KR102309289B1 - 와치형 이동 단말기 - Google Patents
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Abstract
전장부를 구비하며 일면이 사용자의 신체와 접촉하는 본체; 상기 본체의 일면에 결합되며 사출신호를 사출하는 트랜스미터와 상기 사출신호가 반사되어 되돌아오는 반사신호를 감지하는 리시버를 포함하는 광혈류 측정기; 상기 광혈류 측정기를 커버하며 상기 본체에 결합하는 커버; 및 상기 광혈류 측정기에서 측정한 반사신호를 기초로 심장 박동수를 측정하는 제어부를 포함하며, 상기 커버는 상기 본체에 결합하며 상기 광혈류 측정기에서 상기 트랜스미터와 상기 리시버에 대응하는 부분은 상기 사출신호 및 상기 반사신호가 통과하는 투과부와 상기 투과부 사이에 위치하며 상기 사출신호 및 상기 반사신호를 차폐하는 배리어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 단말기는 광혈류 측정기로 맥파 측정시 움직임에 따라 발생하는 노이즈를 제거하여 정확한 심장박동수를 구할 수 있다.
Description
본 발명은 광혈류 측정기(ppg: photo plethysmo graphy)로 맥파를 측정 시 사용자의 움직임에 의한 오차를 최소화 할 수 있는 이동 단말기에 관한 것이다.
단말기는 이동 가능여부에 따라 이동 단말기(mobile/portable terminal) 및 고정 단말기(stationary terminal)으로 나뉠 수 있다. 다시 이동 단말기는 사용자의 직접 휴대 가능 여부에 따라 휴대(형) 단말기(handheld terminal) 및 거치형 단말기(vehicle mounted terminal)로 나뉠 수 있다.
이동 단말기의 기능은 다양화되고 있다. 예를 들면, 데이터와 음성통신, 카메라를 통한 사진촬영 및 비디오 촬영, 음성녹음, 스피커 시스템을 통한 음악파일 재생 그리고 디스플레이부에 이미지나 비디오를 출력하는 기능이 있다. 일부 단말기는 전자게임 플레이 기능이 추가되거나, 멀티미디어 플레이어 기능을 수행한다. 특히 최근의 이동 단말기는 방송과 비디오나 텔레비전 프로그램과 같은 시각적 컨텐츠를 제공하는 멀티캐스트 신호를 수신할 수 있다.
이와 같은 단말기(terminal)는 기능이 다양화됨에 따라 예를 들어, 사진이나 동영상의 촬영, 음악이나 동영상 파일의 재생, 게임, 방송의 수신 등의 복합적인 기능들을 갖춘 멀티미디어 기기(Multimedia player) 형태로 구현되고 있다.
이러한 단말기의 기능 지지 및 증대를 위해, 단말기의 구조적인 부분 및/또는 소프트웨어적인 부분을 개량하는 것이 고려될 수 있다.
이동 단말기 중 항상 용이하게 휴대할 수 있도록 손목에 차는 와치타입의 이동 단말기나 안경처럼 쓸 수 있는 글래스 타입의 이동 단말기 등 사용자가 악세사리처럼 착용가능한 웨어러블 이동 단말기가 등장하고 있다.
웨어러블 이동 단말기는 항상 사용자의 신체에 착용된 상태가 유지되기 때문에 신체 변화를 지속적으로 모니터링 가능한 바 체온, 심장박동수 등의 변화를 측정하여 데이터를 수집할 수 있다.
본 발명은 광혈류 측정기(ppg: photo plethysmo graphy)로 맥파를 측정 시 사용자의 움직임에 의한 오차를 최소화 할 수 있는 이동 단말기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전장부를 구비하며 일면이 사용자의 신체와 접촉하는 본체; 상기 본체의 일면에 결합되며 사출신호를 사출하는 트랜스미터와 상기 사출신호가 반사되어 되돌아오는 반사신호를 감지하는 리시버를 포함하는 광혈류 측정기; 상기 광혈류 측정기를 커버하며 상기 본체에 결합하는 커버; 및 상기 광혈류 측정기에서 측정한 반사신호를 기초로 심장 박동수를 측정하는 제어부를 포함하며, 상기 커버는 상기 본체에 결합하며 상기 광혈류 측정기에서 상기 트랜스미터와 상기 리시버에 대응하는 부분은 상기 사출신호 및 상기 반사신호가 통과하는 투과부와 상기 투과부 사이에 위치하며 상기 사출신호 및 상기 반사신호를 차폐하는 배리어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 단말기를 제공한다.
상기 커버와 상기 광혈류 측정기 사이에 위치하며 상기 투과부에 상응하는 부분에 개구부가 형성된 분리판을 더 포함할 수 있다.
상기 커버와 상기 본체는 방수 테이프로 결합될 수 있다.
상기 광혈류 측정기의 트랜스 미터는 녹색 빛을 사출하는 그린 엘이디(Green LED)를 이용할 수 있다.
전장부를 구비하며 일면이 사용자의 신체와 접촉하는 본체; 상기 본체의 일면에 결합되며 사출신호를 사출하는 트랜스미터와 상기 사출신호가 사용자의 혈관의 적혈구에 반사되어 되돌아오는 반사신호를 감지하는 리시버를 포함하는 광혈류 측정기; 상기 본체의 움직임을 감지하는 가속도 센서; 및 상기 가속도 센서에서 감지한 움직임의 방향 및 속도를 기초로 상기 광혈류 측정기에서 감지한 반사신호를 보상하여 심장박동수를 산출하는 제어부를 포함하는 웨어러블 단말기를 제공한다.
상기 제어부는 상기 가속도 센서에서 소정 주기로 상기 본체의 움직임이 감지되는 경우, 상기 주기에 상응하는 간격으로 변화하는 상기 반사신호의 변화를 제거할 수 있다.
상기 제어부는 상기 가속도 센서에서 본체의 타면 방향으로 이동이 감지되는 경우 감지된 반사신호의 크기를 증폭시키고, 상기 가속도 센서에서 본체의 일면 방향으로 이동이 감지되는 경우 감지된 반사신호의 크기를 감쇠시킬 수 있다.
상기 제어부는 상기 가속도 센서에서 본체의 타면 방향으로 이동이 감지되는 경우 상기 반사신호의 이상신호 제거(cut-off) 기준을 낮추고, 상기 가속도 센서에서 본체의 일면 방향으로 이동이 감지되는 경우 상기 반사신호의 이상신호 제거(cut-off) 기준을 높일 수 있다.
상기 제어부는 상기 가속도 센서가 상기 적혈구의 이동 방향과 반대 방향으로 이동을 감지하는 경우 상기 반사신호의 측정값을 증폭시키고, 상기 가속도 센서가 상기 적혈구의 이동 방향과 같은 방향으로 이동을 감지하는 경우 상기 반사신호의 측정값을 감쇠시킬 수 있다.
상기 제어부는 상기 가속도 센서를 이용하여 사용자의 걸음수를 측정하고, 상기 산출한 심장박동수의 크기와 상기 걸음수를 기초로 소모 칼로리를 계산할 수 있다.
사용자의 위치정보를 송수신하는 GPS모듈을 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 GPS모듈에서 산출한 위치 변화를 감지하여 사용자의 이동 속도를 산출하며, 상기 이동속도가 기준속도보다 높으면 상기 소모 칼로리를 증가시키고, 상기 이동 속도가 기준속도보다 낮으면 상기 소모 칼로리를 줄일 수 있다.
상기 제어부는 상기 이동변위를 기초로 걸음수 및 속도를 산출하고, 상기 이동변위에 상응하는 심장 박동수 기준값보다 상기 측정한 심장 박동수가 낮으면, 상기 소모 칼로리를 줄여서 계산할 수 있다.
상기 제어부는 상기 가속도 센서가 기준 크기 이상으로 움직임을 감지한 경우 상기 광혈류 측정기를 구동하고, 기준 크기 이하로 움직임을 감지한 경우 상기 광혈류 측정기의 휴지(休止)상태로 전환할 수 있다.
상기 제어부는 상기 가속도 센서가 감지한 움직임의 크기가 커지면, 상기 광혈류 측정기의 트랜스미터에서 송출하는 빛의 세기를 강하게 하거나, 송출 주기를 짧게 변화시킬 수 있다.
전장부를 구비하며 일면이 사용자의 신체와 접촉하는 본체; 상기 본체의 일면에 결합되며 사출신호를 사출하는 트랜스미터와 상기 사출신호가 반사되어 되돌아오는 반사신호를 감지하는 리시버를 포함하는 광혈류 측정기; 상기 본체의 움직임을 감지하는 가속도 센서; 및 상기 광혈류 측정기에서 측정한 반사신호를 기초로 심장 박동수를 측정하고, 상기 광혈류 측정기에서 측정한 신호세기가 유효 신호세기 범위를 벗어난 경우 사용자에게 경고하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 단말기를 제공한다.
상기 본체의 타측에 위치하는 디스플레이부를 더 포함하고, 상기 디스플레이부에 상기 본체의 위치를 변경하도록 안내하는 가이드 화면이 제공될 수 있다.
상기 가이드 화면은,
상기 광혈류 측정기에서 측정한 신호의 세기가 크면 커지고 상기 측정한 신호가 작으면 작아지는 시그널 인디케이터와
상기 측정한 신호가 유효신호세기 범위에 위치하기 위해 상기 본체가 움직여야 하는 방향으로 상기 인디케이터로 부터 이격하여 위치하는 기준 인디케이터를 포함할 수 있다.
상기 광혈류 측정기에서 측정한 신호세기가 상기 유효 신호세기 범위에 속하는 비율을 신뢰도 표시자를 포함할 수 있다.
본 발명의 적어도 일 실시예에 따르면, 광혈류 측정기로 맥파 측정시 움직임에 따라 발생하는 노이즈를 제거하여 정확한 심장박동수를 구할 수 있는 웨어러블 단말기를 제공한다.
또한, 웨어러블 단말기의 착용 위치를 가이드 하여 착용 위치에 따라 발생하는 오차를 제거하여 정확한 심장박동수를 구할 수 있다.
또한, 심장 박동수와 가속도 센서를 이용하여 보다 정확한 소모 칼로리를 측정할 수 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 단말기의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 단말기의 사시도이다.
도 3는 광혈류 측정기의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3의 광혈류 측정기의 측정 결과를 도시한 그래프이다.
도 5는 사용자가 움직이는 경우 종래의 광혈류 측정기의 측정 결과를 도시한 그래프이다.
도 6은 도 5의 광혈류 측정기의 측정 결과를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 단말기의 광혈류 측정기의 단면을 도시한 도면이다.
도 8은 도 7의 웨어러블 단말기의 광혈류 측정기의 측정 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 종래의 웨어러블 단말기의 광혈류 측정기로 측정한 결과를 도시한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 단말기의 광혈류 측정기로 측정한 결과를 도시한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 단말기의 타면 방향으로의 움직임에 따른 광혈류 측정기의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 도 11의 측정 결과를 도시한 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 단말기의 일면 방향으로의 움직임에 따른 광혈류 측정기의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 도 13의 측정 결과를 도시한 그래프이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 단말기의 혈류 방향과 상이한 방향으로 움직임에 따른 광혈류 측정기의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 도 15의 측정결과를 도시한 그래프이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 단말기의 혈류 방향과 동일한 방향으로 움직임에 따른 광혈류 측정기의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 도 17의 측정결과를 도시한 그래프이다.
도 19는 본 발명의 웨어러블 단말기의 소모 칼로리를 산출하여 제공하는 화면을 도시한 도면이다.
도 20 및 도 21은 사용자의 움직임에 따른 가속도 센서와 광혈류 측정기의 측정 결과를 도시한 도면이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 광혈류 측정기의 설정 화면을 도시한 도면이다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 광혈류 측정기의 착용 실시예를 도시한 도면이다.
도 24 내지 도 31은 본 발명의 웨어러블 단말기의 착용 위치를 안내하는 화면의 다양한 실시예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 단말기의 사시도이다.
도 3는 광혈류 측정기의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3의 광혈류 측정기의 측정 결과를 도시한 그래프이다.
도 5는 사용자가 움직이는 경우 종래의 광혈류 측정기의 측정 결과를 도시한 그래프이다.
도 6은 도 5의 광혈류 측정기의 측정 결과를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 단말기의 광혈류 측정기의 단면을 도시한 도면이다.
도 8은 도 7의 웨어러블 단말기의 광혈류 측정기의 측정 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 종래의 웨어러블 단말기의 광혈류 측정기로 측정한 결과를 도시한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 단말기의 광혈류 측정기로 측정한 결과를 도시한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 단말기의 타면 방향으로의 움직임에 따른 광혈류 측정기의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 도 11의 측정 결과를 도시한 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 단말기의 일면 방향으로의 움직임에 따른 광혈류 측정기의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 도 13의 측정 결과를 도시한 그래프이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 단말기의 혈류 방향과 상이한 방향으로 움직임에 따른 광혈류 측정기의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 도 15의 측정결과를 도시한 그래프이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 단말기의 혈류 방향과 동일한 방향으로 움직임에 따른 광혈류 측정기의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 도 17의 측정결과를 도시한 그래프이다.
도 19는 본 발명의 웨어러블 단말기의 소모 칼로리를 산출하여 제공하는 화면을 도시한 도면이다.
도 20 및 도 21은 사용자의 움직임에 따른 가속도 센서와 광혈류 측정기의 측정 결과를 도시한 도면이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 광혈류 측정기의 설정 화면을 도시한 도면이다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 광혈류 측정기의 착용 실시예를 도시한 도면이다.
도 24 내지 도 31은 본 발명의 웨어러블 단말기의 착용 위치를 안내하는 화면의 다양한 실시예를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 도 1는 본 발명과 관련된 웨어러블 단말기를 설명하기 위한 블록도이고, 도 2는 일 실시예에 관련된 웨어러블 단말기(100)의 전면 사시도이다.
상기 웨어러블 이동 단말기(100)는 무선 통신부(110), 입력부(120), 센싱부(투과부(212)), 출력부(150), 인터페이스부(160), 메모리(170), 제어부(180) 및 전원 공급부(190) 등을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 구성요소들은 웨어러블 단말기(100)를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서상에서 설명되는 웨어러블 단말기(100)는 위에서 열거된 구성요소들보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.
웨어러블 이동 단말기(100)는 와치타입 이동 단말기, 글래스 타입 이동 단말기 HMD(head mounted display) 등을 예로 들 수 있으며, 사용자의 신체와 접촉하는 웨어러블 단말기를 포함한다. 웨어러블 단말기는 다른 이동 단말기와 데이터를 상호 교환 또는 연동 가능하게 이루어 질 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 구성요소들 중 무선 통신부(110)는, 웨어러블 단말기(100)와 무선 통신 시스템 사이, 웨어러블 단말기(100)와 다른 단말기 사이, 또는 웨어러블 단말기(100)와 외부서버 사이의 무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 또한, 상기 무선 통신부(110)는, 웨어러블 단말기(100)를 하나 이상의 네트워크에 연결하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다.
이러한 무선 통신부(110)는, 방송 수신 모듈(111), 이동통신 모듈(112), 무선 인터넷 모듈(113), 근거리 통신 모듈(114), 위치정보 모듈(115) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
입력부(120)는, 영상 신호 입력을 위한 카메라(121) 또는 영상 입력부, 오디오 신호 입력을 위한 마이크로폰(microphone, 122), 또는 오디오 입력부, 사용자로부터 정보를 입력받기 위한 사용자 입력부(123, 예를 들어, 터치키(touch key), 푸시키(mechanical key) 등)를 포함할 수 있다. 입력부(120)에서 수집한 음성 데이터나 이미지 데이터는 분석되어 사용자의 제어명령으로 처리될 수 있다.
센싱부(투과부(212))는 웨어러블 단말기 내 정보, 웨어러블 단말기를 둘러싼 주변 환경 정보 및 사용자 정보 중 적어도 하나를 센싱하기 위한 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센싱부(140)는 근접센서(141, proximity sensor), 조도 센서(142, illumination sensor), 터치 센서(touch sensor), 가속도 센서(143, acceleration sensor), 자기 센서(magnetic sensor), 중력 센서(G-sensor), 자이로스코프 센서(gyroscope sensor), 모션 센서(motion sensor), RGB 센서, 적외선 센서(IR 센서: infrared sensor), 지문인식 센서(finger scan sensor), 초음파 센서(ultrasonic sensor), 광 센서(optical sensor, 예를 들어, 카메라(121 참조)), 마이크로폰(microphone, 122 참조), 배터리 게이지(battery gauge), 환경 센서(예를 들어, 기압계, 습도계, 온도계, 방사능 감지 센서, 열 감지 센서, 가스 감지 센서 등), 화학 센서(예를 들어, 전자 코, 헬스케어 센서, 생체 인식 센서 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 한편, 본 명세서에 개시된 웨어러블 단말기는, 이러한 센서들 중 적어도 둘 이상의 센서에서 센싱되는 정보들을 조합하여 활용할 수 있다.
출력부(150)는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 디스플레이부(151), 음향 출력부(152), 햅팁 모듈(153), 광 출력부(154) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 디스플레이부(151)는 터치 센서와 상호 레이어 구조를 이루거나 일체형으로 형성됨으로써, 터치 스크린을 구현할 수 있다. 이러한 터치 스크린은, 웨어러블 단말기(100)와 사용자 사이의 입력 인터페이스를 제공하는 사용자 입력부(123)로써 기능함과 동시에, 웨어러블 단말기(100)와 사용자 사이의 출력 인터페이스를 제공할 수 있다.
인터페이스부(160)는 웨어러블 단말기(100)에 연결되는 다양한 종류의 외부 기기와의 통로 역할을 수행한다. 이러한 인터페이스부(160)는, 유/무선 헤드셋 포트(port), 외부 충전기 포트(port), 유/무선 데이터 포트(port), 메모리 카드(memory card) 포트, 식별 모듈이 구비된 장치를 연결하는 포트(port), 오디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 비디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 이어폰 포트(port) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 웨어러블 단말기(100)에서는, 상기 인터페이스부(160)에 외부 기기가 연결되는 것에 대응하여, 연결된 외부 기기와 관련된 적절할 제어를 수행할 수 있다.
또한, 메모리(170)는 웨어러블 단말기(100)의 다양한 기능을 지원하는 데이터를 저장한다. 메모리(170)는 웨어러블 단말기(100)에서 구동되는 다수의 응용 프로그램(application program 또는 애플리케이션(application)), 웨어러블 단말기(100)의 동작을 위한 데이터들, 명령어들을 저장할 수 있다. 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 무선 통신을 통해 외부 서버로부터 다운로드 될 수 있다. 또한 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 웨어러블 단말기(100)의 기본적인 기능(예를 들어, 전화 착신, 발신 기능, 메시지 수신, 발신 기능)을 위하여 출고 당시부터 웨어러블 단말기(100)상에 존재할 수 있다. 한편, 응용 프로그램은, 메모리(170)에 저장되고, 웨어러블 단말기(100) 상에 설치되어, 제어부(180)에 의하여 상기 웨어러블 단말기의 동작(또는 기능)을 수행하도록 구동될 수 있다.
제어부(180)는 상기 응용 프로그램과 관련된 동작 외에도, 통상적으로 웨어러블 단말기(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 제어부(180)는 위에서 살펴본 구성요소들을 통해 입력 또는 출력되는 신호, 데이터, 정보 등을 처리하거나 메모리(170)에 저장된 응용 프로그램을 구동함으로써, 사용자에게 적절한 정보 또는 기능을 제공 또는 처리할 수 있다.
또한, 제어부(180)는 메모리(170)에 저장된 응용 프로그램을 구동하기 위하여, 도 1과 함께 살펴본 구성요소들 중 적어도 일부를 제어할 수 있다. 나아가, 제어부(180)는 상기 응용 프로그램의 구동을 위하여, 웨어러블 단말기(100)에 포함된 구성요소들 중 적어도 둘 이상을 서로 조합하여 동작시킬 수 있다.
전원공급부(190)는 제어부(180)의 제어 하에서, 외부의 전원, 내부의 전원을 인가 받아 웨어러블 단말기(100)에 포함된 각 구성요소들에 전원을 공급한다. 이러한 전원공급부(190)는 배터리를 포함하며, 상기 배터리는 내장형 배터리 또는 교체가능한 형태의 배터리가 될 수 있다.
상기 각 구성요소들 중 적어도 일부는, 이하에서 설명되는 다양한 실시 예들에 따른 웨어러블 단말기의 동작, 제어, 또는 제어방법을 구현하기 위하여 서로 협력하여 동작할 수 있다. 또한, 상기 웨어러블 단말기의 동작, 제어, 또는 제어방법은 상기 메모리(170)에 저장된 적어도 하나의 응용 프로그램의 구동에 의하여 웨어러블 단말기 상에서 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시 예와 관련된 웨어러블 이동 단말기(100)의 일 예로서 와치타입 이동 단말기를 도시한 사시도이다. 와치타입 이외에 사용자의 신체와 접촉하는 상태로 착용되는 웨어러블 단말기(100)는 모두 본 발명에 포함되며 설명의 편의를 위해 이하에서는 와치타입의 웨어러블 단말기(100)를 기준으로 설명하도록 한다.
도 2를 참조하면, 웨어러블 이동 단말기(100)는 디스플레이부(151)를 구비하는 본체(101) 및 본체(101)에 연결되어 손목에 착용 가능하도록 구성되는 밴드(102)를 포함한다.
본체(101)는 외관을 형성하는 케이스를 포함한다. 도시된 바와 같이, 케이스는 각종 전자부품들을 수용하는 내부 공간을 마련하는 제1케이스(101a) 및 제2케이스(101b)를 포함할 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 하나의 케이스가 상기 내부 공간을 마련하도록 구성되어 유니 바디의 웨어러블 단말기(100)가 구현될 수도 있다.
웨어러블 단말기(100)는 무선 통신이 가능하도록 구성되며, 본체(101)에는 상기 무선 통신을 위한 안테나가 설치될 수 있다. 한편, 안테나는 케이스를 이용하여 그 성능을 확장시킬 수 있다. 예를 들어, 도전성 재질을 포함하는 케이스가 안테나와 전기적으로 연결되어 그라운드 영역 또는 방사 영역을 확장시키도록 구성될 수 있다.
본체(101)의 전면에는 디스플레이부(151)가 배치되어 정보를 출력할 수 있으며, 디스플레이부(151)에는 터치센서가 구비되어 터치 스크린으로 구현될 수 있다. 도시된 바와 같이, 디스플레이부(151)의 윈도우(151a)는 제1 케이스(101a)에 장착되어 제1 케이스(101a)와 함께 단말기 바디의 전면을 형성할 수 있다.
본체(101)에는 음향 출력부(152), 카메라(121), 마이크로폰(122), 사용자 입력부(123) 등이 구비될 수 있다. 디스플레이부(151)가 터치 스크린으로 구현되는 경우, 사용자 입력부(123)로 기능할 수 있으며, 이에 따라 본체(101)에 별도의 키가 구비되지 않을 수 있다.
밴드(102)는 손목에 착용되어 손목을 감싸도록 이루어지며, 착용이 용이하도록 플렉서블 재질로 형성될 수 있다. 그러한 예로서, 밴드(102)는 가죽, 고무, 실리콘, 합성수지 재질 등으로 형성될 수 있다. 또한, 밴드(102)는 본체(101)에 착탈 가능하게 구성되어, 사용자가 취향에 따라 다양한 형태의 밴드로 교체 가능하게 구성될 수 있다.
한편, 밴드(102)는 안테나의 성능을 확장시키는 데에 이용될 수 있다. 예를 들어, 밴드에는 안테나와 전기적으로 연결되어 그라운드 영역을 확장시키는 그라운드 확장부(미도시)가 내장될 수 있다.
밴드(102)에는 파스너(fastener; 102a)가 구비될 수 있다. 파스너(102a)는 버클(buckle), 스냅핏(snap-fit)이 가능한 후크(hook) 구조, 또는 벨크로(velcro; 상표명) 등에 의하여 구현될 수 있으며, 신축성이 있는 구간 또는 재질을 포함할 수 있다. 본 도면에서는, 파스너(102a)가 버클 형태로 구현된 예를 제시하고 있다.
웨어러블 단말기(100)는 무선 통신이 가능하도록 구성되며, 본체(101)에는 상기 무선 통신을 위한 안테나가 설치될 수 있다. 한편, 안테나는 케이스를 이용하여 그 성능을 확장시킬 수 있다. 예를 들어, 도전성 재질을 포함하는 케이스가 안테나와 전기적으로 연결되어 그라운드 영역 또는 방사 영역을 확장시키도록 구성될 수 있다.
본체(101)의 전면에는 디스플레이부(151)가 배치되어 정보를 출력할 수 있으며, 디스플레이부(151)에는 터치센서가 구비되어 터치 스크린으로 구현될 수 있다. 도시된 바와 같이, 디스플레이부(151)의 윈도우(151a)는 제1 케이스(101a)에 장착되어 제1 케이스(101a)와 함께 단말기 바디의 전면을 형성할 수 있다.
본체(101)에는 음향 출력부(152), 카메라(121), 마이크로폰(122), 사용자 입력부(123) 등이 구비될 수 있다. 디스플레이부(151)가 터치 스크린으로 구현되는 경우, 사용자 입력부(123)로 기능할 수 있으며, 이에 따라 본체(101)에 별도의 키가 구비되지 않을 수 있다.
밴드(102)는 손목에 착용되어 손목을 감싸도록 이루어지며, 착용이 용이하도록 플렉서블 재질로 형성될 수 있다. 그러한 예로서, 밴드(102)는 가죽, 고무, 실리콘, 합성수지 재질 등으로 형성될 수 있다. 또한, 밴드(102)는 본체(101)에 착탈 가능하게 구성되어, 사용자가 취향에 따라 다양한 형태의 밴드로 교체 가능하게 구성될 수 있다.
한편, 밴드(102)는 안테나의 성능을 확장시키는 데에 이용될 수 있다. 예를 들어, 밴드에는 안테나와 전기적으로 연결되어 그라운드 영역을 확장시키는 그라운드 확장부(미도시)가 내장될 수 있다.
밴드(102)에는 파스너(fastener; 302a)가 구비될 수 있다. 파스너(102a)는 버클(buckle), 스냅핏(snap-fit)이 가능한 후크(hook) 구조, 또는 벨크로(velcro; 상표명) 등에 의하여 구현될 수 있으며, 신축성이 있는 구간 또는 재질을 포함할 수 있다. 본 도면에서는, 파스너(102a)가 버클 형태로 구현된 예를 제시하고 있다.
본 발명의 웨어러블 단말기(100)는 사용자의 신체와 접촉된 상태를 유지할 수 있기 때문에 체온, 심장박동 등의 생체 정보를 수집할 수 있기 때문에 웨어러블 단말기(100)에 온도계나, 광혈류 측정기(200)(PPG: Photoplethysmography)를 구비할 수 있다.
광혈류 측정기(200)는 사용자의 신체와 인접한 상태에서 전자기파를 사출하고 사출된 전자기파가 반사되어 감지된 양을 기초로 측정하기 때문에 웨어러블 단말기(100)의 사용자와 접촉하는 면 방향에 형성된다. 와치타입 이동 단말기의 경우 본체(101)의 뒷면에 형성될 수 있다.
본 발명은 광혈류 측정기(200)를 구비한 웨어러블 단말기(100)에 관한 것으로, 웨어러블 단말기(100)는 사용자가 착용한 상태로 생활하므로, 지속적으로 심장박동에 대한 데이터를 얻을 수 있고, 웨어러블 단말기(100)에 어플리케이션을 이용하여 측정한 심장박동 데이터를 이용하여 건강상태를 측정하거나, 소모한 칼로리를 계산하는 등 심장박동 데이터를 활용하여 다양한 기능을 구현할 수 있다.
도 3는 광혈류 측정기(200)의 원리를 설명하기 위한 도면이다. 광혈류 측정기(200)는 사출신호를 송신하는 트랜스미터(201)와 사출신호가 반사되어 되돌아오는 반사신호를 감지하는 리시버(202)를 포함한다.
사출신호는 전자기파로서, 예를 들면 녹색이나 푸른색과 같이 특정 색상의 빛이 될 수 있으며, 트랜스미터(210)는 LED를 이용하여 구현할 수 있다. 상기 트랜스미터(210)는 소정의 주기를 가지고 사출신호를 송신할 수 있다.
상기 트랜스미터(210)에서 사출된 사출신호는 피부를 통과하여 혈관(3)에 도달하며 혈관(3) 내의 적혈구(5)에 반사되거나 적혈구(5)에 도달하지 않는 빛은 사용자의 신체를 관통한다. 리시버(202)는 상기 트랜스미터(201)와 이격되어 위치하며, 상기 사출신호가 반사되어 다시 광혈류 측정기(200) 쪽으로 돌아오는 반사신호를 감지한다.
혈관(3) 내에 적혈구(5)의 양이 많으면, 반사신호의 세기가 크고, 혈관(3) 내에 적혈구(5)의 양이 적은 경우 반사신호의 세기가 작다. 심장이 박동하여 혈액을 공급하는 힘에 의해 혈관(3) 내의 혈액이 순환하며, 심장이 혈액을 밀어내는 심장 수축기에 반사신호의 세기가 커지고 심장 이완기에 반사신호의 세기가 작아진다. 상기 반사신호의 세기가 강해지고 약해지는 주기를 측정하여 심장 박동수, 즉 심장박동을 잴 수 있다.
도 4는 도 3의 광혈류 측정기(200)에서 측정한 값을 나타낸 그래프로, 가로축은 시간이고 세로축은 반사신호의 세기를 나타내며, 심장 박동에 따라 파형의 그래프가 도출된다. 사용자가 안정된 자세로 측정하는 경우에는 도 4와 같이 안정적인 파형을 나타낸다.
그러나, 사용자가 웨어러블 단말기(100)를 착용하고 움직이는 경우 웨어러블 단말기(100)가 사용자의 신체와 접착되어 있는 상태가 아니기 때문에 흔들리면서 움직일 뿐만 아니라 사용자의 움직임에 따라 혈관(3) 내의 적혈구(5)도 진동하게 된다. 밴드(102)를 단단히 채우는 경우 움직임이 줄어들 수는 있으나 착용감이 떨어지는 문제가 있다.
도 5는 사용자가 움직이는 경우 종래의 광혈류 측정기(200)의 측정 결과를 도시한 그래프이고, 도 6은 도 5의 광혈류 측정기(200)의 측정 결과를 도시한 그래프이다.
사용자가 움직이는 경우, 도 5에 도시된 바와 같이 적혈구(5)가 움직이거나 웨어러블 단말기(100)가 움직임에 따라 광혈류 측정기(200)를 기준으로 적혈구(5)가 흔들리면서 많은 반사신호가 감지되거나 감지되는 반사신호의 양이 줄어들 수 있다.
따라서 도 5의 경우 도 6과 같이 불규칙한 파형을 이루는 결과가 도출되어 정확하게 심장박동에 의해 혈류양이 많아지고 적어지는 주기를 측정하기 어려워 정확한 심장 박동수를 측정함에 어려움이 있다.
흔들림으로 인해 발생하는 반사신호의 변화도 주기로 감지되면 심장박동이 큰 값으로 산출될 수 있어 상기 노이즈를 제거할 필요가 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 단말기(100)의 광혈류 측정기(200)의 단면을 도시한 도면이고, 도 8은 은 도 7의 웨어러블 단말기(100)의 광혈류 측정기(200)의 측정 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참고하면 광혈류 측정기(200)는 본체(101)의 리어케이스(101b)배면에 결합하면서, 트랜스미터(201)와 리시버(202)로 구성된다. 광혈류 측정기(200)를 커버하며 리어 케이스(101b)에 결합하여, 광혈류 측정기(200)를 보호하는 커버(210)를 더 포함하며, 상기 커버(210)는 광혈류 측정기(200)에서 사출된 사출신호와 적혈구(5)에 반사되어 되돌아 오는 반사신호가 통과될 수 있도록, 사출신호와 반사신호에 해당하는 주파수의 신호는 통과할 수 있는 소재로 이루어질 수 있다.
사용자의 움직임에 의한 반사신호의 노이즈를 줄이기 위해, 본 발명의 웨어러블 단말기(100)에 부착된 커버(210)는 사출신호 및 반사신호를 투과시키기는 투과부(212)와 상기 사출신호 및 반사신호를 차폐하는 배리어부(211)를 더 포함한다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 트랜스미터(201)와 리시버(202)에 상응하는 위치는 투과부(212)를 배치하고, 그 외의 부분은 배리어부(211)로 구성하여 흔들림에 의해 반사된 노이즈는 배리어부(211)에 의해 차단된다.
광혈류 측정기(200)를 커버하며, 하우징에 커버(210)가 결합하기 위해 커버(210)의 양 옆에 접착 테이프(204)를 구비한다. 상기 접착 테이프(204)는 방수테이프를 이용하여 커버(210)와 리어 케이스(101b) 사이의 틈으로 물이 유입되는 것을 방지할 수 있다.
커버(210)와 광혈류 측정기(200) 사이에 이격공간(g)에 트랜스미터(201)와 리시버(202)에 상응하는 부분에 개구부(205)가 형성된 러버(203)를 구비할 수 있다. 상기 러버(203)는 트랜스미터(201)와 러버(203) 사이를 차폐하여 트랜스미터(201)에서 사출된 빛이 바로 리시버(202)로 유입되어 발생하는 오차를 줄일 수 있다.
또한, 가속도 센서(143)를 이용하여 광혈류 측정기(200)에서 발생하는 노이즈 값을 감쇄시킬 수 있다. 가속도 센서(143)를 이용하여 노이즈를 감쇄시키는 방법은 상기 커버(210)를 구비한 광혈류 측정기(200)에서 얻은 반사신호 데이터 뿐만 아니라 커버(210)를 구비하지 않은 광혈류 측정기(200)에서 얻은 반사신호 데이터에도 적용 가능하다. 다만, 전자의 경우 반사신호의 로우 데이터 자체가 1차적으로 노이즈가 제거된 상태이므로 보다 정확한 반사신호 데이터를 얻을 수 있다.
가속도 센서(143)는 물체의 가속도, 진동, 충격 등과 같은 동적인 힘을 측정하기 위한 장치이다.
기계식의 경우 용수철과 같은 탄성부재를 이용하여 가속도를 측정하나 본 발명의 웨어러블 단말기(100)에 실장하기 위해서는 전자식 가속도 센서 또는 전압식 가속도 센서를 이용하는 것이 바람직하다. 전자식 가속도 센서는 적당한 질량을 가진 가동 부분이 움직인 양을 자석과 코일의 기전력에 의하여 측정하는 것이고, 전압식 가속도 센서는 압력을 가하면 전압을 발생하는 압전소자를 사용하여 가해진 압력으로 가속도를 알아내는 것이다.
사용자가 움직일 때 가속도가 변화므로, 가속도 센서(143)를 이용하여 사용자의 움직임을 감지할 수 있다. 본 발명은 상기 가속도 센서(143)에서 감지한 가속도의 변화를 이용하여 사용자의 움직임을 파악하고, 상기 움직임을 고려하여 광혈류 측정기(200)에서 산출된 반사신호를 필터링 하여 사용자의 움직임에 의한 노이즈를 제거할 수 있다.
도 9는 종래의 웨어러블 단말기(100)의 광혈류 측정기(200)로 측정한 결과를 도시한 그래프이다.
도 9의 (a)는 흔들리는 경우 광혈류 측정기(200)에서 측정한 반사신호 로우 데이터로서, 심장박동에 상응하는 주기로 반사신호의 크기가 변화하고, 그 사이에 짧은 주기로 반사신호의 크기가 변화한다. 상기 흔들림에 의한 짧은 주기의 반사신호 변화를 포함하는 (a)의 결과를 고속 푸리에 변환((Fast-Fourier Transform FFT)을 이용해 이를 주기에 대한 그래프로 변환하면, 도 9의 (b)와 같이 50Hz의 주파수에서 측정값이 나타난다. 상기 값은 미세 변화량에 의해 도출된 노이즈로 상기 노이즈로 인해 실제 심장 박동인 1.367Hz대역의 주파수 값이 작아지게 된다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 단말기(100)의 광혈류 측정기(200)로 측정한 결과를 도시한 그래프로서, 도 10의 (a)는 도 9의 (a)의 노이즈를 제거한 반사신호의 세기를 나타낸다.
가속도 센서(143)가 움직임을 측정하여 흔들림을 감지하면 해당 주기에 상응하는 변화를 제거하여 노이즈를 없앨 수 있으며, (a)의 결과를 고속 푸리에 변환((Fast-Fourier Transform: FFT)을 이용해 이를 주파수에 대한 그래프로 변환하면, 도 10의 (b)와 같이 1.367Hz(= 82beats/s)에서의 신호크기가 크게 산출되어 정확한 심장박동을 측정할 수 있다.
이와 같이 가속도 센서(143)를 이용하여 노이즈를 필터하면 뛰거나 운동중에 발생하는 흔들림에 의한 오차를 줄여 운동중에도 정확한 심장박동 정보를 얻을 수 있다.
뛰거나 걷는 것과 같이 일정 주기를 패턴으로 움직이는 움직임 이외에 일 방향으로 지속적으로 발생하는 움직임에 의해 반사신호의 세기가 달라질 수 있다. 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 단말기(100)의 타면 방향으로의 움직임에 따른 광혈류 측정기(200)의 작동을 설명하기 위한 도면이고, 도 12는 도 11의 측정 결과를 도시한 그래프이다.
도 11을 참조하면 본체의 광혈류 측정기(200)가 위치하는 일면과 반대 방향(타면 방향, 도면상 상측방향)으로 웨어러블 단말기(100)와 사용자의 신체가 이동하는 경우 혈관(3) 내의 적혈구(5)는 광혈류 측정기(200)에서 이격된 방향으로 이동한다. 즉, 광혈류 측정기(200)와 적혈구(5) 사이가 멀어지면서, 트랜스미터(201)에서 사출한 사출신호 대비 반사되어 리시버(202)에서 감지되는 반사신호의 크기가 줄어든다.
전체 신호의 크기가 줄면서 심장의 수축기와 이완기에서 나타나는 반사신호의 세기 차이(raw gap)도 작아져서 정확한 주기 측정에 어려움이 있다. 이러한 경우 반사신호의 크기를 증폭시켜 심장의 수축기와 이완기에서 나타나는 반사신호의 차이가 크게 증폭되어, 정확한 심장박동의 측정이 가능하다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 단말기(100)의 일면 방향으로의 움직임에 따른 광혈류 측정기(200)의 작동을 설명하기 위한 도면이고, 도 14는 도 13의 측정 결과를 도시한 그래프이다.
도 13을 참조하면 사용자가 광혈류 측정기(200)가 위치하는 일면 방향으로(도면상 하측 방향으로) 이동하는 경우 적혈구(5)는 광혈류 측정기(200)에 가까워지는 방향으로 움직인다. 광혈류 측정기(200)에 가까워지는 방향으로 적혈구(5)가 몰리면, 사출신호대비 반사신호의 세기가 강하게 나타나 도 14와 같이 큰 값이 도출된다.
특히 심장 수축기와 심장 이완기의 차이(raw gap)이 크게 나타나며, 전술한 일면 방향으로 움직임에 비해 20배 차이가 난다. 심장 수축기와 이완기가 명확히 나타나면 정확한 심장 박동수를 얻을 수 있다.
또한, 이상신호 제거 기준(cut-off level)을 조정할 수 있다. 이상신호는 비정상적으로 크게 나타나는 반사신호를 의미하며, 상기 이상신호는 노이즈로 볼 수 있다. 이상신호 제거 기준(cut-off level)은 상기 이상신호를 제거하는 기준을 의미한다.
도 12와 같이 반사신호의 세기가 작은 경우 이상신호 제거 기준을 낮게 설정해야 노이즈가 제거될 수 있으나, 도 14와 같이 반사신호의 세기가 큰 경우 이상신호 제거 기준을 너무 낮게 설정하면 노이즈가 아닌 정상신호도 제거되는 문제가 있다.
따라서, 타면 방향으로 웨어러블 단말기(100)가 이동하는 것이 가속도 센서(143)를 통해 감지되는 경우 이상신호 제거 기준을 낮추고(도 12 참조), 반대로 일면 방향으로 웨어러블 단말기(100)가 이동하는 것이 가속도 센서(143)를 통해 감지되는 경우 이상신호 제거 기준을 높일 수 있다(도 14 참조).
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 단말기(100)의 혈류 방향과 상이한 방향으로 움직임에 따른 광혈류 측정기(200)의 작동을 설명하기 위한 도면이고, 도 16은 도 15의 측정결과를 도시한 그래프이다.
도면상으로 혈류가 좌측 방향으로 흐른다고 할 때, 혈류가 흐르는 방향과 상이한 방향으로 움직이면 도 15와 같이 좌측 방향으로 적혈구(5)가 몰리게 된다. 좌측으로 몰린 적혈구(5)에 의해 순간적으로 반사신호의 세기가 커지나, 우측의 적은양의 적혈구(5)가 광혈류 측정기(200)의 하부에 도달하면 도 16의 A와 같이 반사신호의 세기가 급격히 작아진다.
A의 반사신호가 작은 부분은 도 12의 그래프와 유사하게 반사신호의 세기가 작으므로, 정확한 심장박동 데이터를 얻기 위해 제어부는 상기 변화를 보상하는 제어를 한다. 제어부는 급격하게 작아진 반사신호의 세기를 증폭시키고 이상신호 제거 기준을 낮추어 움직임에 의한 반사신호의 세기가 변화하는 것을 상쇄하여 움직이지 않았을 때와 유사한 결과를 얻을 수 있다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 단말기(100)의 혈류 방향과 동일한 방향으로 움직임에 따른 광혈류 측정기(200)의 작동을 설명하기 위한 도면이고, 도 18은 도 17의 측정결과를 도시한 그래프이다.
도면상 좌측으로 흐르는 혈액과 동일한 방향으로 웨어러블 단말기(100) 및 사용자의 몸이 움직이면, 처음에는 적은 양의 적혈구(5)에 의해 반사신호의 세기가 작은 상태이었다가 오른쪽으로 몰려 있는 적혈구(5)가 혈액의 흐름에 따라 광혈류 측정기(200)의 하부에 도달하면 도 17의 B와 같이 반사신호의 세기가 급격히 커진다.
반사신호의 세기가 커지는 부분은 반사신호의 도 14의 그래프와 유사하게 반사신호의 세기가 커지므로, 정확한 심장박동 데이터를 얻기 위해 제어부는 상기 변화를 보상하는 제어를 한다. 제어부는 급격하게 커진 반사신호의 크기를 감쇄시키고 이상신호 제거 기준을 높여, 움직임에 의한 광혈류 측정기(200)에서 수신한 반사신호의 세기가 변화하는 것을 상쇄하여 움직이지 않았을 때와 유사한 결과를 얻을 수 있다.
가속도 센서(143)를 이용하여 웨어러블 단말기(100)의 움직임을 감지하여 그에 따른 반사신호의 세기 변화를 상쇄할 수 있어, 움직임에 따라 나타나는 오차를 제거하여 보다 정확한 심장박동 데이터를 얻을 수 있다.
특히 종래의 광혈류 측정기(200)는 사용자가 움직이면서 측정하기 어려웠으나, 본 발명은 사용자가 운동 중에도 사용 가능하기 때문에 운동중에 변화하는 심장 박동을 측정하여 지속적으로 심장박동을 모니터링 할 수 있다. 본 발명의 웨어러블 단말기(100)를 통해 심장이 약한 사람의 경우 심장에 무리가 가지 않는 수준에서 운동을 할 수 있도록 가이드 할 수 있다.
또한, 웨어러블 단말기(100)의 어플리케이션 등을 통해 광혈류 측정기(200)에서 측정한 심장박동을 기초로 칼로리를 계산할 수도 있다. 도 19는 본 발명의 웨어러블 단말기(100)의 소모 칼로리를 산출하여 제공하는 화면을 도시한 도면이다.
가속도 센서(143)는 가속도의 변화를 감지하여 사용자의 움직임을 측정한다. 사용자가 걸으면 상하방향으로 웨어러블 단말기(100)가 움직이기 때문에 걷는 동작에서 나타나는 가속도 변화를 측정하여 걸음수를 측정할 수 있다. 통상적인 걸음수 대비 소모 칼로리를 산출할 수 있다.
동일한 걸음수인 경우에도 속도나 사용자의 몸무게에 따라 소모 칼로리가 달라질 수 있으므로, 몸무게 정보를 추가하거나, GPS를 이용하여 측정한 이동거리를 기초로 산출한 속도 이용하여 보다 정확한 칼로리를 계산할 수 있다.
다만, 가속도 센서(143)가 웨어러블 단말기(100)의 가속도 변화를 감지한다 하더라도, 반드시 운동하고 있는 상태가 아닐 수 있어 산출한 칼로리가 정확하지 않게 된다.
도 20 및 도 21은 사용자의 움직임에 따른 가속도 센서(143)와 광혈류 측정기(200)의 측정 결과를 도시한 도면으로, 도 20과 같이 와치타입 웨어러블 단말기(100)를 손목에 차고 글씨를 쓰는 경우 가속도 센서(143)의 변화는 크게 나타나나 실질적으로 운동을 한 것이 아니므로 소모 칼로리가 낮다.
또한, 말을 타거나 자동차를 타는 경우 상하방향의 흔들림이 감지되어 걸음수로 인지될수도 있으나, 실제 운동한 것이 아니므로 소모 칼로리는 낮게 된다.
도 21과 같이 걸어 올라가는 경우에는 평지를 걷는 것보다 더 큰 운동이 되기 때문에 소모 칼로리가 높으나, 가속도 센서(143)에서 측정된 움직임으로는 평지와 동일한 결과가 나타나는 문제가 있다.
도 20이나 도 21과 같은 오류를 해소하기 위해 기준속도로 평지를 걷는 운동에서 소모하는 칼로리(기준 소모 칼로리)를 기준으로 운동강도가 큰 경우 소모 칼로리를 높이고, 운동강도가 작은 경우 소모 칼로리를 낮추어 정확한 칼로리를 산출할 수 있다.
심장박동이 빠르면 강도(high level)의 운동을 하고 있는 것이고, 약하면 약도(low level)의 운동을 하고 있는 것이므로 심장박동수를 이용하면 실제 운동의 강도를 측정할 수 있다. 따라서, 도 20의 (b)와 같이 가속도 센서(143)의 변화량이 크나 심장박동수의 변화가 거의 없는 경우, 운동강도가 약하다(low level)고 판단하고, 소모 칼로리를 낮게 산출할 수 있다.
도 21의 (b)와 같이 가속도 변화가 있으면서 동시에 심장박동수도 증가하면, 실제 운동한 것으로 보고 칼로리를 계산할 수 있으며, 심장박동수가 기준속도로 평지를 걷는 운동에서의 심장박동수(기준 심장박동수) 보다 크면 강도(high level)의 운동을 하는 것으로 판단하고, 기준 심장박동수와 같으면 중도(middl level)의 운동을 하는 것으로 판단하며, 기준 심장박동수보다 심장박동수가 작으면 약도(low level)의 운동을 한 것을 판단할 수 있다.
계단을 올라가는 경우 평지에서 걷는 경우보다 심장박동의 변화는 크게 나타나므로, 평지에서 걷는 경우의 칼로리보다 더 큰 칼로리를 소모한 것으로 판단하여 소모 칼로리를 산출할 수 있다.
심장박동수를 이용하여 운동 강도를 판단하고 칼로리를 계산하는 방법은 단순히 가속도 센서(143)에서 측정한 가속도 변화만으로 칼로리를 계산하는 것에 비해 정확한 칼로리를 계산할 수 있다.
또한, 지속적으로 움직임을 감지하여 운동이 부족한지 충분한지를 알 수 있도록 도 19와 같이 1일간 움직임의 강도를 보여주는 그래프를 제공할 수도 있다. 운동량을 감지하여 운동량이 부족한지 충분한지를 알 수 있다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 광혈류 측정기(200)의 설정 화면을 도시한 도면이다. 광혈류 측정기(200)를 지속적으로 구동하는 경우 웨어러블 단말기(100)의 전력이 많이 소모된다. 광혈류 측정기(200)를 지속적으로 구동할 필요가 있는 경우에는 always on 상태를 체크하여 지속적으로 구동하도록 제어할 수 있으나, 운동할 때에만 사용하거나 심한 움직임에서 심장박동이 높아지는 것을 방지하기 위해 사용할 수도 있다.
도 22에 도시된 바와 같이 광혈류 측정기(200)를 구동하기 위한 움직임의 강도를 분류하여, 특정 강도 이상의 움직임이 감지될 때에만 광전류 측정기(200)를 구동시도록 설정할 수 있다. 또한, 항상 활성화 상태로 두거나 항상 사용하지 않도록 꺼놓을 수 있다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 광혈류 측정기(200)의 착용 실시예를 도시한 도면이다. 광혈류 측정기(200)에서 심박이 감지되면 사용자가 착용한 것을 감지할 수 있으며, 광혈류 측정시 혈관(3)의 분포 정도에 따라 반사신호의 세기 차이가 크게 나타나기 때문에, 심박의 세기에 따라 사용자가 손목에 착용한 상태(방향)를 파악할 수 있다. (a)와 같이 손목 안쪽에 웨어러블 단말기(100)를 착용하는 경우 혈관(3)이 많이 통과하여 반사신호의 세기가 너무 크고 혈관(3)마다 혈액양의 증감에 시차가 발생할 수 있어, 오히려 심장박동수 산출 시 오차가 발생할 수 있다.
(c)와 같이 손목의 측면에 웨어러블 단말기(100)를 착용하는 경우 혈관(3)과 너무 이격되어 반사신호의 세기가 작아 정확한 심장박동을 측정할 수 없다. (b)와 같이 손목의 바깥쪽에 착용시 정확한 심장박동수의 측정이 가능하기 때문에 사용자가 정확한 위치에 착용하도록 가이드할 필요가 있다.
이하에서는 와치타입의 이동 단말기를 기초로 설명하나 그 외의 웨어러블 단말기(100)의 경우에도 적용 가능하다. 광혈류 측정기(200)에서 수신한 반사신호의 세기를 감지하여 반사신호의 세기가 약한 경우 제어부는 정확한 위치에 착용하도록 가이드 할 수 있다. 웨어러블 단말기(100)의 착용 위치를 가이드 하기 위해 디스플레이부(151)에는 다양한 시그널 인디케이터를 제공할 수 있다.
도 24 내지 도 31은 본 발명의 웨어러블 단말기(100)의 착용 위치를 안내하는 화면의 다양한 실시예를 도시한 도면이다. 도 24는 시그널 인디케이터(1512)가 디스플레이부(151)의 화면에 디스플레이되고 사용자가 상기 시그널 인디케이터(1512)가 중앙에 위치하도록 웨어러블 단말기(100)의 위치를 조정한다.
도면상으로 원이 하측에 위치하므로 웨어러블 단말기(100)를 하측 방향으로 이동시키면 원(1512)이 디스플레이부(151)의 가운데 위치하게 된다. 밴드(102)의 연장 방향으로 움직이는 것 이외에 밴드(102)에 수직인 방향으로의 움직임을 가이드 하기위해 원(1512)이 좌측이나 우측에 위치할 수도 있다.
도 25에 도시된 바와 같이, 시그널 인디케이터(1513)가 사용자에게 정확한 착용 상태를 보여주는 이미지나 사진을 제공하여 사용자가 정위치에 착용하도록 가이드 할 수 있다.
반사신호가 약하여 심장박동을 정확히 측정하기 어려운 경우 도 26 내지 도 31에 도시된 바와 같이 화면의 일측에 시그널 인디케이터(1514)가 웨어러블 단말기(100)의 위치 재조정이 필요하다는 안내를 한다.
사용자는 상기 시그널 인디케이터(1514)를 터치하여 선택하면 도 27 또는 도 28과 같이 시그널 인디케이터(1514)와 기준 인디케이터(1515)가 화면에 나타난다. 도 27 및 도 28에는 화면 전체 사이즈로 커지는 것으로 도시되어 있으나, 일측에 위치시킬 수도 있고, 기존에 출력하던 화면과 오버랩되어 출력할 수도 있다.
시그널 인디케이터(1514)는 기준 인디케이터(1515)와 크기 및 위치가 일치하지 않는다. 시그널 인디케이터(1514)가 기준 인디케이터(1515) 보다 작은 경우(도 27)에는 신호의 세기가 요구되는 반사신호의 세기(유효신호 세기)보다 작은 경우이고, 시그널 인디케이터(1514)가 기준 인디케이터(1515) 보다 큰 경우(도 28)는 신호의 세기가 유효신호세기보다 세기가 큰 경우이다.
도 27은 신호의 세기가 유효신호세기보다 작으므로 도 23의 (c)와 같이 착용한 상태를 도시한 것이고, 도 28은 신호의 세기가 유효신호세기보다 크므로 도 23의 (a)와 같이 착용한 상태를 도시한 상태일 수 있다. 기준 인디케이터(1515)와 일치되도록 웨어러블 단말기(100)를 움직이면, 도 29와 같이 정위치에 맞춰지면서 정위치 착용을 위한 가이드를 종료한다.
위치를 재설정하는 경우 정위치인지 확인하기 위해 데이터를 수집할 시간이 필요하다. 이때 상기 시그널 인디케이터(1514)를 깜빡이거나 도 30과 같이 신뢰도를 수치적으로 표시하여 신뢰도가 100%가 되면 깜빡이는 것을 멈추고 광전류 측정기(200)를 작동하거나, 도 31과 같이 신뢰도를 표시하고 광전류 측정기(200)의 구동을 사용자에게 알린다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 적어도 일 실시예에 따르면, 광혈류 측정기(200)로 맥파 측정시 움직임에 따라 발생하는 노이즈를 제거하여 정확한 심장박동수를 구할 수 있는 웨어러블 단말기(100)를 제공한다.
또한, 웨어러블 단말기(100)의 착용 위치를 가이드 하여 착용 위치에 따라 발생하는 오차를 제거하여 정확한 심장박동수를 구할 수 있다.
또한, 심장 박동수와 가속도 센서(143)를 이용하여 보다 정확한 소모 칼로리를 측정할 수 있다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
100: 웨어러블 단말기 101: 본체
102: 밴드 110: 무선통신부
120: 입력부 140: 센싱부
150: 출력부 151: 디스플레이부
160: 인터페이스부 170: 메모리
180: 제어부 190: 전원공급부
200: 광혈류 측정기 201: 트랜스미터
202: 리시버 210: 커버
211: 배리어부 212: 투과부
1512, 1513, 1514, 1516: 시그널 인디케이터
1515: 기준 인디케이터
102: 밴드 110: 무선통신부
120: 입력부 140: 센싱부
150: 출력부 151: 디스플레이부
160: 인터페이스부 170: 메모리
180: 제어부 190: 전원공급부
200: 광혈류 측정기 201: 트랜스미터
202: 리시버 210: 커버
211: 배리어부 212: 투과부
1512, 1513, 1514, 1516: 시그널 인디케이터
1515: 기준 인디케이터
Claims (20)
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 전장부를 구비하며 일면이 사용자의 신체와 접촉하는 본체;
상기 본체의 일면에 결합되며 사출신호를 사출하는 트랜스미터와 상기 사출신호가 사용자의 혈관의 적혈구에 반사되어 되돌아오는 반사신호를 감지하는 리시버를 포함하는 광혈류 측정기;
상기 본체의 움직임을 감지하는 가속도 센서; 및
상기 가속도 센서에서 감지한 움직임의 방향 및 속도를 기초로 상기 광혈류 측정기에서 감지한 반사신호를 보상하여 반사신호 데이터를 산출하고, 상기 반사신호 데이터의 기준시간당 변화 횟수를 기초로 심장박동수를 산출하는 제어부를 포함하며,
상기 제어부는
상기 가속도 센서가 상기 적혈구의 이동 방향과 반대 방향으로 이동을 감지하는 경우 상기 반사신호의 측정값을 증폭시키고,
상기 가속도 센서가 상기 적혈구의 이동 방향과 같은 방향으로 이동을 감지하는 경우 상기 반사신호의 측정값을 감쇄시키는 것을 특징으로 하는 웨어러블 단말기. - 제5항에 있어서,
상기 제어부는
상기 가속도 센서에서 소정 주기로 상기 본체의 움직임이 감지되는 경우, 상기 주기에 상응하는 간격으로 변화하는 상기 반사신호의 변화를 제거하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 단말기. - 제 5항에 있어서,
상기 제어부는
상기 가속도 센서에서 본체의 타면 방향으로 이동이 감지되는 경우 감지된 반사신호의 크기를 증폭시키는 것을 특징으로 하는 웨어러블 단말기. - 제5항에 있어서,
상기 제어부는
이상신호 제거 기준(cut-off level)보다 높은 반사신호를 제거하여 상기 반사신호 데이터를 산출하며,
상기 가속도 센서에서 본체의 타면 방향으로 이동이 감지되는 경우 상기 반사신호의 이상신호 제거 기준을 낮추고,
상기 가속도 센서에서 본체의 일면 방향으로 이동이 감지되는 경우 상기 반사신호의 이상신호 제거 기준을 높이는 것을 특징으로 하는 웨어러블 단말기. - 삭제
- 제5항에 있어서,
상기 제어부는
상기 가속도 센서를 이용하여 사용자의 걸음수를 측정하고,
상기 걸음수에 상응하는 소모 칼로리를 계산하며,
상기 산출한 심장박동수의 크기가 기준 심장박동수보다 큰 경우 상기 소모 칼로리를 증가시키고,
상기 산출한 심장박동수의 크기가 기준 심장박동수보다 작은 경우 상기 소모 칼로리를 낮추는 것을 특징으로 하는 웨어러블 단말기. - 제10항에 있어서,
사용자의 위치정보를 송수신하는 GPS모듈을 더 포함하고,
상기 제어부는
상기 GPS모듈에서 산출한 위치 변화를 감지하여 사용자의 이동 속도를 산출하며,
상기 이동속도가 기준속도보다 높으면 상기 소모 칼로리를 증가시키고, 상기 이동 속도가 기준속도보다 낮으면 상기 소모 칼로리를 줄이는 것을 특징으로 하는 웨어러블 단말기. - 제5항에 있어서,
상기 제어부는
상기 가속도 센서가 기준 크기 이상으로 움직임을 감지한 경우 상기 광혈류 측정기를 구동하고,
기준 크기 이하로 움직임을 감지한 경우 상기 광혈류 측정기의 휴지(休止)상태로 전환하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 단말기. - 제5항에 있어서,
상기 제어부는
상기 가속도 센서가 감지한 움직임의 크기가 커지면,
상기 광혈류 측정기의 트랜스미터에서 송출하는 빛의 세기를 강하게 하거나, 송출 주기를 짧게 변화시키는 것을 특징으로 하는 웨어러블 단말기.
- 삭제
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|---|---|---|---|
| KR1020140070881A KR102309289B1 (ko) | 2014-06-11 | 2014-06-11 | 와치형 이동 단말기 |
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Publications (2)
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