KR101385980B1

KR101385980B1 - 피부 형광 측정 장치

Info

Publication number: KR101385980B1
Application number: KR1020120066221A
Authority: KR
Inventors: 이대식; 강욱; 김광훈; 신일형; 천경우; 배수진; 정보수
Original assignee: 한국전기연구원
Priority date: 2012-06-20
Filing date: 2012-06-20
Publication date: 2014-04-29
Also published as: KR20130142731A

Abstract

본 발명은 피부 형광 측정 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 피부조직내의 자가생체 물질 또는 광민감제 등을 통해 방출되는 형광량을 정확하게 측정할 수 있도록 한 피부 형광 측정 장치에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 여기광을 피부조직에 수직으로 조사하고, 여기광이 조사된 피부조직내의 자가생체 물질 또는 광민감제 등을 통해 방출되는 형광 파장을 형광량 검출수단쪽으로 집중시키는 동시에 형광 파장을 일정한 공간 안에 계속 머무르게 함으로써, 형광량을 정확하게 측정할 수 있고, 형광량 측정 안정성을 향상시킬 수 있는 피부 형광 측정 장치를 제공하고자 한 것이다.

Description

피부 형광 측정 장치{Device for detecting fluorescence in the skin}

본 발명은 피부 형광 측정 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 피부조직내의 자가생체 물질 또는 광민감제 등을 통해 방출되는 형광량을 정확하게 측정할 수 있도록 한 피부 형광 측정 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 피부진단장치는 광검출기를 중심으로 복수개의 광원장치를 구비하고 있어 관찰하고자 하는 피사체 영역을 조사하고, 피부에서 발생되는 광(반사광 또는 형광)을 광검출기 즉, 촬영장치를 통하여 수집한 후, 획득된 영상을 통하여 피부상태를 판단하고 있고, 피부의 자가 형광을 측정함으로써 신체 전 기관의 생리적인 상태의 손상을 평가할 수 있다

종래기술의 일례로서 피부조직내에서 방출되는 형광 파장을 측정하되, 복합 화합물로 구성된 인체 조직으로 인해 특정 화합물의 형광량이 얼마인지 측정할 수 없음을 해결하기 위해 여러 형광 모델의 피크값과 스팩트럼 형태를 해석함으로써 AGEs의 형광량을 측정할 수 있는 방법이 논문으로 제시되어 있다.

종래기술의 다른 예로서, 미국특허 7,966,060에는 광원을 피부에 넓은 면적으로 조사하고 피부로부터 나오는 형광을 광섬유 다발을 통해 스펙트로미터(Spectrometer)로 전달시켜 AGEs의 형광과 조사 광원의 반사광을 측정하는 방법이 제시되어 있다.

그 밖에 또 다른 종래기술로서 미국특허 7,139,598에는 광섬유 다발을 이용한 여기 및 형광 측정하고, 여기 및 형광광원에 대한 보정과 이를 재해석하는 방법이 제시되어 있고, 또한 미국특허출원 2007/156036에는 짧은 펄스 광원을 사용해 형광 물질의 특성에 대한 투과 및 반사 특성을 측정하는 방법 등이 제시되어 있다.

그러나, 상기한 종래기술들은 공통적으로 여기광의 조사에 의한 형광 반사를 통해 형광량을 측정하고 있으나, 피부조직으로 여기광이 조사되거나 피부조직으로부터 형광 파장이 발산될 때, 피부색, 점, 털, 흉터, 상처, 혈관 등과 같은 여러 가지 요소가 존재하므로, 광원의 입사각, 형광 측정을 위한 측정장치의 종류와 위치 등에 따라 형광 양을 정확하게 측정하는데 어려움이 있으며, 또한 형광 발생 위치의 거리에 따라 형광량이 줄어들어 형광량을 정확하게 측정할 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 여기광을 피부조직에 수직으로 조사하고, 여기광이 조사된 피부조직내의 자가생체 물질 또는 광민감제 등을 통해 방출되는 형광 파장을 형광량 검출수단쪽으로 집중시키는 동시에 형광 파장을 일정한 공간 안에 계속 머무르게 함으로써, 형광량을 정확하게 측정할 수 있고, 형광량 측정 안정성을 향상시킬 수 있는 피부 형광 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 피부 조직에 여기광을 수직으로 입사시키도록 배치되는 광원과; 수직 입사된 여기광에 의하여 피부조직내에서 발산되는 형광량을 측정하는 동시에 발산되는 형광 파장이 계속 머무르는 일정 공간을 형성하는 형광량 검출수단과; 여기광 입사면적을 증대시키도록 피부 표면에 밀착되는 입사면적 증대용 렌즈; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 피부 형광 측정 장치를 제공한다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따른 상기 형광량 검출수단은: 상단 중앙에는 광원의 여기광이 수직으로 통과하는 입사홀이 형성되고, 하단은 피부 표면과 15∼45°를 이루면서 피부에 밀착되어 일정한 공간을 형성하는 챔버와; 상기 챔버의 내경면에 장착되는 다수개의 형광 파장용 필터와; 상기 필터의 출력부와 연결되면서 챔버의 외경에 장착되어, 필터링된 형광 파장으로부터 형광량을 검출하는 검출기; 로 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 챔버의 내표면을 비롯한 형광 파장용 필터의 내표면에는 형광 파장의 반사를 위한 알루미늄 미러 코팅이 이루어진 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 형광량 검출수단의 입사홀에는 광원으로부터의 여기광을 특정 파장대로 필터링하는 여기광용 필터 또는 여기광을 평행하게 통과시키는 렌즈가 장착된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 여기광용 필터 또는 렌즈의 저면에도 형광 파장의 반사를 위한 알루미늄 미러 코팅이 이루어진 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 입사면적 증대용 렌즈는 피부와 닿는 저면은 평평하고 상면은 오목한 프래이노-콘케이브(plano-concave) 타입의 렌즈와, 피부와 닿는 저면은 볼록하고 상면은 오목한 매니스커스(meniscus) 타입의 렌즈와, 상하면이 모두 평평한 렌즈 중 선택된 어느 하나로 채택된 것임을 특징으로 한다.

한편, 상기 챔버의 하단에는 입사면적 증대용 렌즈의 테두리 부분을 잡아주기 위한 홀더가 일체로 장착된 것을 특징으로 한다.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

본 발명에 따르면, 피부조직내의 자가생체 물질 또는 광민감제 등을 통해 방출되는 형광 파장을 형광량 검출수단쪽으로 용이하게 집중시키는 동시에 형광 파장을 일정한 공간내에 지속적으로 머무르게 함으로써, 피부조직으로부터의 형광량을 보다 정확하게 측정할 수 있고, 그에 따라 형광량 측정 안정성을 크게 향상시킬 수 있다.

또한, 다양한 파장 영역의 광학계를 사용하여 피부조직으로부터 형광 영역의 전체적인 특성 정보를 획득하여 보다 많은 실험 해석이 가능할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 피부 형광 측정 장치의 일례를 나타내는 개념도,
도 2는 본 발명에 따른 피부 형광 측정 장치의 다른 예를 나타내는 개념도,
도 3은 본 발명에 따른 피부 형광 측정 장치의 또 다른 예를 나타내는 개념도,
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 피부 형광 측정 장치의 제1실시예를 나타내는 구성도,
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 피부 형광 측정 장치의 제2실시예를 나타내는 구성도,
도 6은 본 발명에 따른 피부 형광 측정 장치의 제3실시예를 나타내는 구성도,
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 피부 형광 측정 장치의 제4실시예를 나타내는 구성도,
도 8은 본 발명에 따른 피부 형광 측정 장치의 형광 파장용 필터와 검출기가 장착된 예를 나타내는 구성도,
도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 피부 형광 측정 장치의 제5실시예 및 제6실시예를 나타내는 구성도,
도 11은 본 발명에 따른 피부 형광 측정 장치의 각 실시예에서 사용 가능한 가변 렌즈 구조를 보여주는 개략도,
도 12 및 도 13은 본 발명에 따른 피부 형광 측정 장치를 피부에 배치시킨 예를 설명하는 개략도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

전술한 바와 같이, 피부조직내의 자가생체 물질 또는 광민감제 등을 통해 형광 파장이 방출되는 바, 그 일례로서 최종 당화 산물(Advanced Glycation End products; AGE)이 메일라드 화학 반응(Maillard reaction)의 결과로 신체 기관의 단백질의 산화에서 형성되어 체내에 축적되고, 아래의 표 1에서와 같이 여러 가지 대사작용, 노화, 당뇨 등의 영향에 의해 체내에 축적되는 양이 서로 다르며, 여기광의 입사에 따라 피부조직내의 자가생체 물질 또는 광민감제 등을 통해 형광 파장을 발생시키므로, 형광 파장과 양에 따라 최종 당화 산물의 현재 상태를 예측할 수 있다.

본 발명은 여기광이 조사된 피부조직으로부터 발산되는 형광 파장을 형광량 검출수단쪽으로 집중시키는 동시에 형광 파장을 일정한 공간 안에 계속 머물도록 가두어서 형광량의 소실을 방지할 수 있도록 함으로써, 형광량을 정확하게 측정할 수 있고, 형광량 측정 안정성을 향상시킬 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.

이를 위해, 첨부한 도 1 내지 도 3의 개념도에서 보듯이 본 발명의 피부 형광 측정 장치는 피부 조직에 여기광을 입사시키는 광원(10)과, 입사된 여기광에 의하여 피부조직내에서 발산되는 형광량을 측정하는 동시에 발산되는 형광 파장이 계속 머무르는 일정한 폐쇄공간을 형성하는 형광량 검출수단(20)과, 피부에 대한 여기광 입사면적을 증대시키도록 피부 표면에 밀착되는 입사면적 증대용 렌즈(30)를 포함하여 구성된다.

상기 광원(10)은 UVA(ultraviolet rays) LED, 광섬유 등으로 채택되는 것으로서, 형광량 검출수단(20)의 챔버(22) 상단에 브라켓 등을 매개로 고정 장착되되, 피부에 수직으로 여기광을 조사할 수 있게 고정 장착된다.

이때, 상기 광원(10)을 피부에 수직으로 여기광을 조사할 수 있게 장착하는 이유는 여기광이 피부에 수직으로 입사될 때 여기광이 피부에 제대로 흡수되기 때문이고, 제대로 흡수된 여기광에 의하여 피부조직내에서 발산되는 형광량을 최대화시킬 수 있기 때문이다.

첨부한 도 1은 입사면적 증대용 렌즈(30)를 사용하지 않고, 광원(10)의 여기광을 피부에 수직으로 조사하는 개념도를 나타낸다.

도 1에서 보듯이, 광원(10)의 여기광이 수직으로 입사되어 피부에 여기광 흡수가 제대로 이루어진 상태에서 여기광에 의하여 예를 들어 최종 당화 산물(AGE)에서 형광 파장이 사방으로 발산되면, 발산되는 특정 파장대의 형광 파장을 검출기(24)에거 검출하게 된다.

이때, 도 1의 우측 이미지에서 보듯이 광원(10)의 여기광이 수직으로 입사됨에 따른 형광 파장의 세기(intensity)는 최대 2.24로 측정됨을 시험을 통해 알 수 있었다.

첨부한 도 2는 광원(10)의 여기광을 피부에 수직으로 조사할 때 입사면적 증대용 렌즈(30)를 사용하여 피부에 대한 여기광의 입사면적을 증대시킨 개념도를 나타낸다.

도 2에서 보듯이, 광원(10)의 여기광이 수직으로 입사되어 피부에 여기광 흡수가 제대로 이루어지되, 여기광이 보다 넓게 피부내로 입사되도록 입사면적 증대용 렌즈(30)를 피부에 밀착시키는 바, 입사면적 증대용 렌즈(30)의 일례로서 저면은 평평하고 상면은 오목한 프래이노-콘케이브(plano-concave) 타입의 렌즈(31)를 밀착시킬 수 있다.

따라서, 광원(10)으로부터 여기광이 수직으로 입사되는 동시에 프래이노-콘케이브 타입의 렌즈(31)의 오목한 상면에 닿는 순간 바깥쪽 방향으로 굴절되면서 피부로 입사되므로, 피부에 대한 여기광의 입사면적을 증대시킬 수 있고, 이에 보다 넓게 피부조직내의 형광량을 측정할 수 있다.

특히, 피부조직내에 입사된 여기광에 의하여 최종 당화 산물(AGE)에서 형광 파장이 사방으로 발산되면, 발산되는 특정 파장대의 형광 파장이 다시 프래이노-콘케이브 타입의 렌즈(31)를 통과할 때 안쪽방향으로 모아지며 굴절되므로, 형광 파장이 검출기(24)쪽으로 집중되어 형광량 검출이 보다 정확하게 이루어질 수 있다.

이때, 도 2의 우측 이미지에서 보듯이 프래이노-콘케이브 타입의 렌즈(31)를 사용하는 경우, 광원(10)의 여기광이 입사됨에 따른 형광 파장의 세기(intensity)는 최대 2.42로 측정되어, 입사면적 증대용 렌즈를 사용하지 않는 경우에 비하여 증가됨을 시험을 통해 알 수 있었다.

첨부한 도 3도 광원(10)의 여기광을 피부에 수직으로 조사할 때 입사면적 증대용 렌즈(30)를 사용하여 피부에 대한 여기광의 입사면적을 증대시킨 개념도를 나타낸다.

도 3에서 보듯이, 광원(10)의 여기광이 수직으로 입사되어 피부에 여기광 흡수가 제대로 이루어지되, 여기광이 보다 넓게 피부내로 입사되도록 입사면적 증대용 렌즈(30)를 피부에 밀착시키는 바, 입사면적 증대용 렌즈(30)의 다른 예로서 피부와 닿는 저면은 볼록하고 상면은 오목한 매니스커스(meniscus) 타입의 렌즈(32)를 밀착시킬 수 있다.

따라서, 광원(10)으로부터 여기광이 수직으로 입사되는 동시에 매니스커스(meniscus) 타입의 렌즈(32)의 오목한 상면에 닿는 순간 바깥쪽 방향으로 굴절되면서 피부로 입사되므로, 피부에 대한 여기광의 입사면적을 증대시킬 수 있고, 이에 보다 넓게 피부조직내의 형광량을 측정할 수 있다.

이때, 상기 매니스커스 타입의 렌즈(32)의 저면이 피부를 향하여 볼록한 상태이므로, 렌즈의 압착에 의하여 피부의 접촉면이 오목한 상태가 되며, 이에 매니스커스 타입의 렌즈(32)의 오목한 상면에서 여기광이 굴절되더라도 굴절된 후의 여기광과 피부의 접촉면이 거의 수직을 이루게 되므로, 여기광이 피부조직내에 수직으로 입사되는 것을 유도할 수 있다.

이렇게, 피부조직내에 수직 입사된 여기광에 의하여 최종 당화 산물(AGE)에서 형광 파장이 사방으로 발산되면, 발산되는 특정 파장대의 형광 파장이 다시 매니스커스 타입의 렌즈(32)를 통과할 때 안쪽방향으로 모아지며 굴절되므로, 형광 파장이 검출기(24)쪽으로 집중되어 형광량 검출이 보다 정확하게 이루어질 수 있다.

이때, 도 3의 우측 이미지에서 보듯이 매니스커스 타입의 렌즈(32)를 사용하는 경우, 광원(10)의 여기광이 거의 수직으로 입사됨에 따른 형광 파장의 세기(intensity)는 최대 2.38로 측정되어, 마찬가지로 입사면적 증대용 렌즈를 사용하지 않는 경우에 비하여 증가됨을 시험을 통해 알 수 있었다.

여기서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 피부 형광 측정 장치의 구성 및 동작을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

제1실시예

첨부한 도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 피부 형광 측정 장치의 제1실시예를 나타내는 구성도이다.

도 4a 및 도 4b에서 보듯이, 본 발명의 제1실시예에 따른 피부 형광 측정 장치는 피부 조직에 여기광을 입사시키는 광원(10)과, 입사된 여기광에 의하여 피부조직내에서 발산되는 형광량을 측정하는 동시에 발산되는 형광 파장이 계속 머무르는 일정한 폐쇄공간을 형성하는 형광량 검출수단(20)과, 피부에 대한 여기광 입사면적을 증대시키도록 피부 표면에 밀착되는 프래이노-콘케이브 타입의 렌즈(31)를 포함하여 구성된다.

특히, 상기 형광량 검출수단(20)의 일 구성으로서, 상단 중앙에는 광원(10)의 여기광이 수직으로 통과하는 입사홀(21)이 형성되고, 하단은 피부 표면과 15∼45°를 이루면서 피부에 밀착되어 일정한 밀폐 공간을 형성하는 챔버(22)가 구비된다.

또한, 첨부한 도 8에서 볼 수 있듯이 상기 챔버(22)의 내경면에는 서로 다른 파장대를 통과시키는 다수개의 형광 파장용 필터(23)가 장착되고, 이 형광 파장용 필터(23)의 출력부와 연결되어 필터링된 형광 파장으로부터 형광량을 검출하는 검출기(24)가 챔버(22)의 외경에 장착된다.

바람직하게는, 챔버(22)의 하단에는 프래이노-콘케이브 타입의 렌즈(31) 테두리를 잡아줄 수 있는 브라켓 내지 플랜지, 기타 클램프 등 기구적인 수단 등을 포함하는 홀더(28)가 구성된다.

이때, 상기 챔버(22)는 피부 표면과 15∼45°를 이루면서 피부에 밀착되어 형광 파장이 외부로 소실되지 않고 지속적으로 머물 수 있도록 일정한 밀폐공간을 형성하게 되며, 15°미만이면 광원과 피부 간의 거리가 너무 가까워져 형광 파장의 발산을 정확하게 감지할 수 없고, 45°이상이면 광원과 피부 간의 거리가 너무 멀어지는 동시에 형광 파장의 발산 거리가 증가하여 소실 우려가 있다.

또한, 상기 챔버(22)의 내표면을 비롯한 형광 파장용 필터(23)의 내표면에는 형광 파장의 반사를 위한 알루미늄 미러 코팅층(25)이 형성된다.

따라서, 상기 광원(10)으로부터 여기광이 수직으로 입사되는 동시에 프래이노-콘케이브 타입의 렌즈(31)의 오목한 상면에 닿는 순간 바깥쪽 방향으로 굴절되면서 피부로 입사되므로, 피부에 대한 여기광의 입사면적을 증대시킬 수 있고, 이에 보다 넓게 피부조직내의 형광량을 측정할 수 있다.

연이어, 피부조직내에 입사된 여기광에 의하여 최종 당화 산물(AGE)에서 형광 파장이 사방으로 발산되면, 발산되는 특정 파장대의 형광 파장이 다시 프래이노-콘케이브 타입의 렌즈(31)를 통과할 때 안쪽방향으로 모아지며 챔버(22)내의 형광 파장용 필터(23)쪽으로 집중되고, 이와 동시에 형광 파장용 필터(23)에서 필터링된 특정 파장대의 형광 파장을 검출기(24)에서 형광량으로 검출하게 된다.

특히, 피부조직으로부터 프래이노-콘케이브 타입의 렌즈(31)를 통과하여 발산되는 형광 파장은 챔버(22)의 밀폐된 공간내에 지속적으로 머물게 되고, 이와 동시에 발산되는 형광 파장이 챔버(22)의 내표면에 코팅된 알루미늄 미러 코팅층(25)에 의하여 반사되므로, 결국 형광 파장의 소실을 최소화하면서 형광량 측정을 극대화시킬 수 있다.

이때, 도 4a의 아래쪽 이미지에서 보듯이 챔버와 피부 표면간의 각도를 15°로 한정한 경우, 광원(10)의 여기광이 입사됨에 따른 형광 파장의 세기(intensity)는 최대 2.7로 측정되어, 챔버 사용에 따른 형광 파장의 세기가 크게 증가됨을 알 수 있었고, 도 4b의 아래쪽 이미지에서 보듯이 챔버와 피부 표면간의 각도를 45°로 한정한 경우에는 광원(10)의 여기광 입사거리가 길어짐에 따라 형광 파장의 세기(intensity)는 최대 2.0으로 측정됨을 알 수 있었다.

제2실시예

첨부한 도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 피부 형광 측정 장치의 제2실시예를 나타내는 구성도이다.

도 5a 및 도 5b에서 보듯이, 본 발명의 제2실시예에 따른 피부 형광 측정 장치는 피부 조직에 여기광을 입사시키는 광원(10)과, 입사된 여기광에 의하여 피부조직내에서 발산되는 형광량을 측정하는 동시에 발산되는 형광 파장이 계속 머무르는 일정한 폐쇄공간을 형성하는 형광량 검출수단(20)을 포함하는 점에서 제1실시예와 동일한 구성을 이루고, 피부에 대한 여기광 입사면적을 증대시키도록 피부 표면에 밀착되는 입사면적 증대용 렌즈를 매니스커스 타입의 렌즈(32)로 적용한 점에 특징이 있다.

따라서, 광원(10)으로부터 여기광이 수직으로 입사되는 동시에 매니스커스 타입의 렌즈(32)의 오목한 상면에 닿는 순간 바깥쪽 방향으로 굴절되면서 피부로 입사되어, 피부에 대한 여기광의 입사면적이 증대된다.

본 발명의 제2실시예에 따르면, 상기 매니스커스 타입의 렌즈(32)의 저면이 피부를 향하여 볼록한 상태이므로, 매니스커스 타입의 렌즈가 피부에 압착되면 피부의 접촉면이 오목한 상태가 된다.

이에, 매니스커스 타입의 렌즈(32)의 오목한 상면에서 여기광이 굴절되더라도 굴절된 후의 여기광과 피부의 접촉면이 거의 수직을 이루게 되므로, 여기광이 피부조직내에 거의 수직으로 입사되는 것을 유도할 수 있다.

이렇게, 매니스커스 타입의 렌즈(32)를 통하여 피부조직내에 수직 입사된 여기광에 의하여 피부 조직내에서 형광 파장이 사방으로 발산되면, 발산되는 특정 파장대의 형광 파장이 다시 매니스커스 타입의 렌즈(32)를 통과할 때 안쪽방향으로 모아지며 굴절되어 형광 파장용 필터(23)쪽으로 집중되고, 이와 동시에 형광 파장용 필터(23)에서 필터링된 특정 파장대의 형광 파장을 검출기(24)에서 형광량으로 검출하게 된다.

제1실시예와 마찬가지로, 피부조직으로부터 매니스커스 타입의 렌즈(32)를 를 통과하여 발산되는 형광 파장은 챔버(22)의 밀폐된 공간내에 지속적으로 머물게 되고, 이와 동시에 발산되는 형광 파장이 챔버(22)의 내표면에 코팅된 알루미늄 미러 코팅층(25)에 의하여 반사되므로, 결국 형광 파장의 소실을 최소화하면서 형광량 측정을 극대화시킬 수 있다.

이때, 도 5a의 아래쪽 이미지에서 보듯이 챔버와 피부 표면간의 각도를 15°로 한정한 경우, 광원(10)의 여기광이 입사됨에 따른 형광 파장의 세기(intensity)는 최대 2.8로 측정되어, 형광 파장의 세기가 가장 우수함을 알 수 있었고, 도 5b의 아래쪽 이미지에서 보듯이 챔버와 피부 표면간의 각도를 45°로 한정한 경우에는 광원(10)의 여기광 입사거리가 길어짐에 따라 형광 파장의 세기(intensity)는 최대 2.3으로 측정됨을 알 수 있었다.

제3실시예

첨부한 도 6는 본 발명에 따른 피부 형광 측정 장치의 제3실시예를 나타내는 구성도이다.

도 6에서 보듯이, 본 발명의 제3실시예에 따른 피부 형광 측정 장치는 피부 조직에 여기광을 입사시키는 광원(10)과, 입사된 여기광에 의하여 피부조직내에서 발산되는 형광량을 측정하는 동시에 발산되는 형광 파장이 계속 머무르는 일정한 폐쇄공간을 형성하는 형광량 검출수단(20)과, 피부에 대한 여기광 입사면적을 증대시키도록 피부 표면에 밀착되는 프래이노-콘케이브 타입의 렌즈(31)를 포함하여 구성된 점에서 제1실시예와 동일하다.

단지, 상기 형광량 검출수단(20)의 챔버(22) 상단에 형성된 입사홀(21)에 광원(10)으로부터의 여기광을 특정 파장대로 필터링하는 여기광용 필터(26) 또는 여기광을 평행하게 수직방향으로 통과시키는 여기광용 렌즈(27)가 더 장착된 점에 특징이 있다.

이때, 상기 여기광용 필터(26) 또는 여기광용 렌즈(27)는 형광 파장을 반사시키는 반사렌즈 역할을 하는 것으로서 광원(10)에 직접 장착될 수 있다.

특히, 상기 여기광용 필터(26) 또는 렌즈(27)의 저면에도 형광 파장의 반사를 위한 알루미늄 미러 코팅층이 형성되어, 형광 파장을 형광 파장용 필터(23)쪽으로 반사시키게 된다.

따라서, 피부조직으로부터 프래이노-콘케이브 타입의 렌즈(31)를 통과하여 발산되는 형광 파장은 챔버(22)의 밀폐된 공간내에 지속적으로 머물게 되고, 이와 동시에 발산되는 형광 파장이 챔버(22)의 내표면에 코팅된 알루미늄 미러 코팅층(25)에 의하여 반사되는 동시에 여기광용 필터(26) 또는 여기광용 렌즈(27)의 저면에 코팅된 알루미늄 미러 코팅층으로부터도 반사되어 형광 파장용 필터(23)쪽으로 보다 집중되므로, 결국 형광 파장의 소실을 최소화하면서 형광량 측정을 극대화시킬 수 있다.

이때, 도 6의 아래쪽 이미지에서 보듯이 챔버와 피부 표면간의 각도를 15°로 한정하는 동시에 여기광용 필터(26) 또는 여기광용 렌즈(27)를 이용하여 형광 파장을 더욱 반사시킨 경우, 광원(10)의 여기광이 입사됨에 따른 형광 파장의 세기(intensity)는 최대 2.9로 측정되어 형광 파장의 세기가 가장 우수함을 알 수 있었고, 참고로 동일 조건에서 여기광용 필터(26) 또는 여기광용 렌즈(27)를 사용하지 않은 경우는 도 4a의 아래쪽 이미지에서 보듯이 형광 파장의 세기(intensity)는 최대 2.7으로 측정되었으므로, 형광 파장을 더 반사시키는 여기광용 필터(26) 또는 여기광용 렌즈(27)를 사용하는 것이 바람직함을 알 수 있었다.

제4실시예

첨부한 도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 피부 형광 측정 장치의 제4실시예를 나타내는 구성도이다.

도 7a 및 도 7b에서 보듯이, 본 발명의 제4실시예에 따른 피부 형광 측정 장치는 피부 조직에 여기광을 입사시키는 광원(10)과, 입사된 여기광에 의하여 피부조직내에서 발산되는 형광량을 측정하는 동시에 발산되는 형광 파장이 계속 머무르는 일정한 폐쇄공간을 형성하는 형광량 검출수단(20)과, 피부 표면에 밀착되는 입사면적 증대용 렌즈인 매니스커스 타입의 렌즈(32)로 구성된 점에서 제2실시예와 동일하다.

단지, 제3실시예와 같이 상기 형광량 검출수단(20)의 챔버(22) 상단에 형성된 입사홀(21)에 광원(10)으로부터의 여기광을 특정 파장대로 필터링하는 여기광용 필터(26) 또는 여기광을 평행하게 수직방향으로 통과시키는 여기광용 렌즈(27)가 더 장착된 점에 특징이 있다.

마찬가지로, 상기 여기광용 필터(26) 또는 여기광용 렌즈(27)는 형광 파장을 반사시키는 반사렌즈 역할을 하는 것으로서 광원(10)에 직접 장착될 수 있고, 이 여기광용 필터(26) 또는 렌즈(27)의 저면에도 형광 파장의 반사를 위한 알루미늄 미러 코팅층이 형성되어, 형광 파장을 형광 파장용 필터(23)쪽으로 반사시키게 된다.

따라서, 피부조직으로부터 매니스커스 타입의 렌즈(32)를 통과하여 발산되는 형광 파장은 챔버(22)의 밀폐된 공간내에 지속적으로 머물게 되고, 이와 동시에 발산되는 형광 파장이 챔버(22)의 내표면에 코팅된 알루미늄 미러 코팅층(25)에 의하여 반사되는 동시에 여기광용 필터(26) 또는 여기광용 렌즈(27)의 저면에 코팅된 알루미늄 미러 코팅층으로부터도 반사되어 형광 파장용 필터(23)쪽으로 보다 집중되므로, 결국 형광 파장의 소실을 최소화하면서 형광량 측정을 극대화시킬 수 있다.

이때, 도 7a의 아래쪽 이미지에서 보듯이 챔버와 피부 표면간의 각도를 15°로 한정하는 동시에 여기광용 필터(26) 또는 여기광용 렌즈(27)를 이용하여 형광 파장을 더욱 반사시킨 경우, 광원(10)의 여기광이 입사됨에 따른 형광 파장의 세기(intensity)는 최대 2.7로 측정되어 형광 파장의 세기가 우수함을 알 수 있었고, 도 7b의 아래쪽 이미지에서 보듯이 챔버와 피부 표면간의 각도를 45°로 한정한 경우에는 광원(10)의 여기광 입사거리가 길어짐에 따라 형광 파장의 세기(intensity)는 최대 2.2으로 측정됨을 알 수 있었다.

제5실시예 및 제6실시예

첨부한 도 9는 본 발명에 따른 피부 형광 측정 장치의 제5실시예를 나타내는 구성도이고, 도 10은 제6실시예를 나타내는 구성도로서, 미설명부호 23 및 24는 챔버(20)에 장착되는 형광 파장용 필터 및 검출기를 나타낸다.

상기와 같이, 여기광이 보다 넓게 피부내로 입사되도록 입사면적 증대용 렌즈(30) 즉, 프래이노-콘케이브 타입의 렌즈(31) 또는 매니스커스 타입의 렌즈(32) 또는 평평한 렌즈(33)가 피부에 밀착된다.

그러나, 피부 표면이 일정한 직선면으로 되어 있지 않고, 또한 입사면적 증대용 렌즈(30)의 저면이 피부 표면에 일정하게 밀착되지 않아 입사면적 증대용 렌즈(30)의 일부분이 들뜨게 되는 현상이 발생될 수 있다.

이를 위해, 본 발명의 제5실시예로서, 피부 표면에 입사면적 증대용 렌즈(30)를 일정하게 밀착시키는 동시에 밀착 상태를 그대로 유지시킬 수 있도록 흡착 고정패드(40)를 부가한 점에 특징이 있다.

상기 흡착 고정패드(40)는 챔버(22)의 외표면에 부착 고정되고, 그 하단면에는 피부표면에 닿는 순간 진공력을 형성하게 되는 흡착구(42)가 오목하게 형성된다.

따라서, 상기 흡착 고정패드(40)의 하단면이 피부 표면에 밀착되는 순간, 흡착구(42)내의 공기가 외부로 배출되면서 흡착구(42)내에 진공이 형성되어, 흡착 고정패드(40)가 견고하게 고정되는 상태가 되고, 이에 입사면적 증대용 렌즈(30)가 피부 표면에 일정하게 밀착되는 상태가 되므로, 피부조직으로부터의 형광 파장을 보다 안정적으로 측정할 수 있다.

본 발명의 제6실시예에 따르면, 상기 흡착 고정패드(40)를 피부 표면에 보다 안정적으로 밀착 고정시킬 수 있도록 상기 흡착 고정패드(40)의 흡착구(42)에 진공제공수단(44: 예를 들어, 진공펌프)를 더 연결한 점에 특징이 있다.

따라서, 상기 흡착 고정패드(40)의 하단면이 피부 표면에 밀착되는 순간, 진공제공수단(44)에 의하여 흡착구(42)의 내부에 진공이 확실하게 형성됨으로써, 흡착 고정패드(40)가 더욱 견고하게 고정되는 상태가 되고, 이에 입사면적 증대용 렌즈(30)가 피부 표면에 보다 일정하게 밀착되어 밀폐된 공간을 형성하게 되므로, 피부조직으로부터의 형광 파장을 밀폐된 공간내에 가두어두면서 형광량 검출수단(20)의 형광 파장용 필터(23) 및 검출기(24)쪽으로 보다 용이하게 반사시킬 수 있으므로, 결국 형광파장을 더욱 안정적으로 측정할 수 있다.

바람직하게는, 상기 입사면적 증대용 렌즈(30)와 피부면 사이에 굴절률과 반사를 최소화하기 위하여, 피부 표면에 젤(Gel: 예를들어 초음파 검사시 바르는 젤) 을 바를 수 있으며, 위와 같이 진공력을 이용하여 입사면적 증대용 렌즈을 피부면에 고정하는 경우 피부에 발라진 젤은 일종의 막으로 형성되어, 자가형광 및 유도형광이 잘 일어나도록 보조하는 역할을 하게 되고, 결국 측정 대상의 측정 정밀도를 향상 시킬 수 있다.

상기와 같이 설명된 각 실시예에서 사용되는 렌즈, 즉 입사면적 증대용 렌즈를 포커싱 조절이 가능한 가변렌즈(Tuneable lens, 바람직하게는 "optotune" 사의 가변렌즈 제품)를 적용하여 피부 구조에 더 면밀하게 밀착시킬 수 있다.

첨부한 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 가변렌즈(50)는 렌즈의 R값(곡률)이 제어 전압에 의하여 빠르게 변경되고, 포커싱 길이가 원하는 값으로 조절되는 형태로서, 하우징(51)의 전후 위치에 장착되는 커버글래스(52)와, 하우징(51)의 내부에 고정되어 R값이 허용 범위내에서 가변되는 어댑티브 렌즈(53)로 구성된다.

따라서, 상기 가변렌즈(50)를 피부면에 밀착시키는 입사면적 증대용 렌즈로 적용할 경우, 어댑티브 렌즈(53)의 R값이 허용범위내에서 가변되면서 형광이 가장 많이 측정될 수 있는 R값으로 조절될 수 있으므로, 이를 통해 렌즈 캘리브레이션(Calibration)이 가능하고, 또한 일정 시간이 지난 후 또는 매번 렌즈 캘리브레이션이 가능하므로, 피부조직으로부터의 형광 파장을 더욱 정밀하게 측정할 수 있다.

한편, 첨부한 도 12에 도시된 바와 같이 본 발명의 피부 형광 측정 장치를 인체의 피부 면적중 여러군데에 별도로 밀착시켜 측정 위치를 다양화할 수 있고, 또는 첨부한 도 13에 도시된 바와 같이 본 발명의 피부 형광 측정 장치를 패치 타입의 스트립에 여러개를 한꺼번에 구성하여 일정한 피부 면적에 대한 형광량을 동시에 측정할 수 있다.

10 : 광원
20 : 형광량 검출수단
21 : 입사홀
22 : 챔버
23 : 형광 파장용 필터
24 : 검출기
25 : 알루미늄 미러 코팅층
26 : 여기광용 필터
27 : 여기광용 렌즈
28 : 홀더
30 : 입사면적 증대용 렌즈
31 : 프래이노-콘케이브 타입의 렌즈
32 : 매니스커스 타입의 렌즈
33 : 평평한 렌즈
40 : 흡착 고정패드
42 : 흡착구
44 : 진공제공수단

Claims

피부 조직에 여기광을 수직으로 입사시키도록 배치되는 광원(10)과;
수직 입사된 여기광에 의하여 피부조직내에서 발산되는 형광량을 측정하는 동시에 발산되는 형광 파장이 계속 머무르는 일정한 공간을 형성하는 형광량 검출수단(20);
여기광 입사면적을 증대시키도록 피부 표면에 밀착되는 입사면적 증대용 렌즈(30);
를 포함하여 구성되며,
상기 형광량 검출수단은 피부 표면으로부터 경사지게 배치되며, 형광 파장을 반사하도록 구성된 내표면을 포함하는 챔버(22)와;
형광을 검출하도록 상기 챔버(22)에 설치되는 검출기(24)를 포함하도록 구성된 것을 특징으로 하는 피부 형광 측정 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 형광량 검출수단(20)은:
상기 챔버(22)의 내경면에 장착되는 다수개의 형광 파장용 필터(23)를 더 포함하며,
상기 챔버(22)는 상단 중앙에는 광원(10)의 여기광이 수직으로 통과하는 입사홀(21)이 형성되고, 하단은 피부 표면과 15∼45°를 이루면서 피부에 밀착되어 일정한 공간을 형성하도록 구성되며,
상기 검출기(24)는 상기 형광 파장용 필터(23)의 출력부와 연결되면서 챔버(22)의 외경에 장착되어, 필터링된 형광 파장으로부터 형광량을 검출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 피부 형광 측정 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 챔버(22)의 내표면을 비롯한 형광 파장용 필터(23)의 내표면에는 형광 파장의 반사를 위한 알루미늄 미러 코팅층(25)이 형성된 것을 특징으로 하는 피부 형광 측정 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 형광량 검출수단(20)의 입사홀(21)에는 광원(10)으로부터의 여기광을 특정 파장대로 필터링하는 여기광용 필터(26) 또는 여기광을 평행하게 통과시키는 여기광용 렌즈(27)가 장착된 것을 특징으로 하는 피부 형광 측정 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 여기광용 필터(26) 또는 렌즈(27)의 저면에도 형광 파장의 반사를 위한 알루미늄 미러 코팅이 이루어진 것을 특징으로 하는 피부 형광 측정 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 입사면적 증대용 렌즈(30)는:
피부와 닿는 저면은 평평하고 상면은 오목한 프래이노-콘케이브(plano-concave) 타입의 렌즈(31)와, 피부와 닿는 저면은 볼록하고 상면은 오목한 매니스커스(meniscus) 타입의 렌즈(32)와, 상하면이 모두 평평한 렌즈(33)와, 렌즈의 R값이 가변 가능한 가변렌즈(50) 중 선택된 어느 하나로 채택된 것임을 특징으로 하는 피부 형광 측정 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 챔버(22)의 하단에는 입사면적 증대용 렌즈(30)의 테두리 부분을 잡아주기 위한 홀더(28)가 일체로 장착된 것을 특징으로 하는 피부 형광 측정 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 챔버(22)의 외표면에는 피부 표면에 흡착되는 흡착구(42)가 저면에 형성된 흡착 고정패드(40)가 부착된 것을 특징으로 하는 피부 형광 측정 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 흡착 고정패드(40)의 흡착구(42)에는 진공제공수단(44)이 연결된 것을 특징으로 하는 피부 형광 측정 장치.