KR102332190B1 - 비침습 혈당 측정기 및 혈당 측정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 의료 측정 장치 기술분야에 관한 것이며, 특히 비침습 혈당 측정기 및 혈당 측정 방법에 관한 것이다. 본 발명의 상기 비침습 혈당 측정기는 광원, 스펙트로미터 및 측정대상 개재용 측정 공간을 포함하며, 측정 공간은 광원 및 스펙트로미터와 각각 연결되어 광원으로부터 방출되는 스펙트럼은 측정대상을 거친 후, 스펙트로미터에 입사하는 입사광을 생성할 수 있으며, 상기 스펙트로미터는 입사광에 대해 광변조를 진행하여 변조 후의 스펙트럼을 획득하기 위한 광변조층; 상기 광변조층의 하부에 위치하고, 변조 후의 상기 스펙트럼을 수신하여 변조 후의 상기 스펙트럼에 차분 응답을 제공하기 위한 광전검출층; 및 광전검출층의 하부에 위치하고, 차분 응답을 재구성하여 오리지널 스펙트럼을 획득하기 위한 신호처리회로층;을 포함한다. 상기 비침습 혈당 측정기는 비접촉성 비침습 혈당 측정을 실현할 수 있고, 스펙트로미터의 체적을 축소하는 동시에 스펙트럼 분석의 정밀성을 높임으로써 비침습 혈당 측정기로 하여금 측정 정밀도가 높고 휴대성이 양호한 등 장점을 갖도록 한다.

Description

비침습 혈당 측정기 및 혈당 측정 방법

[상호참조]

본 출원은 2019년 7월 31일자로 제출한 출원번호가 2019107003821이고 발명의 명칭이 "비침습 혈당 측정기 및 혈당 측정 방법"인 중국특허출원의 우선권을 주장하며, 그 모든 내용을 인용하는 방식으로 본 출원에 병입한다.

[기술분야]

본 발명은 의료 측정 장치 기술분야에 관한 것이며, 특히 비침습 혈당 측정기 및 혈당 측정 방법에 관한 것이다.

당뇨병(Diabetes Mellitus, DM)은 여러 가지 병인에 의한 대사 질병으로서, 인슐린 분비가 부족하거나 혹은 인슐린 사용의 장애로 인해 발생하는데, 만성 고혈당이 주요특징이며, 탄수화물, 지방 및 단백질 대사 문란이 동반되며, 일련의 심각한 합병증을 야기시킬 수 있다. 당뇨병은 인류 건강을 위협하는 중대 질병중의 하나로서, 환자의 생활 질량을 대폭 낮출 뿐만 아니라, 전 지구적으로 경제 부담을 증가시키고 있어, 당뇨병의 예방 및 치료에 관한 연구는 시급한 상황에 놓여 있다.

혈당 농도는 당뇨병의 상황을 반영하는 중요한 지표이며, 혈당을 빈번하게 측정하는 것은 병세를 관리 및 통제하는데 도움이 되고, 혈당 농도를 제때에 정상적인 수평으로 유지하도록 한다. 혈당 측정 방법은 침습, 최소 침습 및 비침습 3가지 유형으로 나뉘는데, 침습 방법과 최소 침습 방법은 비교적 높은 정밀도를 구비하여 임상에 사용되고 있다. 하지만 이러한 방법은 채혈이 필요하기 때문에 흔히 환자에게 통증과 불편함을 주고, 감염될 위험도 있다. 이외, 매번 측정 비용이 비교적 높아 사회 각계에서는 비침습 혈당 측정 기술에 대해 광범위하게 주목하고 있다.

기존의 비침습 혈당 측정기는 측정 정밀도가 낮은 심각한 문제가 존재하며, 또한 비침습 혈당 측정기의 측정 정밀도는 환경 및 개체 차이의 영향을 크게 받고, 조작상 복잡하고 휴대성이 떨어지며 연속 및 실시간 측정이 불가능한 등 결함이 존재한다.

공개특허공보 제10-2005-0002892호(2005.01.10.)

본 발명의 실시예는 기존의 비침습 혈당 측정기에 존재하는 측정 정밀도가 낮은 문제를 해결하기 위해 비침습 혈당 측정기 및 혈당 측정 방법을 제공한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 광원과 스펙트로미터를 포함하고, 상기 광원으로부터 방출되는 스펙트럼은 측정대상을 거친 후, 상기 스펙트로미터에 입사하는 입사광을 생성할 수 있으며, 상기 스펙트로미터는, 상기 입사광에 대해 광변조를 진행하여 변조 후의 스펙트럼을 획득하기 위한 광변조층; 상기 광변조층의 하부에 위치하고, 변조 후의 상기 스펙트럼을 수신하여 변조 후의 상기 스펙트럼에 차분 응답을 제공하기 위한 광전검출층; 및 상기 광전검출층의 하부에 위치하고, 상기 차분 응답을 재구성하여 오리지널 스펙트럼을 획득하기 위한 신호처리회로층;을 포함하는 비침습 혈당 측정기를 제공한다.

일부 실시예에서, 상기 광변조층은 밑판과 적어도 하나의 변조유닛을 포함하며, 상기 밑판은 상기 광전검출층에 설치되고, 상기 각 변조유닛은 상기 밑판에 위치하고, 상기 각 변조유닛 내에는 여러 개의 변조홀이 각각 설치되며, 상기 각 변조유닛 내의 상기 각 변조홀은 2차원 그래픽 구조로 배치된다.

일부 실시예에서, 상기 2차원 그래픽 구조는, 상기 각 2차원 그래픽 구조 내의 모든 상기 변조홀은 동일한 단면 형상을 동시에 갖고, 상기 각 변조홀은 구조 파라미터 크기가 점진적으로 변화되는 순서에 따라 배열 및 배치되고; 및/또는 상기 각 2차원 그래픽 구조 내의 상기 각 변조홀은 각자의 단면 형상을 각각 갖고, 상기 각 변조홀은 특정된 단면 형상에 따라 조합되어 배열되는 구조를 포함한다.

일부 실시예에서, 상기 각 변조홀은 각자의 단면 형상에 따라 조합되어 배열될 경우, 상기 배열되는 순서는 사전 설정된 주기 순서로 행에 따라 혹은 열에 따라 배치된다.

일부 실시예에서, 상기 변조홀의 밑부분은 상기 밑판을 관통하거나 혹은 상기 밑판을 관통하지 않는다.

일부 실시예에서, 상기 광전검출층은 적어도 하나의 검출유닛을 포함하며, 상기 광변조층의 각 마이크로 광변조유닛의 하부에 적어도 하나의 상기 검출유닛이 각각 대응되게 설치되고, 상기 모든 검출유닛 사이는 상기 신호처리회로층을 통하여 전기적 연결된다.

일부 실시예에서, 상기 스펙트로미터는, 상기 광변조층과 광전검출층 사이에 위치하는 투광매체층을 더 포함한다.

일부 실시예에서, 상기 광원과 스펙트로미터는 상기 측정대상의 양측에 각각 설치되거나; 혹은 상기 광원과 스펙트로미터는 모두 상기 측정대상의 어느 한 측에 위치된다.

일부 실시예에서, 상기 비침습 혈당 측정기는, 상기 신호처리회로층과 연결되고, 상기 오리지널 스펙트럼에 대해 분석하고 계산하여 혈당 파라미터를 획득하는 데이터 처리 모듈; 및 상기 데이터 처리 모듈과 연결되고, 상기 혈당 파라미터를 보여주기 위한 데이터 디스플레이 모듈을 더 포함한다.

본 발명은 상기 비침습 혈당 측정기에 따른 혈당 측정 방법에 있어서, 측정대상을 광원 및 스펙트로미터와 각각 연결되는 측정 공간 내에 이동시켜 상기 광원으로부터 방출되는 스펙트럼이 상기 측정대상을 거치도록 함으로써 상기 스펙트로미터에 입사할 수 있는 입사광을 생성하는 단계; 상기 입사광에 대해 광변조를 진행하여 변조 후의 스펙트럼을 획득하는 단계; 상기 변조 후의 스펙트럼을 수신하여 상기 변조 후의 스펙트럼에 차분 응답을 제공하는 단계; 및 상기 차분 응답을 재구성하여 오리지널 스펙트럼을 획득하는 단계;를 포함하는 혈당 측정 방법을 제공한다.

본 발명의 상기 기술방안은 아래와 같은 기술적 효과를 가진다:

1. 본 발명의 상기 비침습 혈당 측정기는 광원, 스펙트로미터 및 측정 대상 개재용 측정 공간을 포함한다. 상기 측정 공간은 광원 및 스펙트로미터와 각각 연결되고, 광원으로부터 방출되는 스펙트럼이 측정대상을 거친 후, 스펙트로미터에 입사하는 입사광을 생성하도록 할 수 있다. 상기 입사광은 측정대상을 거치기 때문에 이미 측정대상의 영향을 받았으므로, 스펙트로미터를 통하여 상기 입사광에 대해 스펙트럼 분석 재구성을 진행할 수 있다. 즉 혈당 파라미터를 포함하는 스펙트럼 데이터를 획득할 수 있으므로, 근적외분광분석 원리를 이용하여 생체 측정대상의 비접촉성 비침습 혈당 측정을 실현한다.

2. 상기 비침습 혈당 측정기의 스펙트로미터는 입사광에 대해 광변조를 진행하여 변조 후의 스펙트럼을 획득하기 위한 광변조층; 광변조층의 하부에 위치하되, 변조후의 스펙트럼을 수신하여 변조 후의 스펙트럼에 차분 응답을 제공하기 위한 광전검출층; 및 광전검출층의 하부에 위치하되, 차분 응답을 재구성하여 오리지널 스펙트럼을 획득하기 위한 신호처리회로층을 포함한다. 상기 비침습 혈당 측정기의 스펙트로미터는 광변조층을 이용하여 기존의 스펙트로미터중의 각 유형의 정밀 광학 부재를 대체함으로써 마이크로 나노 구조 분야내의 스펙트로미터의 응용성을 실현하여, 마이크로 통합 스펙트로미터가 래스터, 프리즘, 반사경 혹은 기타 유사한 공간적 분광 소자 없이 작동할 수 있도록 한다. 이는 스펙트로미터의 체적을 대폭 축소하는 동시에 스펙트럼 분석의 정밀성을 높임으로써, 비침습 혈당 측정기로 하여금 측정 정밀도가 높고 휴대성이 좋고 실시간 온라인 측정이 가능하며, 조작이 간편하고 성능이 안정적이고 제조비용이 낮은 등 장점을 갖도록 하며, 당뇨병 환자의 생활 질량을 지극히 높일 수 있으므로, 시장 전망이 넓다.

본 발명의 실시예 혹은 종래기술의 기술방안을 더욱 명확하게 설명하기 위해, 아래 실시예 혹은 종래기술의 설명에서 사용되는 도면에 대해 간단하게 설명한다. 아래 설명에서 도면은 본 발명의 일부 실시예에 불과하며, 당업자에게 있어서 창조적인 노동 없이 이러한 도면에 근거하여 기타 도면을 획득할 수 있는 것은 자명한 것이다.
도 1은 본 발명 실시예의 비침습 혈당 측정기의 구조 예시도이다;
도 2는 본 발명 실시예의 비침습 혈당 측정기의 사용 상태도(1)이다;
도 3은 본 발명 실시예 1의 스펙트로미터의 구조 예시도이다;
도 4는 본 발명 실시예 1의 스펙트로미터의 단면도이다;
도 5는 본 발명 실시예 1의 광변조층의 예시도이다;
도 6은 본 발명 실시예 1의 광전검출층의 구조 예시도이다;
도 7은 본 발명 실시예 1의 스펙트럼 검출의 효과도이다;
도 8은 본 발명 실시예 2의 광변조층 구조의 예시도이다;
도 9는 본 발명 실시예 3의 스펙트로미터 구조의 예시도이다;
도 10은 본 발명 실시예 3의 스펙트로미터의 단면도이다;
도 11은 본 발명 실시예 3의 스펙트로미터 구조의 예시도이다;
도 12는 본 발명 실시예 3의 스펙트럼 검출 파장의 강도 관계의 예시도이다;
도 13은 본 발명 실시예 3의 스펙트럼 검출의 효과도이다;
도 14는 본 발명 실시예 4의 스펙트로미터의 단면도이다;
도 15는 본 발명 실시예 6의 스펙트로미터의 단면도이다;
도 16은 본 발명 실시예 7의 스펙트로미터의 단면도이다;
도 17은 본 발명 실시예 7의 스펙트로미터의 예시도이다;
도 18 및 도 19는 본 발명 실시예 1 내지 실시예 7의 스펙트로미터의 변조홀 가공 제조방법의 과정 예시도이다;
도 20은 본 발명 실시예의 비침습 혈당 측정기의 사용 상태도(2)이다.

아래 도면과 실시예를 결합하여 본 발명의 실시방식에 대해 더 상세하게 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것이지 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아니다. 다른 특별한 설명이 없는 한, 본 발명에서 언급되는 혈당 측정기는 모두 비침습 혈당 측정기의 약칭이다.

기존의 비침습 혈당 측정기가 근거로 하는 측정 원리는 라만스펙트럼기술, 편광측정법, 광결맞음단층이미징기술, 음향광학기술, 생체임피던스분광법, 형광등측정기술, 중간적외분광기술 및 근적외분광기술 등이 있다. 각종 측정 기술 원리는 각각 그 우세와 열세를 갖고 있으며, 그 중 근적외분광기술은 정밀도가 높고 비용이 낮으며 효율이 높으며 실시간 측정이 가능한 등 장점을 구비하여 가장 전망이 있는 비침습 혈당 측정 기술 중 하나로 떠오르고 있다.

상기 근적외분광기술에 기초하여, 본 발명의 각 실시예에서는 비침습 혈당 측정기를 제공한다. 상기 혈당 측정기는 근적외분광분석 원리를 이용하여 생체 측정대상에 대한 비접촉성 비침습 혈당 측정을 실현하며, 또한 측정 정밀도가 높고, 휴대성이 양호하고 실시간 온라인 측정이 가능하며, 조작이 간편하고 성능이 안정적이고 제조 비용이 낮은 등 장점을 가져, 당뇨병 환자의 생활 질량을 지극히 높이고, 시장 전망이 넓다.

구체적으로, 도 1에서 도시된 바와 같이, 상기 비침습 혈당 측정기는 광원(100)과 스펙트로미터(300)를 포함한다. 광원(100)은 근적외광원이며, 근적외분광분석의 원리에 근거하여 광원(100)으로부터 방출되는 스펙트럼은 측정대상(200)을 거친 후, 스펙트로미터(300)에 입사하는 입사광을 생성할 수 있다. 상기 스펙트로미터(300)는 스펙트로미터(300)중의 정밀 광학 부재를 대체하여, 입사광에 대한 정밀한 변조를 실현할 수 있으며, 상기 스펙트로미터(300)를 이용하여 서로 다른 파장을 갖는 광에 대한 변조 작용을 원활하게 실현할 수 있다. 상기 변조 작용은 광의 산란, 흡수, 투사, 반사, 간섭, 표면 플라즈몬 및 공진 등 작용을 포함하되 이에 한정되지는 않으며, 서로 다른 구역 사이의 스펙트럼 응답의 차이성을 높여 스펙트로미터(300)의 분석 정밀도를 높일 수 있다.

도 3 내지 도 19에서 도시된 바와 같이, 구체적으로, 스펙트로미터(300)는 광변조층(1), 광전검출층(2) 및 신호처리회로층(3)을 포함한다. 광변조층(1)의 스펙트럼을 수신하는 표면은 측정대상(200)을 마주하고 있으며, 광변조층(1)은 입사광에 대해 광변조를 진행하여 변조 후의 스펙트럼을 획득하기 위한 것이다. 광전검출층(2)은 광변조층(1)의 하부에 위치하되, 변조 후의 스펙트럼을 수신하여 변조 후의 스펙트럼에 차분 응답을 제공하기 위한 것이다. 신호처리회로층(3)은 광전검출층(2)의 하부에 연결되되, 차분 응답을 재구성하여 오리지널 스펙트럼을 획득하기 위한 것이다. 상기 스펙트로미터(300)는 광변조층(1)을 이용하여 기존 스펙트로미터중의 각 유형의 정밀 광학 부재를 대체하여 마이크로나노 구조 분야내의 스펙트로미터(300)의 응용성을 실현함으로써 스펙트로미터(300)가 래스터, 프리즘, 반사경 혹은 기타 유사한 공간적 분광 소자 없이 작동할 수 있게 된다. 이는 스펙트로미터(300)의 체적을 대폭 축소하는 동시에 스펙트럼 분석의 정밀성을 높인다.

본 실시예의 상기 비침습 혈당 측정기에서, 측정대상(200)의 영향을 받은 입사광은 측정대상(200) 내부 성분의 스펙트럼을 갖고 있으며, 상기 스펙트럼에는 혈당 파라미터가 포함되어 있다. 즉, 상기 혈당 측정기는 스펙트로미터(300)를 이용하여 입사광에 대해 스펙트럼 분석 재구성을 진행하면 혈당 파라미터를 포함하는 측정대상(200) 내부의 오리지널 스펙트럼 데이터를 획득할 수 있으며, 획득된 오리지널 스펙트럼의 파장, 강도 등 정보는 혈당 등 성분의 농도를 반영할 수 있다.

추가적으로, 비침습 혈당 측정기는 데이터 처리 모듈(400)과 데이터 디스플레이 모듈(500)을 더 포함한다. 데이터 처리 모듈(400)과 스펙트로미터(300)가 연결되고, 데이터 처리 모듈(400)은 재구성에 의해 획득한 오리지널 스펙트럼의 데이터 정보에 근거하여 추가적으로 계산하여 혈당 농도 등을 포함하는 관련 혈당 파라미터를 획득할 수 있다. 데이터 처리 모듈(400)은 스펙트럼 데이터 전처리 모델 및 혈당 농도 전처리 모델을 포함한다. 이중, 스펙트럼 데이터 전처리는 마이크로 스펙트로미터(300)에 의해 측정하여 획득한 혈당 농도의 스펙트럼 데이터에 존재하는 노이즈에 대해 전처리를 진행하는 것을 말하는데, 상기 스펙트럼 데이터 전 처리에 적용하는 처리방법은 푸리에 변환, 미분 및 웨이브릿 변환 등을 포함하며 이에 한정되지는 않는다. 혈당 농도 예측 모델에는 스펙트럼 데이터 정보로부터 획득한 혈당 농도 등을 포함하는 관련 혈당 파라미터에 대한 예측을 포함하며, 이에 사용되는 알고리즘은 최소 제곱법, 주성분분석 및 인공신경망을 포함하되 이에 한정되지 않는다. 데이터 처리 모듈(400)과 데이터 디스플레이 모듈(500)이 연결되고, 데이터 디스플레이 모듈(500)은 데이터 처리 모듈(400)에 의해 계산하여 획득한 혈당 파라미터를 보여준다.

광원(100)의 스펙트럼이 측정대상(200)을 쉽게 관통하도록, 광원(100)과 스펙트로미터(300)를 상기 측정 공간의 양측에 서로 마주하도록 각각 설치하는 것이 바람직하다. 즉, 측정 공간이 광원(100)과 스펙트로미터(300)의 사이에 위치한다. 도 2에 도시된 일례에 따르면, 광원(100)과 스펙트로미터(300)를 상기 측정 공간의 상하 양측에 서로 마주하도록 각각 설치한다. 측정할 때, 측정대상(200)을 측정 공간 내에 횡방향으로 넣으면 광원(100)으로부터 생성되는 근적외 스펙트럼이 측정대상(200)을 관통하도록 확보할 수 있으며, 측정대상(200)을 관통하여 생성한 입사광은 스펙트로미터(300) 내에 직접 입사할 수 있다. 상기 구조 설치는 근적외 스펙트럼으로 하여금 측정대상(200)을 직선으로 관통하도록 하여 스펙트럼 정보 획득 정확도를 높일 수 있다.

혹은, 광원(100)과 스펙트로미터(300)를 측정 공간의 동일측에 동시에 설치할 수 도 있다. 도 20에서 도시된 바와 같이, 측정 공간은 광원(100)과 스펙트로미터(300)의 동일 측에 위치한다. 도 20에서 도시된 일례에 따르면, 광원(100)과 스펙트로미터(300)를 측정 공간의 하측에 동시에 설치하면, 광원(100)과 스펙트로미터(300)의 상방이 측정 공간이다. 광의 반사 원리를 이용하여, 광원(100)이 생성하는 근적외 스펙트럼은 측정대상(200) 내에 관통할 수 있으며, 반사 작용하에 일부 혹은 전부의 스펙트럼이 입사광을 형성하여 스펙트로미터(300)에 입사할 수 있다. 상기 구조 설치는 측정 공간을 넓히고 혈당 측정기의 사용 편리성을 향상시킨다.

유의해야 할 것은, 스펙트로미터(300)와 광원(100)의 위치에 대한 상기 두 가지 설치 구조는 본 발명의 각 실시예의 상기 스펙트로미터(300)에 모두 적용된다.

추가적으로, 상기 광변조층(1)의 동일 변조유닛(5) 내의 각 변조홀(6)은 특정 배열 규칙을 갖는 2차원 그래픽 구조로 배열되고, 서로 다른 2차원 그래픽 구조를 이용하여 서로 다른 파장을 갖는 광에 대한 변조 작용을 실현하며, 서로 다른 2차원 그래픽 구조를 이용하는 것은 서로 다른 구역 사이의 스펙트럼 응답의 차이성을 높여 스펙트로미터(300)의 분석 정밀도를 높일 수 있다.

아래 실시예들을 통하여 본 발명의 스펙트로미터(300)에 대해 상세하게 설명한다.

실시예 1

도 3 및 도 4에서 도시된 바와 같이, 본 실시예 1에서 제공하는 스펙트로미터(300)에서, 광변조층(1)은 하나의 변조유닛(5)을 포함한다. 상기 변조유닛(5) 내의 모든 변조홀(6)은 모두 밑판을 관통한다. 상기 변조유닛(5) 내의 모든 변조홀(6)은 모두 동일한 특정 단면 형상을 갖는데, 본 실시예 1에서는 도 1에서 도시된 바와 같이 타원형을 예로 한다. 모든 변조홀(6)은 구조 파라미터의 크기의 점진적인 순서에 따라 어레이 배열되어 2차원 그래픽 구조를 형성한다. 상기 2차원 그래픽 구조의 모든 변조홀(6)은 어레이로 배열되고, 모든 변조홀(6)은 장축 길이, 단축 길이 및 회전 각도에 따라 작은 것으로부터 큰 것으로 행열에 따라 배치됨으로써, 모든 변조홀(6)이 광변조층(1)의 밑판에서 전체적으로 하나의 변조유닛(5)을 구성한다.

이해할 수 있는 것은, 도 5에서 도시된 바와 같이, 본 실시예의 모든 변조홀(6)은 모두 동일 배치 규칙에 따라 배열된다. 즉, 장축 길이, 단축 길이 및 회전 각도의 구조 파라미터에 따라 작은 것으로부터 큰 것으로 행열에 따라 점차적으로 변화되는 순서로 배치됨으로써, 상기 광변조층(1)의 모든 변조홀(6)은 하나의 변조유닛(5)으로 볼 수 있고 또한 임의로 몇 개의 변조유닛(5)으로 분할할 수도 있다. 임의로 분할되는 변조유닛(5)은 스펙트럼에 대해 모두 서로 다른 변조 작용을 하며, 이론적으로는 무한한 복수의 세트의 변조후의 스펙트럼 샘플을 획득할 수 있음으로, 오리지널 스펙트럼을 재구성하기 위한 데이터량을 급속히 증대하며 이는 광대역 스펙트럼의 스펙트럼 패턴에 대한 복구에 유리하다. 즉, 각 변조유닛(5) 내의 변조홀(6)의 구조 파라미터 특성에 근거하여 상기 변조유닛(5)의 서로 다른 파장을 갖는 광에 대한 작용의 효과를 확정하면 된다.

이해할 수 있는 것은, 상기 변조홀(6)의 특정 단면 형상은 원형, 타원형, 십자형, 정다각형, 별모양 혹은 직사각형 등을 포함하며, 또한 상기 각 형상의 임의의 조합일 수도 있다. 상응하게, 상기 변조홀(6)의 구조 파라미터는 내경, 장축 길이, 단축 길이, 회전 각도, 각수 혹은 변의 길이 등을 포함한다.

본 실시예 1의 광변조층(1)의 밑판의 두께는 60nm~1200nm이고, 광변조층(1)과 광전검출층(2) 사이는 직접 연결되거나 혹은 투광매체층(4)을 통하여 연결된다. 광전검출층(2)과 신호처리회로층(3) 사이는 전기적 연결된다. 이중, 도 3에서 도시된 바와 같이, 광검출층의 모든 변조홀(6)은 모두 타원형이고, 모든 타원형 변조홀(6)의 장축 길이와 단축 길이는 각각 행열에 따라 커지고, 도 3의 수평방향을 횡축으로 하고 수직방향을 종축으로 할 경우, 모든 타원형의 변조홀(6)은 행열에 따라 종축에서 횡축 방향으로 회전하며, 그 회전각도는 점차적으로 커진다. 모든 변조홀(6)은 하나의 2차원 그래픽 구조를 구성하고, 상기 2차원 그래픽 구조 전체는 매트릭스 구조이며, 상기 매트릭스 구조의 면적 범위는 5μm2~4cm2이다.

본 실시예의 스펙트로미터(300)를 제조할 경우, 제조공정의 가공상 양호한 호환성을 갖도록, 실리카계 재료를 선택하여 광변조층(1)과 광전검출층(2)의 재료로 사용한다. 광변조층(1)을 제조할 경우, 광전검출층(2)에 직접 광변조층(1)을 생성할 수 있는데, 먼저 사전에 제조된 광변조층(1)을 광전검출층(2)으로 전사할 수도 있다.

구체적으로, 광변조층(1)을 직접 생성하는 방식은 구체적으로 다음과 같은 것을 포함한다. 즉, 광전검출층(2)에 도 3에 도시된 구조에 따라 배치되는 광변조층(1)을 증착하여 생성하거나; 혹은 먼저 광전검출층(2)에 실리카계 재료로 제조된 기판을 장착한 후, 도 3에 도시된 구조에 따라 기판에 마이크로 나노 가공을 진행하여 홀을 만들어 광변조층(1)을 획득한다.

상기 직접 증착하여 생성되는 과정은 다음과 같다. 제1 단계, 광전검출층(2)에 스퍼터링, 화학기상증착법 등 방법을 통하여 두께가 100nm~400nm(나노미터)인 실리콘 플래트를 증착한다. 제2 단계, 포토 에칭, 전자빔 노출 등 그래픽 전송 방법을 이용하여 실리콘 플래트 상에 필요한 2차원 그래픽 구조를 제작하되, 그 구조는 도 5에 도시된 바와 같다. 상기 2차원 그래픽 구조는 구체적으로 다음과 같다: 타원형 변조홀(6)의 단축과 회전 각도에 대해서만 점진적으로 변화하는 조정을 진행한다. 타원 장축은 200nm~1000nm 범위의 정격치로 선정한다. 예를 들면 500nm로 선정할 수 있다. 단축 길이는 120nm~500nm의 범위 내에서 변화하고 타원의 회전 각도는 0°~90°의 범위 내에서 변화하며, 타원의 배열 주기는 200nm~1000nm의 범위 내의 정격치로 선정한다. 예를 들면 500nm로 선정할 수 있다. 상기 2차원 그래픽 구조의 그래픽의 전체적인 범위는 대체적으로 길이가 115μm이고 폭이 110μm인 직사각형의 배열 구조이다. 제3 단계, 반응성 이온에칭, 유도식 커플링 플라즈마 에칭 및 이온빔 에칭 등 방법을 통하여 실리콘 플래트에 대해 에칭하면 필요로 하는 광변조층(1)을 획득할 수 있다. 마지막으로, 광변조층(1)과 광전검출층(2) 전체를 전기적 연결을 통하여 신호처리회로층(3)에 연결하면 된다.

상기 광변조층(1) 의 전사 제조방법은 구체적으로 다음과 같다. 즉, 우선 도 3에 도시된 것과 같은 구조에 따라 마이크로 나노 가공을 통하여 기판에 홀을 만들어 사전 제조되는 광변조층(1)을 획득한다. 그 다음 상기 사전 제조된 광변조층(1)을 광전검출층(2)으로 전사한다. 구체적으로, 광변조층(1) 전사 방법의 과정은 다음과 같다. 즉, 먼저 상기 파라미터에 근거하여 실리콘판 혹은 SOI(실리콘-절연체-실리콘판 구조)상에 광변조층(1)을 제조한 후, 전사 방법을 통하여 광전검출층(2)으로 전사하며, 마지막으로 광변조층(1)과 광전검출층(2) 전체를 전기적 연결을 통하여 신호처리회로층(3)에 연결하면 된다.

도 18 및 도 19에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 다른 한 스펙트로미터(300) 제조 과정을 더 제시한다. 구체적으로, 광전검출층(2) 내에 III-V족 검출기를 장착하며, 구체적으로 GaAs/InGaAs의 양자우물 검출기이다. 도 18에 도시된 바와 같이, 검출기를 CMOS회로에 엎어 놓아 본딩하며, 검출기는 GaAs 기판(1')과 InGaAs 양자 우물 광전검출층(2)을 포함한다. 도 19에 도시된 바와 같이, 직접 기판(1')을 박막화한 후, 기판(1')상에서 마이크로 나노 가공을 진행하여 2차원 그래픽 구조를 갖게 함으로써, 광변조층(1)을 형성하면 된다. 이 제조과정과 상기 마이크로 나노 가공에서 홀을 만드는 과정의 구별점은 오직 검출기로 구성되는 광전검출층(2)의 상면을 직접 마이크로 나노 가공의 기판(1')으로 사용하는 것이며, 이러한 제조과정은 가공하여 사전 제조한 광변조층(1)과 광전검출층(2) 사이의 긴밀한 연결을 확보함으로써 슬릿이 생겨 광의 변조 작용에 영향을 주는 것을 회피한다.

이해할 수 있는 것은, 본 실시예의 광에 대한 변조를 실현할 수 있는 스펙트로미터(300)는 1차원, 2차원 광결정, 표면 플라즈몬, 메타 물질 및 메타 표면을 포함하되 이에 한정되지 않는다. 구체적으로, 재료는 실리콘, 게르마늄, 게르마늄 실리콘 재료, 실리콘 화합물, 게르마늄 화합물, 금속 및 III-V족 재료 등을 포함할 수 있다. 이중, 실리콘 화합물은 질화 규소, 이산화규소 및 탄화규소 등을 포함하되 이에 한정되지 않는다. 투광층 재료는 이산화규소 및 고분자 화합물 등 저굴절률 재료를 포함할 수 있다. 광전검출기는 실리콘 검출기(검출범위:780nm~1100nm), III-V족 반도체(예를 들면, InGaAs/InAlAs, GaAs/AlGaAs) 검출기(검출범위:1000nm~2600nm), 안티몬화물(예를 들면, InSb) 검출기(검출범위: 1μm~6.5μm) 및 HgCdTe검출기(검출범위:0.7~25μm) 등을 선택할 수 있다.

도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 상기 스펙트로미터(300)에서, 광전검출층(2)은 여러 개의 검출유닛(7)을 포함하고, 광전검출층(2) 내의 각 검출유닛(7)에는 적어도 하나의 광전검출기가 안착되며, 광전검출기의 검출범위는 변조홀(6)의 구조 범위보다 약간 크다. 여러 개의 검출유닛(7)으로 구성된 어레이구조의 광전검출층(2)은 검출하여 획득한 신호를 전기적 접촉을 통하여 신호처리회로층(3)으로 전송할 수 있다. 본 실시예의 신호처리회로층(3)에는 알고리즘 처리 시스템이 탑재되어 있으며, 상기 알고리즘 처리 시스템의 알고리즘을 이용하여 차분 응답을 알고리즘을 기반으로 하여 처리함으로써 오리지널 스펙트럼을 재구성하여 획득할 수 있다. 상기 차분 응답은 각 변조유닛(5)에서 각자 변조 후 획득한 응답 스펙트럼의 신호 사이에 대해 차이값을 계산하여 얻는 것을 말한다. 상기 재구성 과정은 상기 데이터 처리 모듈(400)을 통해 완성된다.

본 실시예에서, 여러 개의 변조홀(6)이 하나의 검출유닛(7)에 동시에 대응될 수 있고, 각 변조홀(6)이 하나 혹은 복수의 검출유닛(7)에 각각 대응될 수도 있다. 다시 말해서, 각 변조유닛(5)과 하나 혹은 복수의 검출유닛(7)이 수직방향에서 대응되면 되는데, 이는 동일 변조유닛(5) 내에 적어도 하나의 변조홀(6)이 적어도 하나의 검출유닛(7)과 서로 대응되면 된다. 상기 구조 설정은 상기 변조유닛(5)이 언제나 적어도 한가지 파장의 입사광에 대해 변조를 진행할 수 있음을 확보하고 변조한 광이 검출유닛(7)에 의해 수신 가능함을 확보할 수 있다. 검출유닛(7)이 작업 시 서로 간섭되는 것을 방지하기 위해 인접하는 두 개의 검출유닛(7) 사이에 간격(8)을 남겨두는 것이 바람직하다.

본 실시예의 스펙트로미터(300)의 스펙트럼 검출에 대한 완전한 프로세스는 다음과 같다. 즉, 우선, 스펙트럼이 광변조층(1)의 상방으로부터 스펙트로미터(300)에 입사할 경우, 광변조층(1)의 변조를 통해 서로 다른 변조유닛(5) 내에서 서로 다른 응답 스펙트럼을 획득한다. 변조를 거친 각 응답 스펙트럼은 광전검출층(2)에 각각 조사될 경우, 대응되게 설치된 검출유닛(7)에 수신되는 응답 스펙트럼은 서로 달라, 차분 응답을 획득한다. 마지막으로, 신호처리회로층(3)은 알고리즘 처리 시스템을 이용하여 차분 응답에 대해 처리함으로써 재구성을 통하여 오리지널 스펙트럼을 획득한다.

도 5는 상기 실시예에 근거하여 실제적인 제조를 통하여 획득한 스펙트로미터(300)의 스펙트럼 분석 시의 스펙트럼 분석 효과를 나타낸다. 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 스펙트로미터(300)는 스펙트럼 범위가 550nm~750nm이고, 스펙트럼 폭이 200nm인 스펙트럼에 대한 검출을 실현할 수 있으며, 스펙트럼 측정에 대한 정확도가 94.5%보다 큰 효과에 도달할 수 있다.

실시예 2

본 실시예 2의 스펙트로미터(300)의 구조, 원리, 스펙트럼 변조 방법 및 제조방법은 모두 실시예 1과 기본적으로 동일하며, 동일한 부분에 대해서는 더 반복하여 서술하지 않는다. 서로 다른 부분은 다음과 같다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 스펙트로미터(300)에서, 광변조층(1)에는 일체로 된 변조유닛(5)이 설치된다. 상기 변조유닛(5)에 설치된 2차원 그래픽 구조 내의 각 변조홀(6)은 각자 특정된 단면 형상을 구비하며, 각 변조홀(6)은 특정된 단면 형태에 따라 자유롭게 조합되어 배열된다. 구체적으로, 상기 2차원 그래픽 구조 내에서, 일부 변조홀(6)의 특정된 단면 형상은 동일하고, 동일한 특정된 단면 형상을 갖는 각 변조홀(6)은 복수의 변조홀(6) 그룹을 구성하고, 각 변조홀(6) 그룹의 특정된 단면 형상은 서로 다르며, 모든 변조홀(6)은 모두 자유롭게 조합된다.

이해할 수 있는 것은, 상기 변조유닛(5) 전체가 한가지 특정 파장을 갖는 스펙트럼에 대해 변조를 진행하는 것으로 볼 수 있으며, 또한 상기 변조유닛을 여러 개의 변조홀(6)의 변조 유닛으로 자유롭게 분할하여 여러 가지 서로 다른 파장을 갖는 스펙트럼에 대해 변조를 진행하여 광변조의 유연성 및 다양성을 증가할 수 있다.

실시예 3

본 실시예 3의 스펙트로미터(300)의 구조, 원리, 스펙트럼 변조 방법 및 제조방법은 모두 실시예 2와 기본적으로 동일하며, 동일한 부분에 대해서는 더 반복하여 서술하지 않는다. 서로 다른 부분은 다음과 같다.

도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 스펙트로미터(300)의 광변조층(1)에는 두 개 혹은 두 개 이상의 변조유닛(5)이 배열되어 있다. 각 변조유닛(5)에서, 각 변조홀(6)이 특정된 단면 형상에 따라 조합 및 배열될 경우, 그 배열되는 순서는 사전 설정된 주기 순서로 행에 따라 혹은 열에 따라 배치된다.

본 실시예에서, 모든 변조홀(6)을 특정된 단면 형상에 따라 여러 개의 변조유닛(5)으로 구분하고, 각 변조유닛(5) 내의 변조홀(6)의 특정된 단면 형상은 서로 다르다. 동일 변조유닛(5) 내의 변조홀(6)은 동일한 특정 단면 형상을 갖지만, 각 변조홀(6)의 배열 순서는 구조 파라미터의 크기가 점진적으로 변화되는 순서에 따라 배열 및 배치됨으로써, 각 변조유닛(5)이 모두 서로 다른 변조작용을 구비하도록 하여 서로 다른 파장을 갖는 스펙트럼에 대해 변조를 진행할 수 있게 된다. 변조 요구에 근거하여 변조유닛(5) 내의 변조홀(6) 구조 파라미터의 점진적으로 변화되는 순서 및/또는 변조홀(6)의 특정된 단면 형상을 변경하면, 현재 변조유닛(5)의 변조작용 및/또는 변조 대상을 변경할 수 있다.

도 11에 도시된 바와 같이, 구체적으로, 광변조층(1)의 밑판에는 세 개의 변조유닛(5)이 분포되어 있고, 각각 제1 변조유닛(11), 제2 변조유닛(12) 및 제3 변조유닛(13)이다. 이중, 제1 변조유닛(11) 내의 변조홀(6)은 모두 원형이고, 각 변조홀(6)의 구조 파라미터는 모두 동일하며, 상기 제1 변조유닛(11)은 입력 스펙트럼에 대해 제1 변조방식을 갖는다. 제2 변조유닛(12) 내의 변조홀(6)은 모두 타원형이고, 각 변조홀(6)은 구조 파라미터 크기에 따라 주기적으로 행에 따라 배열되며, 즉, 가로 놓인 타원형 변조홀(6)과 세로 놓인 타원형 변조홀(6)은 행에 따라 교차적으로 배열되고, 상기 제2 변조유닛(12)은 입력 스펙트럼에 대해 제2 변조방식을 갖는다. 제3 변조유닛(13) 내의 변조홀(6)은 모두 능형이고, 각 변조홀(6)은 구조 파라미터 크기에 따라 주기적으로 행열에 따라 배열되며, 즉, 가로 놓인 능형 변조홀(6)과 세로 놓인 능형 변조홀(6)은 행에 따라 교차적으로 배열되는 동시에 가로 놓인 능형 변조홀(6)과 세로 놓인 능형 변조홀(6)은 열에 따라 교차적으로 배열되며, 상기 제3 변조유닛(12)은 입력 스펙트럼에 대해 제3 변조방식을 갖는다.

이해할 수 있는 것은, 본 실시예의 "서로 다른 파장을 갖는 광에 대해 어떤 변조방식을 갖는다"는 산란, 흡수, 투사, 반사, 간섭, 표면 플라즈몬 및 공진 등 작용을 포함하되 이에 한정되지는 않는다. 제1 , 제2 및 제3 광변조방식은 서로 구별된다. 변조유닛(5) 내의 변조홀(6) 구조에 대한 설정을 통하여 서로 다른 유닛 사이의 스펙트럼 응답의 차이를 높일 수 있고, 유닛 수를 증가하면 서로 다른 스펙트럼 사이의 차이의 감도를 높일 수 있다.

이해할 수 있는 것은, 서로 다른 입사 스펙트럼에 대해 측정할 경우, 각 변조유닛(5) 내의 변조홀(6) 구조 파라미터를 변경하여 변조작용을 변경할 수 있으며, 구조 파라미터의 변경은 2차원 그래픽 구조의 변조홀 배치 주기, 변조홀 반경, 변조유닛의 변의 길이, 듀티 사이클(duty cycle) 및 두께 등 각 파라미터중의 하나 및 그들의 임의의 조합을 포함하되 이에 한정되지는 않는다. 이중, 듀티 사이클은 변조홀(6)의 면적과 광변조층(1) 총면적의 비를 말한다.

이해할 수 있는 것은, 본 실시예의 마이크로 통합 스펙트로미터(300)는 실시예 1의 변조유닛(5) 혹은 상기 실시예 2의 변조유닛(5) 혹은 실시예 1과 실시예 2의 변조유닛(5)의 조합을 사용할 수 있다.

본 실시예에서, 광변조층(1)은 두께가 200nm~500nm인 질화규소 플래트로 제조된다. 광변조층(1)에는 총 100~200개의 변조유닛(5)이 설치되고, 각 변조유닛(5)의 길이는 4μm~60μm이고, 폭은 4μm~60μm이다. 각 변조유닛(5) 내부는 여러 가지 기하적 형상을 선택하여 변조홀(6)의 특정된 단면 형상으로 사용하고, 각 변조유닛(5) 내는 동일 형상으로 주기적으로 배치되며, 그 듀티 사이클은 10%~90%이다. 기타 구조는 모두 실시예 1 혹은 실시예 2와 동일하다.

도 12 및 도 13은 모두 상기 실시예에 근거하여 실제적으로 제조하여 획득한 스펙트로미터(30)의 스펙트럼 분석 시의 스펙트럼 분석 효과를 나타낸다. 본 실시예의 광변조층(1)은 주요하게 단일 파장 스펙트럼에 대해 검출하고, 그 파장의 강도 관계의 효과는 도 12에서 도시한 바와 같으며, 측정 스펙트럼과 실제 스펙트럼의 중심 파장의 오차는 0.4nm보다 작고, 그 검출효과는 도 13에서와 같으며, 광도의 정확도는 99.89%보다 크다.

실시예 4

상기 임의의 실시예의 스펙트로미터(300)의 구조, 원리, 스펙트럼 변조 방법 및 제조방법에 기반하여, 본 실시예 4에서는 스펙트로미터(300) 및 스펙트럼 변조 방법을 제시한다. 본 실시예 4와 상술한 각 실시예의 동일한 부분에 대해서는 더 반복하여 서술하지 않으며, 서로 다른 부분은 다음과 같다.

도 14에 도시된 바와 같이, 본 실시예 4의 스펙트로미터(300)는 투광매체층(4)을 더 포함한다. 상기 투광매체층(4)은 광변조층(1)과 광전검출층(2) 사이에 위치한다. 구체적으로, 상기 투광매체층(4)의 두께는 50nm~1μm이고, 재료는 이산화규소일 수 있다.

본 실시예의 마이크로 통합 스펙트로미터(300)에서, 만약 광변조층(1)을 제조할 시 직접 증착하여 성장시키는 공정 방안을 적용할 경우, 화학기상증착법, 스퍼터링 및 스핀 코팅 등 방식을 통하여 스펙트럼 검출층에 상기 투광매체층(4)을 커버한 후, 그 상방에서 광변조층(1) 부분의 증착, 에칭을 진행하면 된다. 만약 전사하는 공정 방안을 적용할 경우, 이산화규소를 광변조층(1)의 제조 기판으로 하고, 기판의 상반부에서 마이크로 나노 천공 가공을 통하여 광변조층(1)을 제조한 후, 이산화규소 기판의 하반부를 직접 투광매체층(4)으로 하고, 제조한 광변조층(1)과 투광매체층(4) 이 두 부분 전체를 광검출층으로 전사하면 된다.

이해할 수 있는 것은, 본 실시예의 투광매체층(4)은 또한 다음과 같이 설치할 수 있다. 즉, 광전검출층(2) 상방의 광변조층(1) 전체를 광전검출층(2)에 대해 공중에 떠 있게 하며 부상되도록 외부 지지 구조에 의해 지지되면, 광변조층(1)과 광전검출층(2)사이의 공기 부분이 투광매체층(4)으로 된다.

실시예 5

실시예 2의 기초상에서 본 실시예 5는 스펙트로미터(300) 및 스펙트럼 변조 방법을 추가적으로 제시한다. 본 실시예 5와 실시예 2의 동일한 부분에 대해서는 더 반복하여 서술하지 않으며, 서로 다른 부분은 다음과 같다.

본 실시예 5의 광변조층(1)은 두께가 150~300nm인 탄화규소 수평 밑판을 기반으로 하여 제조된다. 광변조층(1)에는 총 150~300개의 유닛이 설치되고, 각 유닛의 길이는 15~20μm이며 폭은 15~20μm이다. 동일 변조유닛(5)의 각 변조홀(6)의 특정된 단면 형상은 모두 원형이고, 각 유닛(5) 사이의 원형 홀 배치 주기, 홀 반경 및 듀티 사이클 등 파라미터는 서로 다르다. 구체적인 파라미터 범위는 다음과 같다. 즉, 주기 범위는 180nm~850nm이고, 홀 반경 범위는 20nm~780nm이며, 듀티 사이클 범위는 10%~92%이다. 광전검출층(2)에는 적어도 하나의 InGaAs검출기가 장착된다.

본 실시예의 스펙트로미터(300)의 제조 공정은 우선 광변조층(1)을 제조한 후 이를 광전검출층(2)으로 전사하는 전사 공정 방법을 선택하여 사용한다.

실시예 6

상기 임의의 실시예의 스펙트로미터(300)의 구조, 원리, 스펙트럼 변조 방법 및 제조방법에 기반하여, 본 실시예 6에서는 스펙트로미터(300) 및 스펙트럼 변조 방법을 제시한다. 본 실시예 6과 상술한 각 실시예 사이의 동일한 부분에 대해서는 더 반복하여 서술하지 않으며, 서로 다른 점은 다음과 같다.

도 15에 도시된 바와 같이, 본 실시예 7의 스펙트로미터(300)에서, 각 변조홀(6)은 모두 밑판을 관통하지 않는다. 이해할 수 있는 것은, 변조홀(6)이 밑판을 관통하든 관통하지 않든 광변조층(1)의 변조 작용에 불리한 영향을 끼치지 않는다. 이는 광변조층(1)에 사용한 실리카계 재료 혹은 기타 재료는 모두 투광성 재료이고, 스펙트럼이 광변조층(1)에 입사할 경우, 각 변조유닛(5) 구조의 영향을 받아 변조 작용을 일으키지만, 변조홀(6) 밑부분은 스펙트럼 변조에 불리한 영향을 주지 않는다.

본 실시예의 스펙트로미터(300)에서, 광변조층(1)의 변조홀(6) 밑부분에서 밑판의 밑부분까지의 두께는 60nm~1200nm이고, 전체 밑판의 두께는 120nm~2000nm이다.

실시예 7

상기 각 실시예의 조합에 기반하여, 본 실시예 7에서는 스펙트로미터(300) 및 스펙트럼 변조 방법을 제시한다. 본 실시예 7과 상기 각 실시예 사이의 동일한 부분에 대해서는 더 반복하여 서술하지 않으며, 서로 다점은 다음과 같다.

도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이, 본 실시예 7의 스펙트로미터(300)에서, 광변조층(1)의 밑판에는 5개의 변조유닛(5)이 분포되어 있고, 각각 제1 변조유닛(11), 제2 변조유닛(12), 제3 변조유닛(13), 제4 변조유닛(14) 및 제5 변조유닛(15)이며, 이중, 제5 변조유닛(15)의 범위가 가장 크며, 그 면적은 앞의 4개의 변조유닛 면적의 총합보다 작지 않다.

구체적으로, 제1 변조유닛(11), 제2 변조유닛(12), 제3 변조유닛(13), 제4 변조유닛(14)은 일체로 매트릭스 배열로 되어 있다. 이중, 제1 변조유닛(11), 제2 변조유닛(12), 제3 변조유닛(13) 내의 변조홀(6)의 배열방식은 실시예 3의 변조홀(6)의 배열방식과 동일하고, 제4 변조유닛(14)과 제1 변조유닛(11)의 변조홀(6)의 특정된 단면 형상은 동일한 바, 모두 원형이다. 하지만 제4 변조유닛(14)의 변조홀(6)의 구조 파라미터는 제1 변조유닛(11)의 변조홀(6)의 구조 파라미터와 다르고, 구체적으로, 제4 변조유닛(14)의 변조홀(6)의 내경은 제1 변조유닛(11)의 변조홀(6)의 내경보다 작으며, 따라서 제4 변조유닛(14)은 입력 스펙트럼에 대해 제4 변조방식을 갖는다. 제5 변조유닛(15) 내의 각 변조홀(6)이 형성하는 2차원 그래픽 구조는 실시예 1의 2차원 그래픽 구조와 동일하며, 제5 변조유닛(15)은 입력 스펙트럼에 대해 제5 변조방식을 갖는다.

이로부터 알 수 있다시피, 본 실시예 7의 광변조층(1)은 서로 다른 유닛 사이의 서로 다른 변조홀(6)의 특정된 단면 형상의 구별 및 동일 유닛 내 특정된 변조홀(6)의 배열방식을 이용하여, 변조홀(6)의 특정된 단면 형상, 변조홀(6)의 구조 파라미터 및 변조홀(6)의 배열 주기를 이용함으로써, 서로 다른 파장을 갖는 스펙트럼에 대해 서로 다른 변조 작용을 실현한다.

이해할 수 있는 것은, 실시예 1과 실시예 2의 점진적 변화 방식으로 변조 유닛(5)을 배열하는 구조에 있어서, 임의로 구분된 변조유닛(5)은 스펙트럼에 대해 서로 다른 변조작용을 일으키며, 이론적으로는 무한히 많은 여러 개 그룹의 변조후의 스펙트럼 샘플을 획득할 있음으로, 오리지널 스펙트럼을 재구성하기 위한 데이터량을 급속히 증대하며 이는 광대역 스펙트럼의 스펙트럼 패턴에 대한 복구에 유리하다.

실시예 3의 주기식 변조유닛(5)의 구조에 있어서, 그 주기 구조는 2차원 주기의 분산, 공진 작용을 발생시키며, 공진작용은 광결정의 에너지밴드 제어 및 2차원 래스터의 공진 등 원리를 포함하되 이에 한정되지는 않는다. 공진 작용을 통하여 특정 파장에 대한 검출 정밀도를 높일 수 있다.

만약 상기 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3의 변조유닛(5)을 동시에 칩에 적용할 경우, 상기 두 가지 우세를 종합하여 나타낼 수 있다. 또한, 광변조층의 사이즈 범위를 컷할 시, 상기 3개 실시예의 스펙트로미터(300)는 마이크로미터급 심지어 더 작은 구조로 제조될 수 있으며, 이는 마이크로 통합 스펙트로미터(300)의 소형화 및 마이크로생산 및 사용에 중대한 의의를 갖고 있다. 상기 광변조층(1)은 서로 다른 광전검출기로 구성된 광전검출층과 결합하여, 원칙적으로는 모든 주파대에 대한 스펙트럼 검출이 가능함으로, 스펙트로미터(300)의 광범위한 스펙트럼 검출 성능이 더욱 훌륭하게 된다.

상술한 바와 같이, 본 실시예의 비침습 혈당 측정기는 광원(100), 스펙트로미터(300) 및 측정 대상 개재용 측정 공간을 포함한다. 상기 측정 공간은 광원 및 스펙트로미터(300)와 각각 연결되어, 광원으로부터 방출되는 스펙트럼이 측정대상을 거친 후, 스펙트로미터(300)에 입사하는 입사광을 생성하도록 할 수 있다. 상기 입사광은 측정대상을 거치기 때문에 측정대상의 영향을 이미 받았으므로, 스펙트로미터(300)를 통하여 상기 입사광에 대해 스펙트럼 분석 재구성하면 혈당 파라미터를 포함하는 스펙트럼 데이터를 획득할 수 있으므로, 근적외분광분석 원리를 이용하여 생체 측정대상의 비접촉성 비침습 혈당 측정을 실현할 수 있다.

2. 상기 비침습 혈당 측정기의 스펙트로미터(300)는 입사광에 대해 광변조를 진행하여 변조 후의 스펙트럼을 획득하기 위한 광변조층; 광변조층의 하부에 위치하되, 변조후의 스펙트럼을 수신하여 변조 후의 스펙트럼에 차분 응답을 제공하기 위한 광전검출층; 및 광전검출층의 하부에 위치하되, 차분 응답을 재구성하여 오리지널 스펙트럼을 획득하기 위한 신호처리회로층을 포함한다. 상기 비침습 혈당 측정기의 스펙트로미터(300)는 광변조층을 이용하여 기존의 스펙트로미터(300)의 각 유형의 정밀 광학 부재를 대체함으로써 마이크로 나노 구조 분야내의 스펙트로미터(300)의 응용성을 실현하여, 마이크로 통합 스펙트로미터(300)가 래스터, 프리즘, 반사경 혹은 기타 유사한 공간적 분광 소자 없이 작동할 수 있게 된다. 이는 스펙트로미터(300)의 체적을 대폭 축소하는 동시에 스펙트럼 분석의 정밀성을 높임으로써, 비침습 혈당 측정기로 하여금 측정 정밀도가 높고 휴대성이 좋고 실시간 온라인 측정이 가능하며, 조작이 간편하고 성능이 안정적이고 제조비용이 낮은 등 장점을 갖도록 하며, 당뇨병 환자의 생활 질량을 지극히 높이므로, 시장 전망이 넓다.

본 발명의 실시예는 예시하고 설명하는 목적으로 제공하는 것이지 본 발명을 누락 없이 보여주었거나 또한 공개한 부분에만 한정하려는 것은 아니다. 많은 수정 및 변화는 당업자에게 있어서 자명한 것이다. 실시예를 선택하여 설명하는 것은 본 발명의 원리와 실제 응용에 대해 더 잘 설명하고 당업자가 본 발명을 이해하여 특정 용도에 적합한 여러 가지 수정 가능성을 가진 각종 실시예를 설계할 수 있게 된다.

본 발명의 설명 과정에서, 특별한 설명이 없는 한, "복수의"와 "몇 개"의 의미는 모두 두 개 혹은 두 개 이상을 말하며, "결함상태"의 의미는 단면이 수평을 이루는 상태를 제외한 형태를 말한다. 용어 "상", "하", "좌", "우", "내", "외", "앞단", "후단", "헤드부", "하부" 등이 표시하는 방위 혹은 위치 관계는 도면에 도시된 방위 혹은 위치 관계에 기반한 것이며, 본 발명을 설명하기 쉽고 간략하게 설명하기 위한 것이지 설명하려는 장치 혹은 부재가 반드시 그 특정된 방위를 갖고 특정된 방위로 구성되어 작동되어야 하는 것을 의미하거나 암시하는 것은 아니다. 따라서 본 발명에 대해 한정하는 것으로 이해해서는 안 된다. 이외, 용어 "제1 ", "제2 ", "제3 "등은 목적을 설명하려는 것이지 상대적인 중요성을 의미하거나 암시하는 것으로 이해해서는 안 된다.

본 발명의 설명에서 유의해야 할 것은, 특별히 규정하거나 한정하지 않는 한, 용어 "안착", "서로 연결", "연결"은 넓은 의미로 이해해야 한다. 예를 들면, 고정연결일 수 있고 탈착 가능한 연결일 수도 있으며, 혹은 일체형 연결일 수 있고 기계적인 연결일 수 있으며 전기적인 연결일 수 있고 직접적인 연결일 수도 있으며 중간 매체를 통한 간접적인 연결일 수도 있다. 당업자에게 있어서 구체적인 상황에 따라 상기 용어가 본 발명에서 나타내는 구체적인 의미를 이해할 수 있다.

1': 기판 1: 광변조층
2: 광전검출층 3: 신호처리회로층
4: 투광매체층 5: 변조유닛
6: 변조홀 7: 검출유닛
8: 간격 11: 제1 변조유닛
12: 제2 변조유닛 13: 제3 변조유닛
14: 제4 변조유닛 15: 제5 변조유닛

Claims (10)

1. 광원과 스펙트로미터를 포함하고, 상기 광원으로부터 방출되는 스펙트럼은 측정대상을 거친 후, 상기 스펙트로미터에 입사하는 입사광을 생성할 수 있는 비침습 혈당 측정기에 있어서,
   상기 스펙트로미터는,
   상기 입사광에 대해 광변조를 진행하여 변조 후의 스펙트럼을 획득하기 위한 광변조층;
   상기 광변조층의 하부에 위치하고, 변조 후의 상기 스펙트럼을 수신하여 변조 후의 상기 스펙트럼에 차분 응답을 제공하기 위한 광전검출층; 및
   상기 광전검출층의 하부에 위치하고, 상기 차분 응답을 재구성하여 오리지널 스펙트럼을 획득하기 위한 신호처리회로층;을 포함하며,
   상기 변조 후의 스펙트럼은 광대역 스펙트럼이고,
   상기 광변조층은 실리콘, 게르마늄, 게르마늄 실리콘 재료, 실리콘 화합물, 게르마늄 화합물, 금속 및 III-V족 재료 중의 하나 또는 하나 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 비침습 혈당 측정기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 광변조층은 밑판과 적어도 하나의 변조유닛을 포함하며, 상기 밑판은 상기 광전검출층에 설치되고, 상기 각 변조유닛은 상기 밑판에 위치하고, 상기 각 변조유닛 내에 여러 개의 변조홀이 각각 설치되며, 상기 각 변조유닛 내의 상기 각 변조홀은 2차원 그래픽 구조로 배치되는 것을 특징으로 하는 비침습 혈당 측정기.
3. 제2항에 있어서,
   상기 2차원 그래픽 구조는,
   상기 각 2차원 그래픽 구조 내의 모든 상기 변조홀은 동일한 단면 형상을 동시에 갖고, 상기 각 변조홀은 구조 파라미터 크기가 점진적으로 변화되는 순서에 따라 배열 및 배치되고; 및/또는
   상기 각 2차원 그래픽 구조 내의 상기 각 변조홀은 각자의 단면 형상을 각각 갖고, 상기 각 변조홀은 특정된 단면 형상에 따라 조합되어 배열되는 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 비침습 혈당 측정기.
4. 제3항에 있어서,
   상기 각 변조홀은 각자의 단면 형상에 따라 조합되어 배열될 경우, 상기 배열되는 순서는 사전 설정된 주기 순서로 행에 따라 혹은 열에 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 비침습 혈당 측정기.
5. 제2항에 있어서,
   상기 변조홀의 밑부분은 상기 밑판을 관통하거나 혹은 상기 밑판을 관통하지 않는 것을 특징으로 하는 비침습 혈당 측정기.
6. 제1항에 있어서,
   상기 광전검출층은 적어도 하나의 검출유닛을 포함하며, 상기 광변조층의 각 마이크로 광변조유닛의 하부에 적어도 하나의 상기 검출유닛이 각각 대응되게 설치되고, 상기 모든 검출유닛 사이는 상기 신호처리회로층을 통하여 전기적 연결되는 것을 특징으로 하는 비침습 혈당 측정기.
7. 제1항에 있어서,
   상기 스펙트로미터는,
   상기 광변조층과 광전검출층 사이에 위치하는 투광매체층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비침습 혈당 측정기.
8. 제1항에 있어서,
   상기 광원과 스펙트로미터는 상기 측정대상의 양측에 각각 설치되거나; 혹은
   상기 광원과 스펙트로미터는 모두 상기 측정대상의 어느 한 측에 위치되는 것을 특징으로 하는 비침습 혈당 측정기.
9. 제1항에 있어서,
   상기 신호처리회로층과 연결되고, 상기 오리지널 스펙트럼에 대해 분석하고 계산하여 혈당 파라미터를 획득하는 데이터 처리 모듈; 및
   상기 데이터 처리 모듈과 연결되고, 상기 혈당 파라미터를 보여주기 위한 데이터 디스플레이 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비침습 혈당 측정기.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 비침습 혈당 측정기에 따른 혈당 측정 방법에 있어서,
    측정대상을 광원 및 스펙트로미터와 각각 연결되는 측정 공간 내에 이동시켜 상기 광원으로부터 방출되는 스펙트럼이 상기 측정대상을 거치도록 함으로써 상기 스펙트로미터에 입사할 수 있는 입사광을 생성하는 단계;
    상기 입사광에 대해 광변조를 진행하여 변조 후의 스펙트럼을 획득하되, 상기 변조 후의 스펙트럼은 광대역 스펙트럼인 단계;
    상기 변조 후의 스펙트럼을 수신하여 상기 변조 후의 스펙트럼에 차분 응답을 제공하는 단계; 및
    상기 차분 응답을 재구성하여 오리지널 스펙트럼을 획득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 혈당 측정 방법.

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