrode), C 전극(Current Carrying Electrode), 및 M 전극(Measuring Electrode)을 포함하는 전극부; 제1 전압이 인가되는 반전(inverting) 입력 단자가 상기 R 전극과 연결되고, 출력 단자가 상기 C 전극과 연결되는 연산 증폭기(Op Amp: Operational Amplifier); 상기 출력 단자 및 상기 C 전극 간의 연결을 제어하는 스위치; 및 상기 제1 전압과 상기 출력 단자의 전압을 비교하여 상기 출력 단자의 전압이 상기 제1 전압과 선정된(predetermined) 상수(constant)를 곱한 값 이하인 경우, 상기 출력 단자 및 상기 C 전극이 연결되도록 상기 스위치를 제어하는 비교 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

피부 수화도, 수분, R 전극, C 전극, M 전극

Description

피부 수화도 측정 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR MEASURING SKIN MOISTURE CONTENT AND METHOD FOR THE OPERATING THE APPARATUS}

도 1은 피부의 생리학적인 구조를 전기적으로 모델링한 회로도.

도 2는 피부 수화도 측정 원리의 개념을 도시한 블록도.

도 3은 피부 수화도 측정 결과에 따른 어드미턴스를 도시한 그래프.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 피부 수화도 측정 장치의 구성을 도시한 회로도.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 피부 수화도 측정 장치의 구성을 도시한 회로도.

도 6은 본 발명에 따른 피부 수화도 측정 방법의 흐름을 도시한 순서도.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 R 전극이 C 전극보다 사용자 피부에 먼저 접촉된 경우에 따른 피부 수화도 측정값을 도시한 그래프.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 C 전극이 R 전극보다 사용자 피부에 먼저 접촉된 경우에 따른 피부 수화도 측정값을 도시한 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

411: R 전극 412: M 전극

413: C 전극 420: 연산 증폭기

430: 스위치 440: 비교 제어부

450: 신호 변환부 460: 신호 인가부

470: 락-인 앰프

본 발명은 피부 수화도 측정 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연산 증폭기(Op Amp: Operational Amplifier)의 출력 단자 전압이 상기 연산 증폭기의 비반전(noninverting) 입력 단자에 인가되는 전압에 선정된 상수(constant)를 곱한 값 이하인 경우에만 사용자 피부의 수화도를 측정함으로써, C 전극(Current Carrying Electrode)이 R 전극(Reference Electrode)보다 상기 사용자 피부에 먼저 접촉되는 경우 발생할 수 있는 측정 오류를 사전에 방지할 수 있는 피부 수화도 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.

많은 사람들이 미용에 관심을 갖기 시작하면서, 피부 미용에 대한 관심 또한 나날이 증가하고 있다. 건강한 피부에 대한 욕구는 단지 미용 분야에만 국한되지 않고 오존층의 파괴에 따라 강해지는 자외선 및 각종 공해로부터 피부의 건강을 지키기 위한 의료 분야의 성장에도 영향을 미치고 있다.

피부는 인체 장기 중 최외곽에 존재하고 있는 장기(Organ)이며 외부로부터의 세균 및 유해물질 침입 방지, 방수, 방한, 내부 체온 유지 등의 중요한 기능을 수행한다. 이러한 피부의 기본 기능을 유지하는데 가장 중요한 요소는 각질층의 수 분 함유량이다. 흔히 각질층의 피부 수분 함유량을 피부 수화도라고 호칭한다. 적절한 각질층의 수분 함유량이 유지되어야만 외부로부터의 유해 물질의 침입을 방지할 수 있고 내부의 수분 증발량도 억제하여 기본적인 피부의 기능을 수행할 수 있다.

피부 미용 및 관리의 관점에서도 피부 수화도는 기본적으로 가장 중요한 요소로 취급되고 있다. 따라서, 피부 관리의 기초는 보습 관리로부터 시작하며 자신의 피부 수분량의 정도를 알고 이에 대한 관리를 하는 것이 가장 중요하다고 할 수 있다.

종래의 피부 수화도 측정 방법으로는 전기적 측정 방식, 광학적 측정 방식, MRI를 이용하는 방법 등이 있다. 상기 방법들 중 전기적인 방법이 널리 사용되고 있는데, 특히 저주파수의 정현파를 이용하여 R 전극(Reference Electrode), C 전극(Current Carrying Electrode), 및 M 전극(Measuring Electrode)의 3전극 방식으로 어드미턴스(Admittance)의 교류(AC) 성분인 서셉턴스(Susceptance)를 측정하는 방식이 주로 사용되고 있다.

상기 피부 수화도 측정 방식에서는 사용자 피부에 상기 각 전극이 접촉하는 순서에 따라 측정 오류가 발생할 수 있다. 즉, 상기 R 전극이 사용자 피부에 먼저 접촉된 후 상기 C 전극이 사용자 피부에 접촉되는 경우, 상기 M 전극을 통해 상기 사용자 피부로부터 정상적인 전류 신호를 검출하여 피부 수화도를 측정할 수 있다.

그러나, 상기와 같이 상기 C 전극이 상기 R 전극보다 먼저 사용자 피부에 접촉되는 경우, 상기 C 전극에 인가되어 있는 높은 전압으로 인해 상기 M 전극을 통 해 검출하는 상기 전류 신호에는 노이즈(noise)가 발생하게 되어 정확한 피부 수화도를 측정할 수 없다. 즉, 사용자가 상기 각 전극을 피부에 접촉시키는 순서에 따라 노이즈가 발생할 수 있어 항상 정확한 피부 수화도 측정을 기대하기 어렵다.

이와 같이 노이즈가 발생하여 피부 수화도 측정에 오류가 빈번하게 발생하는 경우, 사용자는 잘못된 피부 수화도 측정값을 바탕으로 자신에게 적합하지 않은 화장품을 구매하게 되는 등 피부 관리에 만전을 기할 수 없게 된다.

이러한 종래 기술의 문제점에 따라, 상기 각 전극의 피부 접촉 순서에 상관없이 항상 정확하게 사용자의 피부 수화도를 측정할 수 있는 피부 수화도 측정 장치의 개발이 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 전극(Reference Electrode), C 전극(Current Carrying Electrode), 및 M 전극(Measuring Electrode)가 사용자 피부에 접촉되는 순서에 따라 발생할 수 있는 노이즈(noise)를 감지하여 상기 노이즈의 발생이 소멸된 경우에 상기 사용자의 피부 수화도를 측정함으로써, 상기 각 전극이 사용자 피부에 접촉되는 순서에 따라 발생할 수 있는 측정 오류를 사전에 방지할 수 있는 피부 수화도 측정 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기와 같이 각 전극의 접촉 순서에 따라 발생하는 노이즈를 감지하여 피부 수화도를 측정하므로, 사용자가 피부 수화도 측정의 시작을 별도로 입력하지 않더라도 자동으로 측정 시점을 선택하여 정확한 피부 수화도 측정을 시작할 수 있고, 상기 피부 수화도 측정의 시작을 알리는 스위치 등의 별도의 기구물을 설치하지 않고도 일정한 측정 시간을 유지하여 보다 정확하게 피부 수화도를 측정할 수 있는 피부 수화도 측정 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 이루고 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 피부 수화도 측정 장치는, R 전극(Reference Electrode), C 전극(Current Carrying Electrode), 및 M 전극(Measuring Electrode)을 포함하는 전극부; 제1 전압이 인가되는 반전(inverting) 입력 단자가 상기 R 전극과 연결되고, 출력 단자가 상기 C 전극과 연결되는 연산 증폭기(Op Amp: Operational Amplifier); 상기 출력 단자 및 상기 C 전극 간의 연결을 제어하는 스위치; 및 상기 제1 전압과 상기 출력 단자의 전압을 비교하여 상기 출력 단자의 전압이 상기 제1 전압과 선정된(predetermined) 상수(constant)를 곱한 값 이하인 경우, 상기 출력 단자 및 상기 C 전극이 연결되도록 상기 스위치를 제어하는 비교 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 R 전극(Reference Electrode), C 전극(Current Carrying Electrode), M 전극(Measuring Electrode), 및 연산 증폭기(Op Amp: Operational Amplifier)를 포함하는 피부 수화도 측정 장치의 피부 수화도 측정 방법은, 상기 C 전극 및 상기 연산 증폭기의 출력 단자의 연결이 해제되도록 소정의 스위치 수단을 제어하는 단계; 상기 연산 증폭기의 반전(inverting) 입력 단자로 제1 전압을 인가하는 단계; 상기 제1 전압과 선정된(predetermined) 상수(constant)를 곱한 값과 상기 연산 증폭기의 출력 단자 전압을 비교하는 단계; 및 상기 출력 단자 전압이 상기 출력 단자의 전압이 상기 제1 전압과 상기 선정된(predetermined) 상수(constant)를 곱한 상기 값 이하인 경우, 상기 출력 단자 및 상기 C 전극이 연결되도록 상기 스위치 수단을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 피부 수화도 측정 장치는 이동통신 단말기, PDA(Personal Digital Assistant), 휴대형 게임기, MP3 플레이어, PMP(Portable Multimedia Player), DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 단말기, 및 노트북 등의 휴대 단말기 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 즉, 상기 피부 수화도 측정 장치는 상기 휴대 단말기의 일부 구성으로 구현될 수 있다. 또한, 상기 피부 수화도 측정 장치는 상기 휴대 단말기의 일부 구성으로 구현되지 않고, 독립적인 구성을 갖는 단일 물품으로 구현될 수도 있다.

본 발명에 따른 피부 수화도 측정 장치는 피부의 생리학적 구조를 전기적으로 모델링함으로써, 상기 피부의 수화도를 측정할 수 있다. 이하에서는 상기 피부의 전기적 모델링에 따른 피부 수화도의 측정 원리를 도 1 내지 도 3을 통해 우선 설명한 후, 도 4 내지 도 6을 통해 본 발명에 따른 피부 수화도 측정 장치 및 그 방법에 대하여 설명하도록 한다.

도 1은 피부의 생리학적인 구조를 전기적으로 모델링한 회로도이다.

도 2는 피부 수화도 측정 원리의 개념을 도시한 블록도이다.

도 3은 피부 수화도 측정 결과에 따른 어드미턴스를 도시한 그래프이다.

피부 수분을 전기적으로 측정하기 위해서는 우선 피부의 생리학적인 구조를 전기적으로 모델링할 수 있어야 한다. 도 1은 당업계에서 널리 사용되는 Cole-Cole 모델(Dispersion and absorption in dielectrics, J. Soc. Cosmet. Chem., 1941)을 재해석한 Yamamoto-Yamamoto의 모델(The measurement principle for evaluating the performance of drugs and cosmetics by skin impedance, Med. &　Biol. Eng. &　Comput. 1978)을 이용하여 피부를 전기적으로 모델링한 도면이다.

도 1에서, G_DC는 각질층의 한선의 활동을 주로 나타낸다. R_∞는 각질층 아래부터 진피층까지의 전체 라이어블 셀(liable cell)을 전기적으로 모델링한 것으로써 직류 도미넌트(DC dominant)한 특성을 갖는다. Y_POL은 각질층의 분극 현상에 의한 어드미턴스(admittance)성분을 나타내는 것으로써 교류 도미넌트(AC dominant)한 특성을 갖는다. 이 중에서 ωC_POL　성분이 각질층 수분 함유량을 모델링하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 각질층의 수분 함유량을 측정할 때에는 G_DC와 의 R_∞영향을 제거하는 것이 주요한 이슈가 될 수 있다.

상기 ωC_POL 성분만을 측정하기 위해서는 어드미턴스(Admittance) 성분 중 교류(AC) 성분인 서셉턴스(Susceptance) 성분만을 측정해야 한다. 이를 위하여 아날로그 락-인 증폭기(Analog Lock-in amplifier)를 사용할 수 있다.

　　즉, 도 2와 같이 라이어블 셀(liable cell)인 R_∞를 전도체로 가정할 수 있다. 이를 이용하여 인체에 일정한 주파수(ω=2πf)를 갖는 정전압원 신호를 인가하면, 상기 라이어블 셀(liable cell)층의 전도체를 통하여 측정 전극에 접촉한 바로 밑 각질층의 임피던스에 반응하는 전류를 측정할 수 있다. 상기 전류를 이용하면 측정 부위 각질층의 어드미턴스(Admittance)를 측정할 수 있다.

상기 측정 전류를 전압으로 변환한 반응 신호를

Vsig　= |Vsig|sin(ωrt + θsig) -------------------------[수학식 1]

이라 하고, 상기 반응 신호와 동기(synchronizing)할 90˚ 위상차가 있는 아웃 페이즈(out-phase) 레퍼런스 신호를

V_L _{_90}= |V_L _{_90}|cos(ω_{L_90t}+ θ_{ref_90}) -------------------------[수학식 2]

이라 하며,

상기 반응 신호와 동기할 0˚ 위상차가 있는 인 페이즈(in-phase) 레퍼런스 신호를

V_L _{_0}= |V_L _{_0}|sin(ω_{L_0t}+ θ_{ref_0}) ----------------------------[수학식 3]

이라 할 수 있다.

이 때, 상기 90˚ 위상차가 있는 레퍼런스 신호와 상기 반응 신호를 승산기(multiplier)를 통과시켜 동기 시키면 아래와 같은 신호가 된다.

V_PSD　= |Vsig||V_L _{_90}|sin(ωrt + θsig)cos(ωL_90t + θ_{ref_90})

= 1/2|Vsig||V_L _{_90}|{sin([ωr-ω_{L_90}]t+θsig- θ_{ref_90})

- sin([ωr+ω_{L_90}]t+θsig　+ θ_{ref_90})} ---------[수학식 4]

이 신호를 저대역 통과 필터(LPF)를 통과시키게 되면, 상기 신호에서 교류(AC) 성분은 사라지게 되므로 결과는 V_PSD는 0이 된다.

하지만, 만일 레퍼런스 신호와 측정 신호의 주파수를 동일하게 한다면, 즉, ωr=ω_{L_90}이라면, LPF 출력은

Vout_90　= 1/2|Vsig||V_L _{_90}|sin(θsig- θ_{ref_90}) -------------[수학식 5]

와 같이 될 수 있다.

이러한 방식으로 상기 인 페이즈 레퍼런스 신호와 상기 반응 신호를 동기시키면,

Vout_0　= 1/2|Vsig||V_L _{_0}|cos(θsig- θ_{ref_0}) ---------------[수학식 6]

의 식이 결과로 산출될 수 있다.

상기 Vout_90 및 Vout_0에 대한 식을 간단히 하기 위하여, |Vsig||V_L| = Vout, θsig- θref　= θout이라 하면,

V_PSD _{_filtered_0}= 1/2Voutcos(θout) -------------------------[수학식 7]

가 될 수 있다.

상기 Vout_90 및 Vout_0에 대한 식, 즉, 수학식 5 및 수학식 6은 교류(AC) 정전압원을 인가하고 전류를 측정한 전도도 신호를 의미하므로, 결국 어드미턴스를 측정한 것이 된다. 상기 어드미턴스를 그래프로 도시하면 도 3과 같다. 즉, G(conductance)는 인-페이즈(in-phase) 동기 신호와 결합하면 측정 가능하고, B(susceptance)는 쿼더러쳐-페이즈(quadrature-phase) 동기 신호와 결합하면 측정 가능하다.

따라서, 피부의 수화도는 아웃 페이즈(out-phase) 신호를 통해 측정하는 서셉턴스(susceptance)로부터 측정될 수 있다. 이 때, 피부 수화도만을 측정하기 위해서는 각질층의 한선의 영향을 반영하는 컨덕턴스(conductance) 성분을 제거해야 한다. 따라서, 아웃-페이즈(out-phase) 동기신호를 사용하여 서셉턴스(susceptance)만을 측정할 수 있다. 본 발명에서는 시간에 따라 변하는 서셉턴스(susceptance)를 측정하여 피부 수화도를 측정하는 방법을 적용할 수 있다.

지금까지 도 1 내지 도 3을 통해 설명한 서셉턴스 측정에 따른 피부 수화도 측정 방법은, 이후 도 4 내지 도 6을 통해 설명하는 본 발명에 따른 피부 수화도 장치의 구성 및 동작 원리와 피부 수화도 측정 방법의 원리로 각각 적용될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 피부 수화도 측정 장치의 구성을 도시한 회로도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 피부 수화도 측정 장치는 전극부(411 내지 413), 연산 증폭기(420), 스위치(430), 비교 제어부(440), 신호 변환부(450), 신호 인가부(460), 및 락-인 앰프(Lock-in Amp)(470)을 포함하여 구성된다. 본 명세서에서는 설명의 편의상 신호 변환부(450), 신호 인가부(460), 및 락-인 앰프(Lock-in Amp)(470)를 한데 묶어 측정 제어 모듈이라 칭하기로 한다.

전극부는 R 전극(411), C 전극(412), 및 M 전극(413)을 포함한다. 즉, 전극부는 당업계에 널리 알려진 바와 같이 R 전극(Reference Electrode)(411), C 전극(Current Carrying Electrode)(412), 및 M 전극(Measuring Electrode)(413)을 포함하여 구성될 수도 있고, 상기 전극들뿐만 아니라, 피부 수화도 측정을 수행할 수 있는 보다 다양한 종류의 전극을 모두 포함하도록 구현될 수도 있다.

연산 증폭기(420)는 상기 전극부로 소정의 전압을 인가한다. 상기 전압 인가를 위하여, 연산 증폭기(420)의 반전(inverting) 입력 단자(422)는 R 전극(411)과 연결되고, 출력 단자(423)는 스위치(430)를 통해 C 전극(412)과 연결된다. 또한, 연산 증폭기(420)의 비반전(noninverting) 입력 단자(421)는 비교 제어부(440)와 연결된다.

연산 증폭기(420)의 전원으로는 V_cc 및 -V_cc 가 각각 인가될 수 있다. 연산 증폭기의 입력 전압으로 V_m이 반전 입력 단자(422)에 인가되는 경우, 가상 접지(virtual ground) 현상으로 인해 비반전 입력 단자(421)에도 상기 V_m의 전압이 인가될 수 있다.

이 때, 상기 전극부가 사용자 피부에 접촉되는 경우, 비반전 입력 단자(421)로는 전류가 거의 흐르지 않으므로 상기 사용자 피부의 표피층에도 상기 V_m의 전압이 인가될 수 있다. 상기 사용자 피부의 수분 함유량에 따라 피부 저항 Z_M은 변하게 된다. 따라서, M 전극(413)을 통해 검출되는 전류는 I = V_m / Z_M 로 산출될 수 있으므로, 상기 식을 통해 상기 사용자 피부의 수분 함유량을 측정할 수 있다.

또한, 상기 전극부가 상기 사용자 피부에 접촉되기 전에는 R 전극(411)의 전압은 0V에서 플로팅(floasting)되므로, C 전극(412)의 전압은 +V_cc 로 포화될 수 있다. 이 때, R 전극(411)이 상기 사용자 피부에 C 전극(412)보다 먼저 접촉되는 경우 R 전극(411)의 전압은 V_m이 되므로, 연산 증폭기(420)의 출력 단자(423)의 전압은 2V_m이 될 수 있다. 따라서, 스위치(43)가 C 전극(412)과 연결된 일반적인 경우를 가정하면, C 전극(412)에 인가되는 전압 2V_m을 통해 M 전극(413)은 정상적 크기의 전류를 검출할 수 있다.

그러나, C 전극(412)이 R 전극(411)보다 먼저 상기 사용자 피부에 접촉되는 경우, R 전극(411)의 전압은 0V이고 C 전극(412)은 상기 전원으로 인해 V_cc 의 전압으로 포화되어 있으므로, 상기 사용자 피부에 순간적으로 큰 전류가 흐르게 된다. 따라서, 스위치(43)가 C 전극(412)과 연결된 일반적인 경우를 가정하면, C 전극(412)의 전압 V_cc로 인해, M 전극(413)을 통해 검출하는 전류 신호는 비정상적으로 큰 값을 갖는 노이즈가 포함된 신호이므로, 상기 사용자 피부에 대한 정확한 수화도 측정을 할 수 없다. 이는 도 7 및 도 8을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 R 전극이 C 전극보다 사용자 피부에 먼저 접촉된 경우에 따른 피부 수화도 측정값을 도시한 그래프이다.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 C 전극이 R 전극보다 사용자 피부에 먼저 접촉된 경우에 따른 피부 수화도 측정값을 도시한 그래프이다.

R 전극(411)이 C 전극(412)보다 사용자 피부에 먼저 접촉되게 한 후, M 전극(413)을 통해 검출하는 전류 신호로부터 상기 사용자 피부의 수화도를 측정하는 경우, 도 7에 도시된 바와 같이 정상적으로 피부 수화도를 측정할 수 있다.

그러나, C 전극(412)이 R 전극(411)보다 사용자 피부에 먼저 접촉되게 한 후 상기 피부 수화도를 측정하는 경우, M 전극(413)을 통해 검출되는 전류가 비정상적으로 큰 값을 가지므로, 도 8에 도시된 바와 같이 측정 초기에 측정값이 순간적으로 커지는 현상이 발생한다. 이 때, R 전극(411)이 상기 사용자 피부에 접촉하게 되면, C 전극(412)의 전압은 원래의 안정된 값(예를 들어, 2V_m)으로 복원되므로, 도 8의 그래프에 도시된 바와 같이 정상적인 피부 수화도 측정이 가능해진다.

도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, R 전극(411)이 C 전극(412)보다 사용자 피부에 먼저 접촉되는 경우에는 빠른 시간 내에 피부 수화도 측정이 가능하다. 그러나, C 전극(412)이 R 전극(411)보다 사용자 피부에 먼저 접촉되는 경우에는 측정 초기 발생하는 비정상적 구간이 종료된 후에나 정상적인 피부 수화도 측정이 가능하므로, 측정 시간이 오래 걸리고 그 정확성 또한 보장할 수 없다는 문제점이 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 피부 수화도 측정 장치는 상기와 같이 전극의 접촉 순서에 따라 발생할 수 있는 피부 수화도 측정의 오류를 방지하기 위하여, 연산 증폭기(420)의 출력 단자(423)와 C 전극(412) 사이에 스위치(423)가 설치되고, 비 교 제어부(440)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

스위치(430)는 연산 증폭기(420)의 출력 단자(423) 및 C 전극(412)의 연결을 제어한다. 즉, 스위치(430)는 연산 증폭기(420)의 출력 단자(423)를 C 전극(412)과 연결할 수도 있고, 출력 단자(423)를 비교 제어부(440)와 연결할 수도 있다. 스위치(430)는 비교 제어부(440)의 제어에 따라 출력 단자(423)를 C 전극 (412) 또는 비교 제어부(440)와 연결할 수 있다.

비교 제어부(440)는 연산 증폭기(420)의 비반전 입력 단자(421)에 인가되는 제1 전압과 출력 단자(423)의 전압을 비교한다. 앞서 설명한 바와 같이, 연산 증폭기(420)의 반전 입력 단자(422)에 상기 제1 전압인 V_m이 인가되는 경우, 가상 접지 현상에 따라 비반전 입력 단자(422)에도 상기 전압 V_m이 인가된다. 비교 제어부(440)는 비반전 입력 단자(422)에 인가되는 상기 전압 V_m과 출력 단자(423)에 인가된 전압을 서로 비교한다.

비교 제어부(440)는 상기 비교 결과, 출력 단자(423)의 전압이 비반전 입력 단자(422)의 전압에 선정된 상수를 곱한 값 이하로 측정되는 경우, 출력 단자(423)가 C 전극(412)와 연결되도록 스위치(430)를 제어한다. 상기 선정된 상수는 연산 증폭기(420)의 이득(gain)값으로 설정될 수 있다. 본 명세서에서는 설명의 편의상 상기 상수값이 2인 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.

상기 전극부가 상기 사용자 피부에 접촉되기 전 또는 C 전극(412)이 R 전극(411)보다 먼저 사용자 피부에 접촉되는 경우에 출력 단자(423)는 앞서 설명한 바 와 같이 V_cc의 전압으로 포화된 상태이다. 이러한 경우, 비반전 입력 단자(421)의 전압 V_M보다 출력 단자(423)의 전압 V_cc이 큰 값을 가지므로, 비교 제어부(440)는 출력 단자(423)가 C 전극(423)과 연결되지 않도록 스위치(430)를 제어한다. 즉, 비교 제어부(440)는 출력 단자(423)가 비교 제어부(440)와 연결된 상태를 유지하거나 어떠한 구성과도 연결이 되지 않도록 스위치(430)를 제어할 수 있다.

또한, R 전극(411)이 C 전극(412)보다 상기 사용자 피부에 먼저 접촉되는 경우, 출력 단자(423)의 전압은 앞서 설명한 바와 같이 2V_M이 될 수 있다. 비교 제어부(440)는 비반전 입력 단자(421)의 전압인 V_M에 상기 선정된 상수인 2를 곱한 값과 출력 단자(423)의 전압을 서로 비교한다. 이 때, 출력 단자(423)의 전압과 비반전 입력 단자(421)의 전압인 V_M에 상기 선정된 상수인 2를 곱한 값이 서로 동일하므로, 비교 제어부(440)는 출력 단자(423)가 C 전극(412)과 연결되도록 스위치(430)를 제어한다. 출력 단자(423)가 C 전극(412)과 연결되어 사용자 피부의 각질층(stratum corneum)의 임피던스에 의해 발생하는 전류 신호를 검출 M 전극(413)을 통해 검출함으로써, 상기 사용자 피부의 수화도를 측정할 수 있다.

이와 같이, 비교 제어부(440)는 출력 단자(423)의 전압이 비반전 입력 단자(421)의 전압에 선정된 상수를 곱한 값 이하인 경우에만 출력 단자(423)와 C 전극(412)을 연결하여 M 전극(413)을 통해 전류 신호를 검출함으로써, 항상 정확한 피부 수화도 측정을 보장할 수 있다. 따라서, 사용자는 R 전극(411)이 C 전극(412) 보다 피부에 먼저 닿도록 주의할 필요 없이 보다 편리하고 정확하게 피부 수화도를 측정할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 피부 수화도 측정 장치에 따르면, C 전극(412)이 상기 사용자 피부에 R 전극(411)보다 먼저 닿는 경우에도 비교 제어부(440)의 스위치(430) 제어 동작에 따라 정확한 피부 수화도를 측정할 수 있다. 즉, C 전극(412)이 상기 사용자 피부에 R 전극(411) 보다 먼저 닿는 경우, 출력 단자(423)의 전압은 비반전 입력 단자(421)보다 큰 값을 가지게 되므로, 비교 제어부(440)는 스위치를 제어하여 출력 단자(423)가 C 전극(412)과 연결되지 않도록 한다.

이 후, C 전극(412)이 상기 사용자 피부에 접촉된 후 R 전극(411)이 상기 사용자 피부에 접촉되면, 출력 단자(423)의 전압은 앞서 설명한 바와 같이 정상적인 값으로 복원된다. 비교 제어부는 출력 단자(423)의 전압이 정상적인 값으로 복원된 후, 출력 단자(423)와 C 전극(412)이 연결되도록 스위치(430)를 제어한다. 따라서, 상기와 같이 C 전극(412)이 상기 사용자 피부에 접촉된 후 R 전극(411)이 상기 사용자 피부에 접촉되는 경우에도 비교 제어부(440)의 스위치(430) 제어 동작에 따라 정확하게 상기 사용자 피부의 수화도를 측정할 수 있다.

출력 단자(423)와 C 전극(412)이 스위치(430)를 통해 연결되는 경우, 신호 변환부(450)는 M 전극(413)을 통해 검출한 상기 전류 신호를 전압 신호로 변환한다. 신호 변환부(530)는 상기 전류 신호를 전압 신호로 변환하기 위하여 연산 증폭기(Op-Amp: operational amplifier)를 포함하여 구성될 수 있다.

신호 인가부(460)는 상기 전압 신호에 대한 아웃 페이즈(out-phase) 신호를 생성하여 상기 전압 신호에 인가한다. 즉, 신호 인가부(460)는 상기 전압 신호로부터 서셉턴스를 측정하기 위하여 필요한 아웃 페이즈 신호를 생성하여 락-인 앰프(470)로 전송한다. 상기 아웃 페이즈 신호는 상기 전압 신호와 90도의 위상차를 갖는 신호로서 코사인파(cosine wave)로 구현될 수 있다. 상기 아웃 페이즈 신호 및 인 페이즈 신호의 생성 및 인가를 위하여, 신호 인가부(440)는 오실레이터(oscillator)를 포함하여 구현될 수 있다.

락-인 앰프(470)는 신호 변환부(450)로부터 상기 전압 신호를 수신하고, 신호 인가부(460)로부터 상기 아웃 페이즈 신호를 수신한다. 락-인 앰프(470)는 상기 전압 신호 및 상기 아웃 페이즈 신호를 서로 동기시켜 상기 전류 신호의 서셉턴스를 측정한다. 락-인 앰프(470)는 상기 전압 신호와 상기 아웃 페이즈 신호를 승산기(multiplier)를 통과시킴으로써 서로 동기 시킬 수 있다.

이와 같이, 락-인 앰프(470)는 상기 전압 신호와 상기 아웃 페이즈 신호를 동기시킴으로써, 상기 전류 신호의 서셉턴스를 측정할 수 있다. 또한, 락-인 앰프(470)는 상기 측정한 서셉턴스를 이용하여 상기 사용자 피부의 수화도 정보를 산출할 수 있다.

상기 피부 수화도의 측정은 선정된 시간, 예를 들어 4초 동안 수행될 수 있다. 상기 시간 동안 상기 피부 수화도 측정이 완료되는 경우, 비교 제어부(440)는 출력 단자(423) 및 C 전극(412)의 연결이 해제되도록 스위치(430)를 제어할 수 있다.

지금까지 도 4를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 피부 수화도 측정 장 치의 구성 및 동작을 설명하였다. 본 발명의 일실시예에 따른 피부 수화도 측정 장치는 스위치(430) 및 비교 제어부(440)를 포함하여 구성될 수 있다. 비교 제어부(440)는 비반전 입력 단자(421)의 전압에 선정된 상수를 곱한 값과 출력 단자(423)의 전압의 크기를 비교하는 동작을 위하여 소정의 프로그램을 포함하는 소프트웨어 모듈로 구현될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 비교 제어부(440)의 상기 동작을 소정의 하드웨어 모듈을 통해 구현할 수 있다. 이는 도 5를 참조하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 피부 수화도 측정 장치의 구성을 도시한 회로도이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 피부 수화도 측정 장치는 증폭기(Amplifier)(541), 비교기(Comparator)(542), 및 제어기(Controller)(543)를 포함하여 구성될 수 있다. 즉, 도 4를 통해 설명한 본 발명의 일실시예에 따른 비교 제어부(440)의 구성 및 동작을 증폭기(Amplifier)(541), 비교기(Comparator)(542), 및 제어기(Controller)(543)를 통해 구현할 수 있다.

따라서, 증폭기(541)는 비반전 입력 단자(521)의 전압을 선정된 상수값만큼 증폭하고, 비교기(542)는 상기 증폭된 전압과 출력 단자(523)의 전압의 크기를 비교한다. 제어부(543)는 상기 두 전압 크기의 비교에 따라 출력 단자(523)와 C 전극(512)의 연결을 스위치(530)를 통해 제어할 수 있다. 이외의 다른 구성 및 동작은 도 4를 통해 설명한 본 발명의 일실시예에 따른 피부 수화도 측정 장치의 구성 및 동작과 동일하게 구현될 수 있으므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 6은 본 발명에 따른 피부 수화도 측정 방법의 흐름을 도시한 순서도이다.

본 발명에 따른 피부 수화도 측정 방법은 R 전극(Reference Electrode), C 전극(Current Carrying Electrode), M 전극(Measuring Electrode), 및 연산 증폭기(Op Amp: Operational Amplifier)를 포함하는 피부 수화도 측정 장치를 통해 구현될 수 있다.

상기 피부 수화도 측정 장치는 사용자로부터 피부 수화도 측정을 입력 받는 경우, 상기 C 전극 및 상기 연산 증폭기의 출력 단자의 연결이 해제되도록 소정의 스위치 수단을 제어한다(단계(611)).

상기 피부 수화도 측정 장치는 상기 연산 증폭기의 반전(inverting) 입력 단자로 전압 V_M을 인가한다(단계(612)). 상기 반전 입력 단자로 상기 전압 V_M이 인가되는 경우, 상기 연산 증폭기의 비반전(noninverting) 입력 단자에도 가상 접지 현상에 따라 상기 전압 V_M이 인가된다. 상기 피부 수화도 측정 장치는 상기 연산 증폭기의 출력 단자의 전압인 V_O을 측정한다(단계(613))

이후, 상기 피부 수화도 측정 장치는 상기 비반전 입력 단자의 전압 V_M에 선정된(predetermined) 상수(constant)를 곱한 값과 상기 연산 증폭기의 출력 단자의 전압을 서로 비교한다(단계(614)).

단계(614)에서, 상기 비교 결과 상기 출력 단자의 전압이 상기 비반전 입력 단자의 전압 V_M에 상기 상수를 곱한 값보다 큰 경우, 상기 피부 수화도 측정 장치는 상기 C 전극 및 상기 출력 단자의 연결 해제 상태를 유지한다.

단계(614)에서, 상기 비교 결과 상기 출력 단자의 전압이 상기 비반전 입력 단자의 전압 V_M에 상기 상수를 곱한 값 이하인 경우, 상기 피부 수화도 측정 장치는 상기 출력 단자 및 상기 C 전극이 서로 연결되도록 상기 스위치 수단을 제어한다(단계(615)).

상기 출력 단자 및 상기 C 전극이 서로 연결되는 경우, 상기 피부 수화도 측정 장치는 상기 사용자 피부의 각질층(Stratum Corneum)의 임피던스에 의해 발생하는 전류 신호를 상기 M 전극을 통해 검출한다. 상기 피부 수화도 측정 장치는 상기 전류 신호 및 아웃 페이즈 신호를 이용하여 상기 사용자 피부의 수화도(skin water content)를 선정된(predetermined) 시간 동안 측정한다(단계(616)).

상기 선정된(predetermined) 시간 이후, 상기 피부 수화도 측정 장치는 상기 출력 단자 및 상기 C 전극의 연결이 해제되도록 상기 스위치 수단을 제어한다(단계(617)). 따라서, 상기 선정된 시간 동안 상기 피부 수화도 측정 장치는 상기 사용자 피부의 수화도를 정확하게 측정할 수 있다.

도 6을 통해 설명한 본 발명에 따른 피부 수화도 측정 방법은 도 1 내지 도 5를 통해 설명한 피부 수화도 측정 장치의 구성에 따른 피부 수화도 측정 동작을 모두 포함하여 구현될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 피부 수화도 측정 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록 될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

본 발명의 피부 수화도 측정 장치 및 방법에 따르면, 전극(Reference Electrode), C 전극(Current Carrying Electrode), 및 M 전극(Measuring Electrode)가 사용자 피부에 접촉되는 순서에 따라 발생할 수 있는 노이즈(noise)를 감지하여 상기 노이즈의 발생이 소멸된 경우에 상기 사용자의 피부 수화도를 측정함으로써, 상기 각 전극이 사용자 피부에 접촉되는 순서에 따라 발생할 수 있는 측정 오류를 사전에 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 피부 수화도 측정 장치 및 방법에 따르면, 상기와 같이 각 전극의 접촉 순서에 따라 발생하는 노이즈를 감지하여 피부 수화도를 측정하므로, 사용자가 피부 수화도 측정의 시작을 별도로 입력하지 않더라도 자동으로 측정 시점을 선택하여 정확한 피부 수화도 측정을 시작할 수 있고, 상기 피부 수화도 측정의 시작을 알리는 스위치 등의 별도의 기구물을 설치하지 않고도 일정한 측정 시간을 유지하여 보다 정확하게 피부 수화도를 측정할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims

R 전극(Reference Electrode), C 전극(Current Carrying Electrode), 및 M 전극(Measuring Electrode)을 포함하는 전극부;

제1 전압이 인가되는 반전(inverting) 입력 단자가 상기 R 전극과 연결되고, 출력 단자가 상기 C 전극과 연결되는 연산 증폭기(Op Amp: Operational Amplifier);

상기 출력 단자 및 상기 C 전극 간의 연결을 제어하는 스위치; 및

상기 제1 전압과 상기 출력 단자의 전압을 비교하여 상기 출력 단자의 전압이 상기 제1 전압과 상수(constant)를 곱한 값 이하인 경우, 상기 출력 단자 및 상기 C 전극이 연결되도록 상기 스위치를 제어하는 비교 제어부

를 포함하는 것을 특징으로 하는 피부 수화도 측정 장치.
제1항에 있어서,

상기 비교 제어부는 상기 연산 증폭기의 상기 반전(inverting) 입력 단자에 상기 제1 전압이 인가되는 경우, 상기 연산 증폭기의 비반전(non-inverting) 입력 단자에 인가되는 상기 제1 전압과 상기 출력 단자의 전압을 비교하는 것을 특징으로 하는 피부 수화도 측정 장치.
제1항에 있어서,

상기 비교 제어부는 상기 출력 단자의 전압이 상기 제1 전압에 상기 상수(constant)를 곱한 값보다 큰 경우, 상기 출력 단자 및 상기 C 전극의 연결이 해제(release)되도록 상기 스위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 피부 수화도 측정 장치.
제1항에 있어서,

상기 M 전극은 상기 출력 단자 및 상기 C 전극이 서로 연결되는 경우, 상기 사용자 피부의 각질층(Stratum Corneum)의 임피던스에 의해 발생하는 전류 신호를 검출하는 것을 특징으로 하는 피부 수화도 측정 장치.
제4항에 있어서,

상기 M 전극을 통해 검출한 상기 전류 신호 및 페이즈(phase) 신호를 이용하여 상기 사용자 피부의 수화도(skin water content) 를 측정하는 측정 제어 모듈

을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피부 수화도 측정 장치.
제5항에 있어서,

상기 비교 제어부는 사전에 설정된 시간 이후, 상기 출력 단자 및 상기 C 전극의 연결이 해제되도록 상기 스위치를 제어하고, 상기 시간은 상기 측정 제어 모듈이 상기 피부 수화도를 측정하는 시간으로 설정되는 것을 특징으로 하는 피부 수화도 측정 장치.
제1항에 있어서,

상기 상수(constant)는 상기 연산 증폭기의 이득(gain)값인 것을 특징으로 하는 피부 수화도 측정 장치.
R 전극(Reference Electrode), C 전극(Current Carrying Electrode), M 전극(Measuring Electrode), 및 연산 증폭기(Op Amp: Operational Amplifier)를 포함하는 피부 수화도 측정 장치의 피부 수화도 측정 방법에 있어서,

상기 C 전극 및 상기 연산 증폭기의 출력 단자의 연결이 해제되도록 소정의 스위치 수단을 제어하는 단계;

상기 연산 증폭기의 반전(inverting) 입력 단자로 제1 전압을 인가하는 단계;

상기 제1 전압과 상수(constant)를 곱한 값과 상기 연산 증폭기의 출력 단자 전압을 비교하는 단계; 및

상기 출력 단자 전압이 상기 출력 단자의 전압이 상기 제1 전압과 상기 상수(constant)를 곱한 상기 값 이하인 경우, 상기 출력 단자 및 상기 C 전극이 연결되도록 상기 스위치 수단을 제어하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 피부 수화도 측정 방법.
제8항에 있어서,

상기 출력 단자 및 상기 C 전극이 서로 연결되는 경우, 상기 사용자 피부의 각질층(Stratum Corneum)의 임피던스에 의해 발생하는 전류 신호를 상기 M 전극을 통해 검출하는 단계;

상기 전류 신호 및 페이즈(phase) 신호를 이용하여 상기 사용자 피부의 수화도(skin water content)를 사전에 설정된 시간 동안 측정하는 단계; 및

상기 시간 이후, 상기 출력 단자 및 상기 C 전극의 연결이 해제되도록 상기 스위치 수단을 제어하는 단계

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피부 수화도 측정 방법.
제8항 및 제9항 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.