KR102223279B1 - 측정장치 및 이를 구비하는 웨어러블 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 광원부, 및 상기 광원부에서 발광된 광을 이용하여 대상체에 대하여 복수의 측정대상들을 센싱하도록 형성되는 센서부를 포함하고, 상기 센서부는, 상기 광을 제1파장 범위에서 센싱하여, 상기 복수의 측정대상들 중 제1측정대상을 센싱하도록 이루어지는 제1영역, 및 상기 광을 상기 제1파장 범위와 다른 제2파장 범위에서 센싱하여, 상기 복수의 측정대상들 중 제2측정대상을 센싱하도록 이루어지는 제2영역을 포함하는 측정장치를 제공한다.

Description

측정장치 및 이를 구비하는 웨어러블 디바이스{APPARATUS FOR MEASURING CONDITION OF OBJECT AND WEARABLE DEVICE}

본 발명은 대상체의 상태측정을 위한 측정장치 및 이를 구비하는 웨어러블 디바이스에 관한 것이다.

임상의학에서 사용하는 영상 진단법인 X선, 초음파, 컴퓨터 단층 촬영(CT) 등은 질병으로 인하여 야기되는 해부학적 형태변화를 영상화하는 방법이다. 하지만 질병의 발생 시 해부학적인 변화가 나타나기에 앞서서 생화학적 변화, 분자유전학적인 변화가 먼저 나타난다.

따라서, 최근에는 질병 초기에 영상으로 진단하기 위한 운동량 및 신진 대사량, 생체 정보 등에 대한 모니터링 등으로 진단 패러다임이 변화하고 있다.

한편, 현재 스마트 기기의 보편화와 더불어 스마트 워치(smart watch) 및 피트니스 밴드(fitness band), 액티비티 트랙커(activity tracker) 등과 같은 웨어러블 디바이스(wearable device)의 수요가 증가하고 있다.

또한, 웨어러블 디바이스는 운동량 및 신진 대사량, 생체 정보 등에 대한 모니터링 기능을 기기에 포함시키는 방향으로 개발 및 연구가 이루어지고 있다. 이 경우에 센서당 하나의 정보(측정대상)만 모니터링한다면, 여러 종류의 정보를 모니터링하기 위하여는 웨어러블 디바이스의 사이즈가 증가하는 어려움이 존재한다. 따라서, 센서에서 여러 종류의 정보를 함께 모니터링하는 방안이 고려될 수 있다.

본 발명의 일 목적은, 소형 시스템으로 복수의 정보를 측정하는 측정장치를 제공하는 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 반사광을 이용하여 용이하게 대상체의 상태를 측정하는 웨어러블 디바이스를 제공하는 것에 있다.

이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 측정 장치는, 광원부, 및 상기 광원부에서 발광된 광을 이용하여 대상체에 대하여 복수의 측정대상들을 센싱하도록 형성되는 센서부를 포함한다. 상기 센서부는, 상기 광을 제1파장 범위에서 센싱하여, 상기 복수의 측정대상들 중 제1측정대상을 센싱하도록 이루어지는 제1영역, 및 상기 광을 상기 제1파장 범위와 다른 제2파장 범위에서 센싱하여, 상기 복수의 측정대상들 중 제2측정대상을 센싱하도록 이루어지는 제2영역을 포함한다.

실시 예에 있어서, 상기 센서부는 어레이를 형성하는 이미지 센싱 화소들을 구비하고, 상기 제1영역 및 제2영역은 상기 이미지 센싱 화소들을 구획하는 영역에 해당한다. 상기 제1영역에는 제1필터가 배치되고, 상기 제2영역은 상기 제1필터와 다른 범위의 파장을 필터링하는 제2필터가 배치될 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 제1영역에서 제1측정대상을 측정하도록 상기 제1필터는 가시광을 투과하도록 형성되고, 상기 제2영역에서 제2측정대상을 측정하도록 제2필터는 적외선을 투과하도록 형성된다.

실시 예에 있어서, 상기 제1측정대상 및 제2측정대상은 각각 심박, 정맥의 이미지, 칼로리, 혈당 중 어느 하나가 될 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 센서부는 상기 제1영역 및 제2영역과 다른 제3영역을 구비하며, 상기 제3영역에는 상기 제1필터 및 제2필터와 다른 범위의 파장을 필터링하는 제3필터가 배치된다. 상기 제3영역은 상기 제1측정대상 및 제2측정대상과 다른 제3측정대상을 측정하는 영역에 해당할 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 제1영역 및 제2영역 중 적어도 하나는, 센싱하는 파장이 일방향으로 동일하고, 상기 일방향과 수직한 타방향으로 증가하도록 이루어진다. 상기 제1영역 및 제2영역 중 적어도 하나에 배치되는 필터는 상기 타방향을 따라 서로 다른 색상을 필터링하도록 이루어질 수 있다. 상기 제1영역 및 제2영역은 상기 일방향을 따라 배열될 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 센서부는, CMOS 센서 또는 포토다이오드 어레이를 구비하는 센서와, 상기 센서에 오버랩되며 상기 제1파장 범위와 상기 제2파장 범위를 각각 투과하도록 형성되는 복수의 필터들, 및 상기 복수의 필터들을 덮도록 형성되며, 상기 광을 상기 센서로 전달하도록 이루어지는 렌즈를 포함한다.

실시 예에 있어서, 상기 렌즈는 동일평면상에서 배열되는 복수의 단위 렌즈들을 구비한다.

실시 예에 있어서, 상기 센서부는 상기 센서의 각 화소들의 사이에 배치되는 격벽을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은, 디스플레이부를 구비하는 본체와, 상기 본체가 손목에 착용되도록, 상기 본체에 연결되며 상기 손목을 감싸도록 이루어지는 밴드부와, 광을 출력하는 광원부와, 복수의 측정대상들을 측정하도록 상기 손목에서 반사하는 반사광을 감지하도록 형성되는 센서부를 구비하면, 상기 밴드부에 배치되는 측정장치, 및 상기 측정장치에서 측정된 결과를 상기 디스플레이부에 출력하도록 상기 측정장치 및 디스플레이부를 제어하는 제어부를 포함하는 웨어러블 디바이스를 개시한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 측정기기에 의하면, 웨어러블 디바이스에서 복수의 생체 정보들(심박 횟수, 혈당, 칼로리 등)에 대한 모니터링이 가능하게 된다. 또한, 지정맥(finger vein)과 같은 생체 정보 인증용 센서의 역할도 가능하게 된다.

또한, 본 발명에 의하면, 널리 사용되고 있는 CMOS 센서를 활용하여 복수의 생체 정보들을 측정할 수 있게 된다. 따라서, 하나의 칩 센서를 이용하여 초소형이나 여러 생체 정보들을 측정하는 측정장치가 구현될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 측정방법을 나타내기 위한 개념도.
도 2는 본 발명과 관련된 측정장치의 일실시예를 나타내기 위한 개념도.
도 3a 및 도 3b는 도 2의 측정장치의 제1영역의 확대도와 동작 개념도.
도 4a 및 도 4b는 도 2의 측정장치의 제2영역의 확대도와 동작 개념도.
도 5는 도 2의 측정장치의 제3영역과 관련된 동작 개념도.
도 6a 및 도 6b는 본 발명과 관련된 측정장치에 다른 실시예를 나타내는 개념도들.
도 7a 및 도 7b는 본 발명과 관련된 측정장치에 또 다른 실시예를 나타내는 개념도들.
도 8a, 도 8b 및 도 8c는 각각 본 발명과 관련된 센서부의 구조들을 나타내는 개념도들.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 측정장치가 적용된 웨어러블 디바이스를 나타내는 사시도 및 부분 분해도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 측정장치 및 이를 구비하는 웨어러블 디바이스에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 측정방법을 나타내기 위한 개념도이다.

도면에 따르면, 대상체가 일방향으로 진입하여, 측정장치(100)의 특정위치에 안착된다. 상기 대상체는 인체의 일부분(본 예시에서는 손가락)이 될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 대상체는 예를 들어 손목, 팔꿈치, 어깨, 발, 발목, 무릎 등의 인체의 다른 부분이 될 수 있다.

측정장치(100)는 특정 파장대의 광(또는 특정 파장대의 전자기파)을 상기 대상체를 향하여 출력하고, 상기 대상체에서 반사된 광(이하, 반사광이라 한다)을 감지하도록 이루어진다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 측정장치(100)는 상기 대상체를 투과한 광(이하, 투과광이라 한다)을 감지하거나, 상기 반사광 및 투과광을 모두 감지하도록 형성될 수 있다.

상기 특정 파장대의 출력광은 예를 들어, 530nm 내지 1100nm의 파장 범위를 가질 수 있으며, 측정장치(100)는 상기 파장 범위를 복수의 파장 범위들로 나누어, 상기 복수의 파장 범위들에서 상기 반사광을 감지 및 처리할 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 상기 파장 범위는 다른 파장대가 될 수 있다.

상기 측정장치(100)는 광원부(110) 및 센서부(120)를 포함한다.

광원부(110)는 상기 특정 파장대의 광을 출력하도록 형성되며, 제어부에 의하여 제어될 수 있다.

본 도면을 참조하면, 측정장치(100)의 광원부(110)는 대상체를 향하여 광을 출력하거나, 중간 매개체를 이용하여 상기 대상체로 빛을 조사할 수 있도록 이루어진다. 또한, 광원부(110)는 브로드밴드 대역의 광을 출력하도록 이루어질 수 있다. 이러한 예로서, 광원부(110)는 발광 다이오드(light-emitting diode, LED) 등을 광원으로 포함할 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 근적외선의 파장범위에서는 근적외선의 레이저 광을 출력하는 레이저 다이오드를 이용하는 등 상기 광원부(110)는 여러 형태의 광원을 구비할 수 있다.

센서부(120)는 상기 반사광을 감지하며, 제어부는 상기 반사광을 기설정된 데이터와 비교하여 상기 대상체의 상태를 측정하게 된다.

본 도면을 참조하면, 상기 센서부(120)는 상기 광원부(110)와 이격 배치되며, 상기 대상체의 특정지점에 입사하여 대상체를 반사 또는 투과한 광을 감지하게 된다. 이 경우에, 상기 센서부(120)는 상기 대상체에 대하여 복수의 측정대상들을 센싱하기 위하여, 상기 광원부에서 발광되어 상기 대상체에서 반사되는 반사광을 영역별로 감지하도록 이루어진다. 이 경우에, 상기 측정대상들은 예를 들어, 심박동, 정맥의 이미지, 칼로리, 혈당 등이 될 수 있다.

상기에서 설명된 측정방법에 의하면, 복수의 측정대상에 대하여 예방 및 관리 차원의 진단이 구현될 수 있다. 이하, 본 발명에서는 상기 측정방법을 보다 구체화하고, 상기 측정방법이 적용될 수 있으면서도 상업화가 가능한 측정장치의 상세 구조에 대하여 설명한다.

도 2는 본 발명과 관련된 측정장치의 일실시예를 나타내기 위한 개념도이고, 도 3a 및 도 3b는 도 2의 측정장치의 제1영역의 확대도와 동작 개념도이며, 도 4a 및 도 4b는 도 2의 측정장치의 제2영역의 확대도와 동작 개념도이고, 도 5는 도 2의 측정장치의 제3영역과 관련된 동작 개념도이다.

본 도면들을 참조하면, 상기 센서부(120)는 어레이를 형성하는 이미지 센싱 화소들을 구비한다. 이러한 예로서, 상기 센서부(120)는 CMOS 센서 또는 포토다이오드 어레이를 구비할 수 있다. 또한, 상기 센서부(120)는 복수의 영역으로 구획된다. 이 경우에, 상기 복수의 영역은 구비되는 필터에 의하여 정의될 수 있다. 먼저, 상기 복수의 영역은 제1영역(121) 및 제2영역(122)을 포함한다. 이 경우에, 상기 제1영역(121) 및 제2영역(122)은 상기 이미지 센싱 화소들을 구획하는 영역에 해당할 수 있다. 이러한 예로서, 각 영역에는 CMOS 센서의 서로 다른 복수의 픽셀(pixel) 군이 포함될 수 있다.

상기 제1영역(121)은 광원부에서 출력되어 대상체를 반사한 반사광을 제1파장 범위에서 센싱하도록 이루어진다. 또한, 상기 제2영역(122)은 상기 반사광을 상기 제1파장 범위와 다른 제2파장 범위에서 센싱하도록 형성된다. 이 경우에, 상기 제1파장 범위는 예를 들어, 가시광(380 내지 750nm)에 해당하는 범위이고, 상기 제2파장 범위는 예를 들어, 근적외선(Near Infrared ray, 0.75 내지 1.3㎛)에 해당하는 범위가 될 수 있다.

이와 같이, 상기 반사광을 다른 파장범위별로 센싱하기 위하여, 상기 제1영역(121)에는 제1필터(124)가 배치되고, 상기 제2영역(122)에는 상기 제1필터(124)와 다른 범위의 파장을 필터링하는 제2필터(125)가 배치될 수 있다. 이렇게 필터링되는 파장 대역을 달리함으로써, 상기 제1영역(121)은 복수의 측정대상들 중 제1측정대상을 센싱하며, 상기 제2영역(122)은 상기 복수의 측정대상들 중 제2측정대상을 센싱하게 된다. 이 경우에, 상기 제1측정대상 및 제2측정대상은 각각 심박, 정맥의 이미지, 칼로리, 혈당 중 어느 하나가 될 수 있다.

상기 설명을 종합하면, 상기 제1영역(121)에서 제1측정대상을 측정하도록 상기 제1필터(124)는 가시광을 투과하도록 형성되고, 상기 제2영역(122)에서 제2측정대상을 측정하도록 제2필터(125)는 적외선을 투과하도록 형성될 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 상기 제1필터(124)는 530 내지 750 나노미터(nm)의 광만을 투과하도록 이루어지고, 상기 제2필터(125)는 750 내지 950 나노미터(nm)의 광만을 투과하도록 형성될 수 있다. 이를 통하여, 상기 제1영역(121)은 심박동을 센싱하는 영역이고, 상기 제2영역(122)은 지정맥 이미지를 센싱하는 영역이 될 수 있다.

도 2, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 상기 제1영역(121)은 심박 센서 (PPG, plethysmography) 응용을 위한 영역으로서, 손목 내 피부 및 혈관에 대한 빛의 흡수, 산란, 반사에 의하여 센서에 흡수되는 빛을 고려할 때 광원은 중심 파장을 570 내지 750 nm에서 다양하게 선택이 가능하다.

보다 구체적으로, 상기 제1영역(121)은 센싱하는 파장이 일방향으로 동일하고, 상기 일방향과 수직한 타방향으로 증가하도록 이루어질 수 있다. 이 경우에, 상기 제1영역(121) 및 제2영역(122)은 상기 일방향을 따라 배열된다. 예를 들어, 상기 제1영역(121)에 배치되는 필터는 상기 타방향을 따라 서로 다른 색상을 필터링하도록 이루어진다. 이러한 필터는 연속적인 파장을 분할하여 수 나노미터(nm) 내지 수십 나노미터(nm) 이내의 좁은 파장 스펙트럼(spectrum)만 투과시킬 수 있는 단위 필터들을 구비할 수 있다. 상기 단위 필터들을 CMOS 센서의 각 픽셀 또는 픽셀군 위에 정렬된다.

예를 들어, 제1영역(121)은 제1서브영역(121a) 및 제2서브영역(121b)을 포함할 수 있다. 상기 제1서브영역(121a)은 그린을 필터링하도록 530 내지 590 nm의 파장범위를 가지며, 상기 제2서브영역(121b)은 레드를 필터링하도록 590 내지 680 nm의 파장범위를 가질 수 있다. 이에 더하여, 상기 제1영역(121)은 근적외선을 필터링하도록 680 내지 750 nm의 파장범위를 가지는 제3서브영역(121c)를 더 포함할 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 530 내지 750 nm 의 범위의 광을 이용할 수 있게 되며, 이러한 범위의 광은 심박 센서의 측정범위에 해당하게 된다.

이와 같은 필터는 surface plasmonic 효과를 이용하여 nano size pattern된 단위필터를 활용하거나 nano size의 quantum confinement 효과에 의한 no particle size에 따라 흡수 파장 대역을 달리할 수 있는 quantum dot를 활용할 수 있다. 여기서, surface plasmonic 효과는 나노 크기로 형성된 금속 나노 구조체에 특정 광원이 입사되었을 때, 광원의 파장에 따라 금속 나노입자의 표면에 위치한 전자가 공진적으로 진동하는 유사입자로써 가시광 내지 근적외선 대역 빛의 전기장과 플라즈몬이 짝지어지면서 광흡수가 일어나 선명한 색을 띠게 되는 효과를 의미한다. 이 경우에, 공진이 일어나는 파장대역은 나노 구조체의 형태와 이루는 물질의 굴절률 등에 의해 조정이 가능하다.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 제2영역(122)은 지정맥 또는 손바닥 정맥 이미지를 센싱하는 영역이 될 수 있다. 이를 위하여, CMOS 센서 및 근적외선 광원 (중심 파장 770nm~950nm의 광원)이 활용되며, 제2영역(122)은 손가락 혹은 손바닥의 정맥에 대한 투과 혹은 반사된 이미징을 통하여 생체 정보 인증용으로 형성된다.

피부(skin)의 투과 깊이와 헤모글로빈(Hemoglobin)의 흡수 스펙트럼을 고려하여 근적외선의 파장은 770 내지 950nm 내에서 설정될 수 있다. 이 경우에, 반사 혹은 투과된 정맥의 이미징을 위하여 CMOS 센서와 Photodiode의 wavelength filter가 서로 조합되어, 770 내지 950nm의 파장 영역으로 필터링 및 센싱한다.

보다 구체적으로, 상기 제2영역(122)은 제1영역과 달리 센싱하는 파장이 타방향으로 동일하고, 상기 타방향과 수직한 상기 일방향으로 증가하도록 이루어질 수 있다. 이를 통하여, 상기 센싱하는 파장의 증가는 상기 제1영역과 수직한 방향을 따라 이루어진다. 이 경우에, 상기 제2영역(122)에 배치되는 제2필터(125)는 연속적인 파장을 분할하여 수 나노미터(nm) 내지 수십 나노미터(nm) 이내의 좁은 파장 스펙트럼(spectrum)만 투과시킬 수 있는 단위 필터들을 구비할 수 있다. 상기 단위 필터들을 CMOS 센서의 각 픽셀 또는 픽셀군 위에 정렬된다. 상기 단위 필터를 형성하는 방법은 상기 제1영역과 동일한 방법이 이용될 수 있다.

상기에서 설명된 구조에 의하면, 측정장치(100, 도 1 참조)는 제2영역에서 770 내지 950nm 의 범위의 광을 이용할 수 있게 되며, 이러한 범위의 광은 지정맥 또는 손바닥 정맥 이미지와 같은 생체 정보 인증용 센서의 측정범위에 해당하게 된다.

도 5를 참조하면, 상기 센서부(120)는 상기 제1영역(121) 및 제2영역(122)과 다른 제3영역(123)을 구비하며, 상기 제3영역(123)에는 상기 제1필터(124) 및 제2필터(125)와 다른 범위의 파장을 필터링하는 제3필터(126)가 배치될 수 있다. 이 경우에, 상기 제3영역(123)은 상기 제1측정대상 및 제2측정대상과 다른 제3측정대상을 측정하는 영역에 해당한다. 보다 구체적으로, 제1측정대상은 심박동이고, 제2측정대상은 정맥의 이미지이며, 제3측정대상은 칼로리, 혈당 등이 될 수 있다.

이 경우에, 상기 제3영역(123)은 센싱하는 파장이 일방향으로 동일하고, 상기 일방향과 수직한 타방향으로 증가하도록 이루어질 수 있다. 이러한 필터는 연속적인 파장을 분할하여 수 나노미터(nm) 내지 수십 나노미터(nm) 이내의 좁은 파장 스펙트럼(spectrum)만 투과시킬 수 있는 단위 필터들을 구비할 수 있다. 상기 단위 필터들을 CMOS 센서의 각 픽셀 또는 픽셀군 위에 정렬된다. 상기 단위 필터를 형성하는 방법은 상기 제1영역과 동일한 방법이 이용될 수 있다.

또한, 상기 제3필터(126)은 950 내지 1100 nm의 범위의 광을 투과하도록 형성되며, 따라서 측정장치(100)에서 신체 내 혈당량 측정 및 모니터링이 가능하게 된다. 예를 들어, 손목 내 혈관 속의 당 성분에 의한 특정 파장에서의 빛의 흡수가 일어나므로, 투과, 반사되는 빛 스펙트럼(spectrum) 변화를 분석하여 혈당량 및 칼로리 변화량을 모니터링 하는 기능을 구현된다. 나아가, 제1영역(121)과 제2영역(122)이 제3영역(123)과 조합되므로, 530 내지 1100 nm의 범위에서 광의 센싱이 가능하게 되며, 따라서 빛 스펙트럼은 530 내지 1100 nm의 범위에서 분석될 수 있다.

이상에서 설명된 각 영역들은 여러가지 형태로 변형될 수 있으며, 이하 이러한 영역들의 변형예들에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명과 관련된 측정장치에 다른 실시예를 나타내는 개념도들이다.

본 도면들을 참조하면, 센서부(220)는 제1영역(221) 및 제2영역(222)를 구비한다. 보다 구체적으로 제3영역이 없이 상기 센서부(220)는 제1영역(221) 및 제2영역(222)만으로 구성될 수 있다.

도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한 제1실시예와 같이, 상기 제1영역(221)은 광을 제1파장 범위에서 센싱하며, 상기 제2영역(222)은 상기 광을 상기 제1파장 범위와 다른 제2파장 범위에서 센싱하도록 형성된다. 이 경우에, 상기 제1파장 범위는 예를 들어, 가시광(380 내지 750nm)에 해당하는 범위이고, 상기 제2파장 범위는 예를 들어, 근적외선(Near Infrared ray, 0.75 내지 1.3㎛)에 해당하는 범위가 될 수 있다.

보다 구체적인 예로서, 제1영역(221)의 제1필터(224)는 530 내지 750 nm의 광을 투과하도록 이루어지고, 상기 제2필터(225)는 750 내지 1100 nm의 광을 투과하도록 형성될 수 있다. 이를 통하여, 상기 제1영역(221)은 심박동을 센싱하는 영역이고, 상기 제2영역(222)은 지정맥 이미지를 센싱하는 영역이 될 수 있다. 이 경우에는, 상기 제1영역 및 제2영역을 합한 영역이 칼로리 또는 혈당을 측정하는 영역으로 정의된다.

보다 구체적으로, 상기 제1필터(224)는 제1실시예의 제1필터와 동일한 파장범위대를 필터링 하나, 상기 제2필터(225)는 제1실시예의 제2필터와 다른 파장범위대를 필터링한다. 이 경우에, 제2필터(225)는 제1실시예의 제2필터와 파장범위만 다른 뿐 동일한 구조로 이루어질 있다. 따라서, 상기 제1영역(121)은 센싱하는 파장이 일방향으로 동일하고, 상기 일방향과 수직한 타방향으로 증가하도록 이루어질 수 있다. 이 경우에, 상기 제1영역(121) 및 제2영역(122)은 상기 일방향을 따라 배열된다. 예를 들어, 상기 제1영역(121)에 배치되는 필터는 상기 타방향을 따라 서로 다른 색상을 필터링하도록 이루어진다. 따라서, 상기 제2영역(222)은 센싱하는 파장이 제1영역(221)에서 파장이 증가하는 방향과 수직한 방향을 따라 증가하도록 형성될 수 있다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명과 관련된 측정장치에 또 다른 실시예를 나타내는 개념도들이다.

본 도면들을 참조하면, 센서부(320)는 제1영역(321), 제2영역(322) 및 제3영역(323)을 구비하며, 상기 제3영역(323)은 상기 제1영역(321)과 제2영역(322)의 사이에 배치된다. 이 경우에, 상기 제1영역(321)은 심박을 센싱하기 위한 영역이고, 상기 제2영역(322)은 지정맥 이미지를 센싱하는 영역이 되며, 이들의 구조는 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한 구조와 동일하다.

본 예시에서, 상기 제3영역(323)은 칼로리 또는 혈당을 센싱하는 영역이 되며, 상기 제3영역(323)에 배치되는 제3필터(326)는 750 내지 1100 나노미터(nm)의 광만을 투과하도록 형성될 수 있다. 이러한 구조에 의하면, 제1영역(321)과 제3영역(323)이 합쳐서 칼로리 또는 혈당을 센싱하는 영역으로 기능할 수 있게 된다.

또한, 상기 제3영역(323)의 제3필터(326)는 상기 제1영역(321)의 제1필터(324)와 마찬가지로, 센싱하는 파장이 일방향으로 동일하고, 상기 일방향과 수직한 타방향으로 증가하도록 이루어질 수 있다. 이에 반해, 상기 제2영역(322)의 제2필터(325)는 센싱하는 파장이 상기 타방향으로 동일하고, 상기 일방향을 따라 증가하도록 형성될 수 있다. 이러한 필터는 앞선 예와 마찬가지로, 연속적인 파장을 분할하여 수 나노미터(nm) 내지 수십 나노미터(nm) 이내의 좁은 파장 스펙트럼(spectrum)만 투과시킬 수 있는 단위 필터들을 구비할 수 있다. 상기 단위 필터들을 CMOS 센서의 각 픽셀 또는 픽셀군 위에 정렬된다.

이상에서는 센서부의 각 영역에서 서로 다른 측정대상을 측정하는 구조 및 방법에 대하여 설명하였으며, 이를 통하여 단일의 MOS 센서 또는 포토 다이오드(photodiode)를 활용하여 복수의 생체 정보들을 측정할 수 있게 된다.

이와 같이, CMOS 센서 또는 포토 다이오드(photodiode)의 각 픽셀(pixel)에 광정보를 전달하기 위해서는 광학계가 필요하다. 이하, 상기 광학계를 구비하는 센서부의 구조에 대하여 보다 상세히 설명한다.

도 8a, 도 8b 및 도 8c는 각각 본 발명과 관련된 센서부의 구조들을 나타내는 개념도들이다.

도 8a를 참조하면, 센서부(420)는 센서(431), 복수의 필터들(432) 및 렌즈(433)를 포함한다.

센서(431)는 앞선 실시예에서 전술한 CMOS 센서 또는 포토다이오드 어레이를 구비할 수 있다. 또한, 복수의 필터들(432)은 앞선 실시예에서 전술한 것과 같이, 상기 센서에 오버랩되며 상기 제1파장 범위와 상기 제2파장 범위를 각각 투과하도록 형성된다.

렌즈(433)는 상기 복수의 필터들(432)을 덮도록 형성되며, 광원부(410)에서 출력되어 대상체에서 산란, 투과 또는 반사된 광을 상기 센서로 전달하도록 이루어진다. 이러한 예로서, 상기 렌즈(433)는 복수개의 렌즈가 배열되는 멀티 렌즈(multi-lens)가 될 수 있다. 즉, 관심 영역을 one sight 방식으로 광학 이미징하도록 벌크 렌즈(bluk lens)가 광의 진행방향에 따라 배열된다. 이 경우에 센서의 어레이 개수는 상용 CMOS 센서의 해상도 (or pixel 수) 을 그대로 사용할 수 있게 된다.

다른 예로서, 도 8b를 참조하면, 렌즈(533)는 동일평면상에서 배열되는 복수의 단위 렌즈들(533a)을 구비할 수 있다. 즉, Micro Lens Array 를 이용하여 관심 영역을 분할하는 방식이 이용될 수 있다. 이러한 경우에 측정장치의 두께가 최소화될 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 렌즈(533)는 상기 센서부(520)를 덮도록 배치되는 복수의 광섬유들(미도시)의 다발이 될 수 있다. 상기 복수의 광섬유들은 상기 대상체에서 반사, 투과, 산란되는 빛에 의하여 생성되는 이미지를 복수의 부분으로 분할하여 전달하므로, 광 전달부로서 지칭될 수 있다. 이러한 예로서, 상기 복수의 광섬유들은, 예를 들어 FOFP(Fiber Optic Face Plate)가 될 수 있다. 또한, 이 경우에, PPG 센서, 혈당 센서 영역보다는 정맥 인증용 센서부의 이미징 영역 (region of interest)으로부터 마이크로 렌즈 어레이의 설계 조건 및 센서부의 pixel pitch 이나 size 관계가 설정될 수 있다.

또 다른 예로서, 도 8c를 참조하면, 센서부(620)는 상기 센서의 각 화소들의 사이에 배치되는 격벽(634)을 포함할 수 있다. 도시에 의하면, 렌즈(633)는 동일평면상에서 배열되는 복수의 단위 렌즈들(633a)을 구비할 수 있다. 즉, Micro Lens Array 를 이용하여 관심 영역을 분할하는 방식이 이용될 수 있다. 상기 격벽(534)은 렌즈(633)와 필터(632)의 사이에 배치되며, 센서부는 이를 통하여 반사 특성을 가지는 동시에 높은 대비비(contrast)를 가질 수 있게 된다.

이상에서 설명된 측정장치는 또한, 웨어러블 디바이스에 장착될 수 있다. 이러한 웨어러블 디바이스에는 스마트 워치(smart watch), 스마트 글래스(smart glass), HMD(head mounted display), 스마트 밴드 등이 있다. 이하, 이러한 구조에 대하여 보다 상세히 설명한다.

도 9a 및 도 9b는 본 발명의 측정장치가 적용된 웨어러블 디바이스를 나타내는 사시도 및 부분 분해도이다.

본 도면들을 참조하면, 본 예시의 웨어러블 디바이스(700)는 디스플레이부(751)를 구비하는 본체(701) 및 본체(701)에 연결되어 손목에 착용 가능하도록 구성되는 밴드부(702)를 포함한다.

본체(701)는 외관을 형성하는 케이스를 포함한다. 도시된 바와 같이, 케이스는 각종 전자부품들을 수용하는 내부 공간을 마련하는 제1케이스 및 제2케이스 포함할 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 하나의 케이스가 상기 내부 공간을 마련하도록 구성되어 유니 바디의 디바이스(700)가 구현될 수도 있다.

본체(701)의 전면에는 디스플레이부(751)가 배치되어 정보를 출력할 수 있으며, 디스플레이부(751)에는 터치센서가 구비되어 터치 스크린으로 구현될 수 있다.

밴드부(702)는 손목에 착용되어 손목을 감싸도록 이루어지며, 착용이 용이하도록 플렉서블 재질로 형성될 수 있다. 또한, 밴드부(702)는 본체(701)에 착탈 가능하게 구성되어, 사용자가 취향에 따라 다양한 형태의 밴드로 교체 가능하게 구성될 수 있다.

도 9a를 참조하면, 도 1 내지 도 8c에서 설명한 측정장치(100)는, 상기 밴드부에 배치될 수 있다. 도 9b를 참조하면, 측정장치는 밴드부의 내측면에 배치되는 윈도우(100a)를 구비하고, 앞선 실시예에서 설명한 센서부(120)는 상기 윈도우(100a)에 의하여 덮이도록 배치된다. 이 경우에 광원부(110)는 상기 윈도우의 일측에 인접하게 배치되며, 브로드밴드 대역의 광을 출력하도록 이루어질 수 있다. 이 경우에, 심박이나 혈당을 측정하기 위한 파장범위의 광은 상기 윈도우(100a)와 수직한 방향으로 출력되어 손목을 향하게 되며, 정맥의 이미지를 측정하기 위한 광은 상기 윈도우(100a)와 수평한 방향으로 출력되어 상기 윈도우(100a)에서 퍼질 수 있다. 보다 구체적으로, 530 내지 750nm의 광을 출력하는 제1광원(111)과, 950 내지 110nm의 광을 출력하는 제3광원(113)은 750 내지 950nm의 광을 출력하는 제2광원(112)과 서로 수직방향으로 광을 출력하도록 배치된다.

이 경우에, 제어부는 상기 측정장치에서 측정된 결과를 상기 디스플레이부에 출력하도록 상기 측정장치 및 디스플레이부를 제어한다. 예를 들어, 심박동, 지정맥 인증 및 칼로리 확인과 관련된 그래픽 유저 인터페이스들이 순차적으로 디스플레이부에 출력될 수 있다. 심박동의 경우에 분당심박수나 심박파형이 디스플레이부에 출력될 수 있으며, 혈당이나 칼로리는 그 크기를 알려주는 데이터가 디스플레이부에 출력될 수 있다. 사용자는 이를 통하여 복수의 생체 정보들(심박 횟수, 혈당, 칼로리 등)에 대한 모니터링을 수행할 수 있게 된다.

상기와 같은 측정장치에 관련한 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 인체의 다른 부분의 측정이나 상업용 측정에서도 적용이 가능하다. 예를 들어, 손목증후군과 같은 다른 병변의 측정이나, 식물의 상함 정도의 측정 등의 경우에 적용이 가능하다.

또한 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (18)

1. 광원부; 및
   상기 광원부에서 발광된 광을 이용하여 대상체에 대하여 복수의 측정대상들을 센싱하도록 형성되는 센서부를 포함하고,
   상기 센서부는,
   상기 광을 제1파장 범위에서 센싱하여, 상기 복수의 측정대상들 중 제1측정대상을 센싱하도록 이루어지는 제1영역; 및
   상기 광을 상기 제1파장 범위와 다른 제2파장 범위에서 센싱하여, 상기 복수의 측정대상들 중 제2측정대상을 센싱하도록 이루어지는 제2영역을 포함하고,
   상기 제1영역 및 제2영역 중 적어도 하나는, 센싱하는 파장이 일방향으로 동일하고, 상기 일방향과 수직한 타방향으로 증가하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 측정장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 센서부는 어레이를 형성하는 이미지 센싱 화소들을 구비하고,
   상기 제1영역 및 제2영역은 상기 이미지 센싱 화소들을 구획하는 영역에 해당하는 것을 특징으로 하는 측정장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1영역에는 제1필터가 배치되고, 상기 제2영역은 상기 제1필터와 다른 범위의 파장을 필터링하는 제2필터가 배치되는 것을 특징으로 하는 측정장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1영역에서 제1측정대상을 측정하도록 상기 제1필터는 가시광을 투과하도록 형성되고, 상기 제2영역에서 제2측정대상을 측정하도록 제2필터는 적외선을 투과하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 측정장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1측정대상 및 제2측정대상은 각각 심박, 정맥의 이미지, 칼로리, 혈당 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 측정장치.
6. 제4항에 있어서,
   상기 센서부는 상기 제1영역 및 제2영역과 다른 제3영역을 구비하며, 상기 제3영역에는 상기 제1필터 및 제2필터와 다른 범위의 파장을 필터링하는 제3필터가 배치되는 것을 특징으로 하는 측정장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제3영역은 상기 제1측정대상 및 제2측정대상과 다른 제3측정대상을 측정하는 영역에 해당하는 것을 특징으로 하는 측정장치.
8. 삭제
9. 제1항에 있어서,
   상기 제1영역 및 제2영역 중 적어도 하나에 배치되는 필터는 상기 타방향을 따라 서로 다른 색상을 필터링하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 측정장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 제1영역 및 제2영역은 상기 일방향을 따라 배열되는 것을 특징으로 하는 측정장치.
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제

Images