KR101987399B1 - Method for manufacturing Optical Low Angle Pass Filter for PPG sensor having high SNR and PPG sensor comprising the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 높은 신호대잡음비를 갖는 광용적맥파 센서를 위한 저각도 광학투과필터의 제조 방법 및 이를 구비한 광용적맥파 센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 마이크로 프리즘 어레이를 UV 레진을 이용하여 복제하는 제 1 단계(S100), 제 1 단계(S100)에 의한 UV 레진 상부에 기설정된 두께 이상의 알루미늄 미러를 증착하는 제 2 단계(S200), 상기 제 2 단계(S200)에 의한 알루미늄 미러를 증착한 UV 레진에 굴절률 매칭을 위한 인덱스 매칭층(index matching spacer)을 형성하는 제 3 단계(S300) 및 상기 제 3 단계(S300)에 의한 인덱스 매칭층을 형성한 UV 레진의 상부를 PDMS(Polydimethylsiloxane)판을 이용하여 평탄화하는 제 4 단계(S400)를 포함하는 높은 신호대잡음비를 갖는 광용적맥파 센서를 위한 저각도 광학투과필터의 제조 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method of manufacturing a low-angle optical transmittance filter for a pulse laser pulse wave sensor having a high signal-to-noise ratio and an optical pulse pressure sensor including the same. More particularly, A second step S200 of depositing an aluminum mirror having a predetermined thickness or more on the upper side of the UV resin by the first step S100 and the first step S100, the second step S200 of depositing an aluminum mirror by the second step S200, A third step S300 of forming an index matching spacer for refractive index matching on the resin, and an upper part of the UV resin having the index matching layer formed by the third step S300 are laminated on a PDMS (Polydimethylsiloxane) plate And a fourth step (S400) of flattening the low-angle optical transmittance filter by using the optical pulse-waveguide filter having a high signal-to-noise ratio.
Description
본 발명은 높은 신호대잡음비를 갖는 광용적맥파 센서를 위한 저각도 광학투과필터의 제조 방법 및 이를 구비한 광용적맥파 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저각도 광학 투과필터를 이용하여 산란됨에 따라 방향성을 상실한 노이즈로 작용하는 빛을 차단할 수 있어, 구조적인 변화나 추가적인 신호처리 없이도 광용적맥파 센서의 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있는 높은 신호대잡음비를 갖는 광용적맥파 센서를 위한 저각도 광학투과필터의 제조 방법 및 이를 구비한 광용적맥파 센서에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method of manufacturing a low-angle optical transmission filter for an optical pulse pressure sensor having a high signal-to-noise ratio and an optical pulse pressure sensor including the same. More particularly, A low-angle optical transmission filter for a light pulse pulse wave sensor having a high signal-to-noise ratio that can effectively block the light acting as a lost noise and effectively improve the performance of the optical pulse-wave sensor without any structural change or additional signal processing And an optical pulse wave sensor having the same.
광용적맥파 센서(PPG sensor, Photplethysmography sensor)는 생체신호측정장치의 한 종류로서, 광용적맥파에는 말초 혈관의 수축 정도와 심박 출량의 증감에 대한 정보가 반영되므로, 동백 혈관과 관련된 생리 상태를 파악할 수 있고, 특정 질환을 대상으로 하는 진단 보조 수단으로 주로 사용될 수 있다.The PPG sensor is a kind of bio-signal measuring device. Since the information about the degree of shrinkage of the peripheral blood vessel and the increase / decrease of the heart rate is reflected in the optical pulse wave, the physiological state related to the cambium And can be used mainly as a diagnostic aid for a specific disease.
광용적맥파 센서를 통해서 센싱한 정보인 PPG 신호는 일반적으로 사용자의 손가락이나 귀볼 등으로부터 측정할 수 있다. 즉, 광원으로부터 손가락이나 귓불 등으로 투과된 빛을 검출기가 검출함으로써, 사용자의 PPG 신호를 검출할 수 있다. 그렇지만, 신호원이 매우 미약한 신체 부위같은 경우에는 PPG 신호의 크기가 미약하려 정상적인 PPG 신호의 검출을 보장하기 힘들 뿐 아니라, 측정되는 PPG 신호의 레벨이 측정 장치의 자체 노이즈보다 작을 수 있어, 미약한 PPG 신호를 증폭하더라도 자체 노이즈 또한 함께 증폭되어 필터링을 통해서도 원하는 PPG 신호를 정확하게 검출하기 어려운 문제점이 있다.The PPG signal, which is the information sensed by the optical pulse wave sensor, can be generally measured from a finger or ear ball of a user. That is, the detector detects the light transmitted through the finger or the earlobe from the light source, so that the PPG signal of the user can be detected. However, when the signal source is a very weak body part, it is difficult to ensure the detection of the normal PPG signal because the size of the PPG signal is weak, and the level of the measured PPG signal may be smaller than the self noise of the measuring device, Even when a PPG signal is amplified, self noise is also amplified and it is difficult to accurately detect a desired PPG signal through filtering.
이러한 광용적맥파 센서의 성능을 향상시키기 위하여, 종래에는 2가지 방법이 연구되고 있다.In order to improve the performance of such an optical pulse wave sensor, two methods have been studied in the past.
도 1에 도시된 바와 같이, 파장이 서로 다른 2개의 발광소자(LED)를 이용하여 2개의 신호를 센싱한 후, PPG 신호로 재건하는 방법, 즉, 전자소자의 개수를 추가하는 방법이다.As shown in FIG. 1, a method of sensing two signals using two light emitting devices (LEDs) having different wavelengths and then reconstructing the signals into PPG signals, that is, a method of adding the number of electronic devices.
이 경우, 가속도 센서와 같은 추가적인 센서를 이용하여, 노이즈를 감소시키고자 하였으나, 전자소자의 개수가 늘어남에 따라 전력소모가 많아지고 그에 따라 배터리의 소모량을 많아지는 단점이 있다.In this case, although an attempt has been made to reduce noise by using an additional sensor such as an acceleration sensor, power consumption is increased as the number of electronic devices is increased, and accordingly, the battery consumption is increased.
또한, 기존의 PPG 센서에 전자소자를 추가하기 위해서는, 필연적으로 구조적인 변화가 필요한 단점이 있다.In addition, in order to add an electronic device to an existing PPG sensor, there is a disadvantage that a structural change is inevitably required.
또다른 방법으로는 도 2에 도시된 바와 같이, 일련의 신호처리 방법을 통해서 얻은 합성 노이즈를 이용하여, 자체 노이즈를 줄이는 방법, 즉, 신호처리 방법을 개선하는 방법이다.As another method, as shown in FIG. 2, a method of reducing the self noise by using a synthesized noise obtained through a series of signal processing methods, that is, a method of improving the signal processing method.
주파수 영역에서의 신호 처리를 통해 노이즈를 줄이는 방법으로서, 이 경우, 계산복잡도를 증가시켜 신호처리 시간을 증가시키기 때문에, 실시간 신호처리에 사용하는데 어려운 문제점이 있다.In this case, since the calculation complexity is increased to increase the signal processing time, there is a problem that it is difficult to use in the real-time signal processing.
이와 관련해서, 한국등록특허공보 제10-0997444호("광용적맥파 측정기")에서는 공간적으로 복수의 광 경로를 가진 광용적맥파 측정기를 통해서, 동잡음에 강한 특성을 보여 동적 잡음을 감소킬 수 있는 광용적맥파 측정기를 개시하고 있다.In this connection, in Korean Patent Registration No. 10-0997444 (referred to as "optical pulse-wave measuring device"), an optical pulse-wave measuring device having a plurality of optical paths spatially has strong characteristics against motion noise, A pulse wave measuring device for measuring the pulse width of a pulse wave.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 저각도 광학 투과필터를 이용하여 산란됨에 따라 방향성을 상실한 노이즈로 작용하는 빛을 차단할 수 있어, 구조적인 변화나 추가적인 신호처리 없이도 광용적맥파 센서의 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있는 높은 신호대잡음비를 갖는 광용적맥파 센서를 위한 저각도 광학투과필터의 제조 방법 및 이를 구비한 광용적맥파 센서를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a low-angle optical transmission filter capable of shielding light that acts as a noise having a loss of directionality due to scattering using a low-angle optical transmission filter, A method of manufacturing a low-angle optical transmission filter for an optical pulse pressure sensor having a high signal-to-noise ratio that can effectively improve the performance of an optical pulse-wave sensor without any change or additional signal processing, and an optical pulse-wave sensor including the same.
본 발명의 일 실시예에 따른 높은 신호대잡음비를 갖는 광용적맥파 센서를 위한 저각도 광학투과필터의 제조 방법은, 마이크로 프리즘 어레이를 UV 레진을 이용하여 복제하는 제 1 단계(S100), 제 1 단계(S100)에 의한 UV 레진 상부에 기설정된 두께 이상의 알루미늄 미러를 증착하는 제 2 단계(S200), 상기 제 2 단계(S200)에 의한 알루미늄 미러를 증착한 UV 레진에 굴절률 매칭을 위한 인덱스 매칭층(index matching spacer)을 형성하는 제 3 단계(S300) 및 상기 제 3 단계(S300)에 의한 인덱스 매칭층을 형성한 UV 레진의 상부를 PDMS(Polydimethylsiloxane)판을 이용하여 평탄화하는 제 4 단계(S400)를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method of fabricating a low-angle optical transmission filter for an optical pulse pulse wave sensor having a high signal-to-noise ratio according to an embodiment of the present invention includes a first step (S100) of duplicating a microprism array using a UV resin, A second step S200 of depositing an aluminum mirror having a predetermined thickness or more on the upper surface of the UV resin layer S100, an index matching layer for refractive index matching on the UV resin layer deposited with the aluminum mirror by the second step S200 a fourth step S400 of flattening the upper portion of the UV resin having the index matching layer formed by the third step S300 and the third step S300 using a PDMS (Polydimethylsiloxane) And a control unit.
본 발명의 일 실시예에 따른 높은 신호대잡음비를 갖는 광용적맥파 센서를 위한 저각도 광학투과필터의 제조 방법을 적용한 저각도 광학투과필터를 구비한 광용적맥파 센서는, 사용자 피부로 광을 방출하는 발광소자, 상기 사용자 피부로 방출된 광을 검출하는 포토 디텍터(photo detector), 상기 발광소자의 상부에 위치하여, 상기 발광소자를 커버하는 투명 유리막 및 상기 포토 디텍터의 상부에 위치하여, 상기 포토 디텍터로 입사되는 광의 입사각에 따른 투과율이 제어되는 불투명의 저각도 광학투과필터를 포함하며, 상기 발광소자, 포토 디텍터, 투명 유리막 및 저각도 광학투과필터는 하우징부를 통해서 결합되는 것을 특징으로 한다.The optical pulse pulse wave sensor having a low-angle optical transmission filter to which a method of manufacturing a low-angle optical transmittance filter for an optical pulse pressure sensor having a high signal-to-noise ratio according to an embodiment of the present invention is applied, A photodetector for detecting light emitted to the user's skin; a transparent glass film disposed on the light emitting element and covering the light emitting element; and a transparent glass layer disposed on the photodetector, And an opaque low-angle optical transmission filter in which a transmittance according to an incident angle of light incident on the opaque low-angle optical transmission filter is controlled. The light emitting device, the photodetector, the transparent glass film, and the low-angle optical transmission filter are coupled through a housing part.
더 나아가, 상기 저각도 광학투과필터를 구비한 높은 신호대잡음비를 갖는 광용적맥파 센서는 상기 저각도 광학투과필터의 필터 각도를 조절하여, 상기 포토 디텍터로 입사되는 광의 입사각에 따른 투과율을 제어하는 것을 특징으로 한다.Further, the optical pulse pulse wave sensor having a high signal-to-noise ratio with the low-angle optical transmission filter controls the filter angle of the low-angle optical transmission filter to control the transmittance according to the incident angle of the light incident on the photodetector .
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 높은 신호대잡음비를 갖는 광용적맥파 센서를 위한 저각도 광학투과필터의 제조 방법 및 이를 구비한 광용적맥파 센서는 저각도 광학 투과필터를 이용하여 산란됨에 따라 방향성을 상실한 노이즈로 작용하는 빛을 차단할 수 있어, 구조적인 변화나 추가적인 신호처리 없이도 광용적맥파 센싱의 정확도를 효과적으로 향상시킬 수 있다.The method of manufacturing a low-angle optical transmittance filter for an optical pulse pressure sensor having a high signal-to-noise ratio of the present invention having the above-described structure and the optical pulse pressure sensor having the same, It is possible to effectively block the light that acts as lost noise and to improve the accuracy of the optical pulse-wave sensing without any structural change or additional signal processing.
특히, 광용적맥파 센서에 저각도 광학투과필터를 구비할 경우, PPG 신호의 피크값을 더 뚜렷하게 검출할 수 있으며, 신호의 주파수 영역에 겹쳐진 노이즈를 효과적으로 감소시킬 수 있어 신호의 안정성과 왜곡을 2배 이상 감소시킬 수 있다.In particular, when the optical pulse pulse wave sensor is provided with the low-angle optical transmission filter, the peak value of the PPG signal can be more clearly detected and the noise superimposed on the frequency domain of the signal can be effectively reduced, Can be reduced more than twice.
도 1 및 도 2는 광용적맥파 센서의 성능을 향상시키기 위한 종래의 방법을 나타낸 예시도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 높은 신호대잡음비를 갖는 광용적맥파 센서를 위한 저각도 광학투과필터의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 저각도 광학투과필터를 구비한 광용적맥파 센서를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 저각도 광학투과필터를 구비한 광용적맥파 센서의 구동 원리를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 저각도 광학투과필터를 구비한 광용적맥파 센서에서, 저각도 광학투과필터의 필터각도에 따른 투과율을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 저각도 광학투과필터를 구비한 광용적맥파 센서에서, 저각도 광학투과필터의 필터각도와 입사각 간의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 저각도 광학투과필터를 구비한 광용적맥파 센서에 의한 PPG 측정강도를 나타낸 비교 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 저각도 광학투과필터를 구비한 광용적맥파 센서에 의한 신호대잡음비를 나타낸 비교 그래프이다.FIG. 1 and FIG. 2 illustrate a conventional method for improving the performance of an optical pulse wave sensor.
FIG. 3 and FIG. 4 are flowcharts illustrating a method of manufacturing a low-angle optical transmission filter for an optical pulse pressure sensor having a high signal-to-noise ratio according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing an optical pulse pressure sensor having a low-angle optical transmission filter according to an embodiment of the present invention.
6 is a view illustrating a driving principle of an optical pulse pressure sensor having a low-angle optical transmission filter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing a transmittance according to a filter angle of a low-angle optical transmission filter in an optical pulse pressure waveguide sensor having a low-angle optical transmission filter according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph showing a relationship between a filter angle and an incident angle of a low-angle optical transmission filter in an optical pulse pressure sensor having a low-angle optical transmission filter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a graph showing the intensity of PPG measurement by an optical pulse pressure sensor having a low-angle optical transmission filter according to an embodiment of the present invention.
10 is a graph showing a signal-to-noise ratio of an optical pulse pressure sensor having a low-angle optical transmission filter according to an embodiment of the present invention.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 높은 신호대잡음비를 갖는 광용적맥파 센서를 위한 저각도 광학투과필터의 제조 방법 및 이를 구비한 광용적맥파 센서를 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a method for manufacturing a low-angle optical transmittance filter for an optical pulse pressure sensor having a high signal-to-noise ratio and an optical pulse-wave sensor including the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following drawings are provided by way of example so that those skilled in the art can fully understand the spirit of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the following drawings, but may be embodied in other forms. In addition, like reference numerals designate like elements throughout the specification.
이 때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.In this case, unless otherwise defined, technical terms and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In the following description and the accompanying drawings, A description of known functions and configurations that may unnecessarily obscure the description of the present invention will be omitted.
본 발명의 일 실시예에 따른 높은 신호대잡음비를 갖는 광용적맥파 센서를 위한 저각도 광학투과필터의 제조 방법 및 이를 구비한 광용적맥파 센서는 산란되어 노이즈로 작용하는 빛을 차단할 수 있는 저각도 광학투과필터(OLAPG, Optical Low Angle Pass Filter)를 구비하여, 높은 신호대잡음비(SNR, Signal to Noise Ratio)를 가지는 광용적맥파 센서에 관한 것이다.A method of manufacturing a low-angle optical transmittance filter for an optical pulse pulse wave sensor having a high signal-to-noise ratio according to an embodiment of the present invention and an optical pulse pressure sensor having the same, To an optical pulse wave sensor having a high signal-to-noise ratio (SNR) with an OLAPG (Optical Low Angle Pass Filter).
즉, 저각도 광학투과필터를 통해서 산란됨에 따라 방향성을 상실한 노이즈로 작용하는 빛을 차단함으로써, 종래의 광용적맥파 센서의 성능을 향상시키기 위한 방법들(전자소자의 개수를 추가하는 방법, 신호처리 방법을 개선하는 방법)이 가지고 있는 문제점을 해결하면서도, 광용적맥파 센서의 성능을 향상시킬 수 있다.That is, methods for improving the performance of a conventional optical pulse-wave sensor by blocking light acting as a noise that has lost directionality due to scattering through a low-angle optical transmission filter (a method of adding the number of electronic elements, And improving the performance of the optical pulse-wave sensor while solving the problems of the pulse-width-modulated pulse-wave sensor.
다시 말하자면, 구조적인 변화없이 기존의 광용적맥파 센서에 용이하게 저각도 광학투과필터를 구비할 수 있어, 전력소모를 증가시키거나 구조적인 변화가 필요 없으며, 추가적인 신호처리없이도 용이하게 적용 가능한 장점이 있다.In other words, it is possible to easily provide a low-angle optical transmission filter to an existing optical pulse-wave sensor without structural change, and it is advantageous that it can be easily applied without increasing the power consumption or structural change and without additional signal processing have.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 높은 신호대잡음비를 갖는 광용적맥파 센서를 위한 저각도 광학투과필터의 제조 방법을 나타낸 순서도이다. 도 3 및 도 4를 참고로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 높은 신호대잡음비를 갖는 광용적맥파 센서를 위한 저각도 광학투과필터의 제조 방법에 대해서 상세히 설명한다.FIG. 3 and FIG. 4 are flowcharts illustrating a method of manufacturing a low-angle optical transmission filter for an optical pulse pressure sensor having a high signal-to-noise ratio according to an embodiment of the present invention. 3 and 4, a method of manufacturing a low-angle optical transmittance filter for an optical pulse pressure sensor having a high signal-to-noise ratio according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
본 발명의 일 실시예에 따른 높은 신호대잡음비를 갖는 광용적맥파 센서를 위한 저각도 광학투과필터의 제조 방법은 총 4단계(S100 내지 S400)에 거쳐서 구성될 수 있다.A method of manufacturing a low-angle optical transmission filter for an optical pulse pressure sensor having a high signal-to-noise ratio according to an embodiment of the present invention may be constructed through four steps (S100 to S400).
각 단계에 대해서 자세히 알아보자면,To learn more about each step,
제 1 단계(S100)는 마이크로 프리즘 어레이를 UV 레진을 이용하여 복제할 수 있다. 이 때, 상기 저각도 광학투과필터를 제조하기 위하여, 미리 마이크로 프리즘 어레이를 제작하는 것이 바람직하다.In the first step S100, the microprism array can be duplicated using a UV resin. At this time, in order to manufacture the low-angle optical transmission filter, it is preferable to fabricate a micro prism array in advance.
제 2 단계(S200)는 마이크로 프리즘 어레이를 복제한 UV 레진 상부에 불투명한 알루미늄 미러를 증착할 수 있다.The second step S200 may deposit an opaque aluminum mirror on top of the UV resin replicated in the microprism array.
이 때, 상기 알루미늄 미러는 미리 설정된 두께 이상으로 증착하는 것이 바람직하며, 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 미러의 미리 설정된 두께는 400nm이다.At this time, it is preferable that the aluminum mirror is deposited at a predetermined thickness or more, and the predetermined thickness of the aluminum mirror according to an embodiment of the present invention is 400 nm.
제 3 단계(S300)는 상기 제 2 단계(S200)에 의해 알루미늄 미러가 증착된 UV 레진에 굴절률 매칭을 위한 인덱스 매칭층(index matching spacer)을 형성할 수 있다.In the third step S300, an index matching spacer for refractive index matching may be formed on the UV resin on which the aluminum mirror is deposited by the second step S200.
이 후, 제 4 단계(S400)는 상기 제 3 단계(S300)에 의해 인덱스 매칭층을 형성한 UV 레진의 상부를 PDMS(Polydimethylsiloxane) 판을 이용하여 평탄화할 수 있다.Then, in the fourth step S400, the upper part of the UV resin formed with the index matching layer by the third step S300 may be planarized using a PDMS (Polydimethylsiloxane) plate.
이러한 과정을 통해서 제조된 저각도 광학투과필터를 광용적맥파 센서는 산란됨에 따라 방향성을 상실한 노이즈로 작용하는 빛을 차단할 수 있어, 광용적맥파 센서의 성능을 향상시킬 수 있다.In the low-angle optical transmission filter fabricated through such a process, the optical pulse-wave sensor can block the light that acts as noise, which is lost direction due to scattering, so that the performance of the optical pulse-wave sensor can be improved.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 저각도 광학투과필터를 구비한 광용적맥파 센서를 나타낸 도면으로, 도 5를 참고로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 높은 신호대잡음비를 갖는 광용적맥파 센서, 즉, 저각도 광학투과필터를 구비하여 높은 신호대잡음비를 갖는 광용적맥파 센서에 대해서 상세히 설명한다.FIG. 5 is a view showing an optical pulse pressure sensor having a low-angle optical transmission filter according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, the optical pulse wave sensor having a high signal- Sensor, that is, a low-voltage optical transmission filter and has a high signal-to-noise ratio will be described in detail.
도 5에 도시된 바와 같이, 광용적맥파 센서는 발광소자(100), 포토 디텍터(200), 투명 유리막(300) 및 상술한 제조 방법에 의해 제조된 저각도 광학투과필터(400)를 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 광용적맥파 센서는 도 6에 도시된 바와 같이 사용자 피부로 빛을 발광하고 수광되는 광을 이용하여 혈관활동 정보를 획득하게 된다.5, the optical pulse wave sensor includes a
이러한 과정에서 일부 빛은 산란됨에 따라 해당되는 혈관활동 정보를 소실하여 노이즈로 작용하게 된다. 이 때, 도 6에 도시된 바와 같이, 산란된 빛이 방향성을 잃어버린다는 점을 이용하여, 입사각이 0도 이상인 빛은 차단하고, 그 외의 빛은 받아들이기 위하여, 상기 광용적맥파 센서에 상술한 제조 방법에 의해 제조된 저각도 광학투과필터(400)를 구비하는 것이 바람직하다.In this process, as the light is scattered, the corresponding vascular activity information is lost and acts as noise. At this time, as shown in FIG. 6, the scattered light loses its directionality. In order to block the light having an incident angle of 0 degrees or more and to accept the other light, It is preferable to provide the low-angle
각 구성에 대해서 자세히 알아보자면,To learn more about each configuration,
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 발광소자(100)와 포토 디텍터(200)가 사용자 피부의 일면에 나란히 배열되도록 구성되는 것이 바람직하며, 상기 발광소자(100), 포토 디텍터(200), 투명 유리막(300) 및 저각도 광학투과필터(400)는 별도의 하우징부(500)를 통해서 배열/결합되는 것이 바람직하다.5 and 6, it is preferable that the
상기 발광소자(100)는 LED 소자로 구성되는 것이 바람직하며, 사용자 피부로 광을 방출하게 된다. 상기 발광소자(100)는 LED 소자 뿐 아니라, PPG 신호를 측정하기 위하여, 사용자 피부로 광을 방출하는 다양한 종류의 소자를 모두 포함하는 것이 바람직하다.The
또한, 상기 발광소자(100)의 상부는 상기 발광소자(100)를 커버하는 투명 유리막(300)이 배열/결합되도록 구성되는 것이 바람직하다.The
상기 포토 디텍터(photo detector)(200)는 상기 사용자 피부로부터 방출되는 광, 다시 말하자면 상기 사용자 피부로부터 방출된 광 중 산란 또는 반사되는 광을 검출할 수 있다.The
이 때, 상기 포토 디텍터(200)의 상부에 상기 저각도 광학투과필터(400)를 배열/결합되도록 구성됨으로써, 상기 포토 디텍터(200)로 입사되는 광의 입사각에 따른 투과율을 제어할 수 있다.At this time, the low-angle
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 저각도 광학투과필터를 구비한 높은 신호대잡음비를 갖는 광용적맥파 센서는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 발광소자(100)를 통해서 상기 사용자 피부로 광을 방출한 후, 상기 포토 디텍터(200)를 통해서 상기 사용자 피부로 방출된 광을 검출하는 과정에서, 산란됨에 따라 방향성을 상실하여 노이즈로 작용하여 혈관활동 정보를 상실하는 빛을 최소화하기 위하여, 상기 저각도 광학투과필터(400)를 구비함으로써, 입사각이 0도 이상인 빛은 차단하고 그 외의 입사각을 갖는 빛은 검출하여, 혈관활동 정보를 획득할 수 있다. 이러한 점은, 산란된 빛이 방향성을 잃어버린다는 점을 시험을 통해서 획득하여, 적용한 것이다.That is, as shown in FIG. 6, the optical pulse wave sensor having a high signal-to-noise ratio with a low-angle optical transmission filter according to an embodiment of the present invention transmits light to the user's skin through the
본 발명의 일 실시예에 따른 저각도 광학투과필터를 구비한 높은 신호대잡음비를 갖는 광용적맥파 센서는, 상기 저각도 광학투과필터의 필터 각도를 조절하여, 상기 포토 디텍터(200)로 입사되는 광의 입사각에 따른 투과율을 제어할 수 있다.The optical pulse pressure sensor having a high signal-to-noise ratio with a low-angle optical transmission filter according to an embodiment of the present invention adjusts the angle of the filter of the low-angle optical transmission filter to adjust the angle of the light incident on the
상세하게는, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 저각도 광학투과필터(400)의 투과율은 입사된 빛과 투과되는 빛의 비로 정의되며, 상기 저각도 광학투과필터(400)를 구성하는 UV 레진의 굴절률로 인한 프레넬 방정식에 의해 투과율이 제한되게 된다. 이를 통해서, 상기 저각도 광학투과필터(400)의 필터 각도를 조절함으로써, 입사각에 따른 투과율을 조절할 수 있다.7, the transmittance of the low-angle
상기 포토 디텍터(200)로 입사되는 광의 입사각에 따른 투과율을 하기의 수식을 이용하여 정의할 수 있으며, 이를 통해서 상기 저각도 광학투과필터(400)의 필터 각도를 산출하여 조절할 수 있다.The transmittance according to the incident angle of the light incident on the
(여기서, T는 투과율,(Where T is transmittance,
F는 프레넬 방정식으로 하기의 수식으로 정의되며,F is a Fresnel equation defined by the following equation,
Li는 
l는 
도 8은 시험을 통해서 입사각이 0도일 때, 투과율이 0.5가 되는 저각도 광학투과필터(400)의 필터 각도를 찾은 결과를 나타낸 그래프로서, 30도인 것을 확인할 수 있다. 또한, 시뮬레이션과의 비교를 통해서, 도출한 상기 저각도 광학투과필터(400)의 필터 각도에 따른 투과율의 신뢰성을 검증할 수 있다.8 is a graph showing the result of finding the filter angle of the low-angle
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 저각도 광학투과필터를 구비한 높은 신호대잡음비를 갖는 광용적맥파 센서와 저각도 광학투과필터를 구비하지 않은 광용적맥파 센서의 파형을 비교한 그래프이다.FIG. 9 is a graph comparing waveforms of an optical pulse wave sensor having a high signal-to-noise ratio and an optical pulse-wave pulse sensor having a low-angle optical transmission filter according to an embodiment of the present invention.
비교 결과, 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 저각도 광학투과필터를 구비한 높은 신호대잡음비를 갖는 광용적맥파 센서의 파형의 왜곡이 저각도 광학투과필터를 구비하지 않은 광용적맥파 센서에 비해 2배 가량 감소된 것을 확인할 수 있으며, PPG 신호의 2개의 피크가 더 뚜렷하게 보이는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 저각도 광학투과필터를 구비한 높은 신호대잡음비를 갖는 광용적맥파 센서의 경우, PPG 신호의 주파수 영역에 겹쳐진 노이즈를 감소시킬 수 있어, PPG 신호의 안정성을 높일 수 있으며 노이즈에 따른 왜곡을 감소시킬 수 있다.As a result of comparison, it can be seen that the distortion of the waveform of the optical pulse pressure pulse wave sensor having a high signal-to-noise ratio with the low-angle optical transmission filter according to the embodiment of the present invention It can be seen that the PPG signal is two times smaller than that of the optical pulse wave sensor, and the two peaks of the PPG signal are clearly visible. As described above, the optical pulse pressure sensor having the high signal-to-noise ratio with the low-angle optical transmission filter according to the embodiment of the present invention can reduce the noise superimposed on the frequency domain of the PPG signal, And it is possible to reduce distortion due to noise.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 저각도 광학투과필터를 구비한 높은 신호대잡음비를 갖는 광용적맥파 센서와 저각도 광학투과필터를 구비하지 않은 광용적맥파 센서의 신호대잡음비(SNR)을 비교한 그래프이다.FIG. 10 is a graph comparing the SNRs of the optical pulse pressure sensor having a high signal-to-noise ratio and the optical pulse pressure sensor having no low-angle optical transmission filter according to an embodiment of the present invention It is a graph.
주파수 영역 분석을 통해, 저주파수 영역과 신호영역의 비를 SNRLOW, 고주파수 영역과 신호영역의 비를 SNRHIGH, 신호영역과 그 외의 전체 주파수 영역의 비를 SNRTOTAL로 정의하며, 비교 결과, PPG 신호의 저주파 영역 성분이 감소함으로써, 이에 따른 전체 PPG 신호의 안정성이 높아지는 효과가 있다.The ratio of the low frequency region to the signal region is defined as SNR LOW , the ratio between the high frequency region and the signal region is defined as SNR HIGH , and the ratio of the signal region and the other frequency regions is defined as SNR TOTAL . Frequency component of the entire PPG signal is reduced, thereby increasing the stability of the entire PPG signal.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것 일 뿐, 본 발명은 상기의 일 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, And various modifications and changes may be made thereto by those skilled in the art to which the present invention pertains.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .
100 : 발광소자
200 : 포토 디텍터
300 : 투명 유리막
400 : 저각도 광학투과필터
500 : 하우징부100: Light emitting element
200: Photo detector
300: transparent glass film
400: low angle optical transmission filter
500: housing part
Claims (4)
제 1 단계(S100)에 의한 UV 레진 상부에 기설정된 두께 이상의 알루미늄 미러를 증착하는 제 2 단계(S200);
상기 제 2 단계(S200)에 의한 알루미늄 미러를 증착한 UV 레진에 굴절률 매칭을 위한 인덱스 매칭층(index matching spacer)을 형성하는 제 3 단계(S300); 및
상기 제 3 단계(S300)에 의한 인덱스 매칭층을 형성한 UV 레진의 상부를 PDMS(Polydimethylsiloxane)판을 이용하여 평탄화하는 제 4 단계(S400);
를 포함하는 광용적맥파 센서를 위한 저각도 광학투과필터의 제조 방법.
A first step (S100) of copying the microprism array using UV resin;
A second step (S200) of depositing an aluminum mirror above a predetermined thickness on the UV resin by the first step (S100);
A third step (S300) of forming an index matching spacer for refractive index matching on the UV resin deposited with the aluminum mirror by the second step (S200); And
A fourth step (S400) of flattening the upper portion of the UV resin formed with the index matching layer by the third step (S300) using a PDMS (Polydimethylsiloxane) plate;
Wherein the low-angle optical transmission filter includes a plurality of optical waveguides.
사용자 피부로 광을 방출하는 발광소자;
상기 사용자 피부로 방출된 광을 검출하는 포토 디텍터(photo detector);
상기 발광소자의 상부에 위치하여, 상기 발광소자를 커버하는 투명 유리막; 및
상기 포토 디텍터의 상부에 위치하여, 상기 포토 디텍터로 입사되는 광의 입사각에 따른 투과율이 제어되는 불투명의 저각도 광학투과필터;
를 포함하며,
상기 발광소자, 포토 디텍터, 투명 유리막 및 저각도 광학투과필터는 하우징부를 통해서 결합되는 것을 특징으로 하는 저각도 광학투과필터를 구비한 광용적맥파 센서.
An optical pulse pressure sensor comprising a low-angle optical transmission filter manufactured by the manufacturing method of the low-angle optical transmission filter according to claim 1,
A light emitting element emitting light to the user's skin;
A photodetector for detecting light emitted to the user's skin;
A transparent glass film disposed on the light emitting device and covering the light emitting device; And
An opaque low-angle optical transmission filter which is positioned above the photodetector and whose transmittance is controlled according to an incident angle of light incident on the photodetector;
/ RTI >
Wherein the light emitting device, the photodetector, the transparent glass film, and the low-angle optical transmission filter are coupled through a housing part.
상기 저각도 광학투과필터를 구비한 광용적맥파 센서는
상기 저각도 광학투과필터의 필터 각도를 조절하여, 상기 포토 디텍터로 입사되는 광의 입사각에 따른 투과율을 제어하는 것을 특징으로 하는 저각도 광학투과필터를 구비한 광용적맥파 센서.
3. The method of claim 2,
Wherein the optical pulse pressure sensor having the low-angle optical transmission filter
Wherein the controller controls the filter angle of the low-angle optical transmission filter to control the transmittance according to the incident angle of the light incident on the photodetector.
상기 저각도 광학투과필터는
상기 포토 디텍터로 입사되는 광의 입사각에 따른 투과율을 하기의 수식을 이용하여 정의하고, 필터 각도를 조절하는 것을 특징으로 하는 저각도 광학투과필터를 구비한 광용적맥파 센서.
(여기서, T는 투과율,
F는 프레넬 방정식으로 하기의 수식으로 정의되며,
Li는
l는
The low-angle optical transmission filter
Wherein the transmittance according to an incident angle of light incident on the photodetector is defined using the following equation and the filter angle is adjusted.
(Where T is transmittance,
F is a Fresnel equation defined by the following equation,
Li is
l is
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