KR102403491B1 - 온도 및 압력 감응 일체형 광학 센서 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발광부, 수광부, 광차단부, 및 광차단부에 매립된 온도 측정부 및 압력 측정부를 포함하는 온도 및 압력 감응 일체형 광학 센서에 관한 것으로, 신뢰성 있는 생체 정보를 제공하면서도, 경량 및 소형화 가능하여, 저렴하면서도 부피의 제한이 적어, 웨어러블 기기와 같은 다양한 기기에 적용할 수 있다.
Description
본 발명은, 온도 및 압력 감응 일체형 광학 센서에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 측정 대상의 손목 등에 접촉 또는 근접하여 혈중산소포화도, 혈류량, 심박수, 혈압 등과 같은 혈액의 건강상태를 광학적인 반사형 반응신호를 통해 감지하되, 동시에 일체화된 온도 측정부 및 압력 측정부로부터 측정된 체온, 맥박 및 혈압을 감지하여, 신뢰성 있는 생체 정보를 제공하면서도 소형화된 온도 및 압력 감응 일체형 광학 센서에 관한 것이다.
물리량이나 그 변화량을 전기적으로 검출하는 소자인 센서는 다양한 분야에 널리 적용되고 있다. 특히, 건강에 대한 관심이 날로 증가함에 따라, 건강상태를 측정할 수 있는 생체 센서 및 생체 센서를 적용한 의료용 기기나 헬스 기기가 활발히 연구되고 있다.
일반적으로 산소포화도 및 심박센서는 피부에 접촉 또는 근접하여 발광부와 수광부를 통해 광학적으로 투과 또는 반사된 반응신호를 감지하고, 감지된 반응신호로 혈중산소포화도, 혈류량, 심박수, 혈압 등과 같은 혈액의 건강상태를 측정한다.
종래 한국 등록 특허 제 10-1982576호에는, 피부에 접촉 또는 근접하여 발광부와 수광부를 통해 광학적으로 투과 또는 반사된 반응신호를 감지하고, 센서에 일체화된 체온측정부로부터 체온을 감지하여 생체 정보를 제공하는 생체 센서에 대해 개시되어 있다.
한편, 의료용 기기나 헬스 기기들의 다기능화와 고 신뢰성을 충족하는 다양한 센서들을 탑재한 기기의 소형화, 경량화, 저가화가 점차 요구되고 있어, 이를 구현하기 위한 통합 생체 센서 제공의 필요성은 날로 높아지고 있다. 광학측정과 더불어 체온을 각각 분리하여 측정하려면 전체 기기의 크기가 커지고, 제품의 품질과 신뢰성이 떨어지며 비용 상승의 문제가 있었다.
더불어, 종래 한국 등록 특허 제 10-1982576호에는, 체온 및 혈액의 산소 포화도와 심박등의 건강상태를 측정할 수는 있으나, 인체의 혈압은 직접 측정할 수 없어 기존의 광혈류(PPG) 측정값과 별도의 심전도(ECG) 측정값의 병합연산으로 간접적으로 혈압에 대한 정보를 제공할 수밖에 없는 문제가 있었다.
현재 상업적 웨어러블 혈압기는 상기 간접적인 병합연산으로 인해 정확성이 부족하고 측정 전에 기존의 커프(Cuff) 방식의 혈압기로 측정한 측정값으로 주기적으로 보상(Calibration)해야 하는 등 정확성을 확보하기 위한 번거로움이 있는 큰 문제가 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 소형 및 경량이면서도 신뢰성있는 생체정보의 제공이 가능한 일체형 생체 센서 및 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 광학신호, 체온신호 및 직접적 혈압신호의 측정을 소형화된 통합 센서를 통해 구현하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 광학신호, 체온신호 및 직접적 혈압신호를 이용하여 정확한 생체정보의 산출이 가능한 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 분리된 센서 신호 측정을 위한 별도의 회로기판이나 하우징, 배선 등이 불필요하여, 저비용으로 신뢰성 있는 생체정보를 제공할 수 있는 일체형 생체 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위한, 본 발명은 온도 및 압력 감응 일체형 광학 센서에 관한 것으로, 구체적으로 기판(10), 상기 기판(10) 일면에 실장되고, 빛을 조사하는 발광부(100), 상기 기판(10) 일면에 실장되고, 상기 센서로 입사되는 빛을 측정하는 수광부(200), 상기 기판(10) 일면에 형성되고, 빛이 투과되지 않는 재질로 형성되며, 상기 발광부 및 상기 수광부 사이에 위치하는 광차단부(300), 상기 기판(10)에 실장되고, 상기 광차단부(300)의 온도를 측정하는 적어도 하나의 온도 측정 소자를 포함하는 온도 측정부(310), 상기 기판에 실장되고, 상기 기판(10)에 인가되는 압력을 측정하는 적어도 하나의 압력 측정 소자를 포함하는 압력 측정부(320) 및 상기 수광부(200), 상기 온도 측정부(310) 및 상기 압력 측정부(320)로부터 수신한 신호에 기초하여 출력 신호를 생성하는 연산부(330)를 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 온도 측정부(310), 상기 압력 측정부 및 상기 연산부(330)는 상기 기판(10)의 일면에 구비되고, 상기 광차단부(300) 내부에 배치된 것이 바람직하다.
또한, 상기 온도 측정부(310)는, 상기 광차단부(300)의 길이 방향 일측에 배치되고, 상기 압력 측정부(320)는, 상기 광차단부(300)의 길이 방향 타측에 배치되며, 상기 연산부(330)는 상기 온도 측정부(310) 및 상기 압력 측정부(320) 사이에 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 온도 측정부(310)는, 상기 광차단부(300)의 상기 수광부 방향인 일측에 배치되고, 상기 압력 측정부(320)는, 상기 광차단부(300)의 상기 발광부 방향인 타측에 배치되며, 상기 연산부(330)는 상기 온도 측정부(310) 및 상기 압력 측정부(320) 사이에 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 광차단부는, 상기 발광부(100)의 발광 파장에 대해 불투과성인 적어도 하나의 재질로 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 광차단부는, 상기 온도 측정부의 적어도 일부와 접촉하는 제 1 영역과, 상기 압력 측정부의 적어도 일부와 접촉하는 제 2 영역을 포함하고, 상기 제 1 영역은 상기 제 2 영역과 이종 재질로 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 1 영역을 구성하는 재질은 상기 제 2 영역을 구성하는 재질에 비해서 열전도성이 높은 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 2 영역을 구성하는 재질은 상기 제 1 영역을 구성하는 재질에 비해서 탄성이 높은 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 1 영역을 구성하는 재질은 에폭시를 포함하고, 상기 제 2 영역을 구성하는 재질은 실리콘을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 기판(10)은, 상기 압력 측정부(320)이 실장되는 위치에 상기 기판(10)을 관통하여 형성되는 관통홀(325)을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 관통홀(325)의 내벽, 입구, 및 출구는 구리와 금으로 도금된 것이 바람직하다.
또한, 상기 압력 측정부(320)를 상기 기판에 고정시키는 접착제인 본딩 수단을 포함하고, 상기 본딩 수단은 상기 압력 측정 소자의 둘레 중 2면 또는 3면을 상기 기판에 접착시키는 것이 바람직하다.
상기한 구성에 따른 본 발명의 온도 및 압력 감응 일체형 광학 센서는, 발광부, 수광부, 광차단부, 및 광차단부에 포함된 온도 측정부, 압력 측정부를 포함하여, 소형 및 경량이면서도 신뢰성 있는 생체 정보의 제공이 가능한 큰 효과가 있다.
또한 본 발명의 온도 및 압력 감응 일체형 광학 센서는 통합된 센서 구조를 통해 광혈류(PPG), 체온, 혈압 등의 정확한 생체정보의 산출이 가능하다.
또한 본 발명의 온도 및 압력 감응 일체형 광학 센서는 저비용으로 신뢰성 있는 생체정보를 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명의 온도 및 압력 감응 일체형 광학 센서는 광차단부를 구성하는 재료를 영역을 나누어 다르게 구성하여, 온도 및 압력 측정 민감도를 동시에 향상시켜 신뢰성있는 생체 정보를 제공하는 큰 효과가 있다.
또한 본 발명의 온도 및 압력 감응 일체형 광학 센서는 PCB의 압력 측정부가 매립되는 부위에 공기가 배출되는 관통홀을 형성하거나, 압력 측정부를 PCB와 연결하는 본딩의 적어도 일부를 본딩하지 않음으로써 압력 측정 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.
또한 본 발명의 온도 및 압력 감응 일체형 광학 센서는 공기가 배출되는 관통홀을 구리와 금으로 도금함으로써, 압력센서의 공기 배출이 원활하여 신뢰성있는 압력 측정을 할 수 있다.
또한 본 발명의 온도 및 압력 감응 일체형 광학 센서는 소형 의료기기나 헬스케어기기 뿐 아니라, 일반적인 소형 기기와의 통합이 용이하며, 특히 웨어러블 기기에 적용할 수 있다.
도 1 및 2는 본 발명의 온도 및 압력 감응 일체형 광학 센서의 사시도.
도 3는 본 발명의 온도 및 압력 감응 일체형 광학 센서의 단면도.
도 4 내지 7은 본 발명의 온도 및 압력 감응 일체형 광학 센서의 사시도.
도 8은 본 발명의 온도 및 압력 감응 일체형 광학 센서의 평면도.
도 9은 본 발명의 온도 및 압력 감응 일체형 광학 센서의 실시 예에 따른 사시도.
도 10은 본 발명의 온도 및 압력 감응 일체형 광학 센서의 실시 예에 따른 평면도.
도 11 내지 14는 본 발명의 온도 및 압력 감응 일체형 광학 센서의 실시 예에 따른 단면도.
도 3는 본 발명의 온도 및 압력 감응 일체형 광학 센서의 단면도.
도 4 내지 7은 본 발명의 온도 및 압력 감응 일체형 광학 센서의 사시도.
도 8은 본 발명의 온도 및 압력 감응 일체형 광학 센서의 평면도.
도 9은 본 발명의 온도 및 압력 감응 일체형 광학 센서의 실시 예에 따른 사시도.
도 10은 본 발명의 온도 및 압력 감응 일체형 광학 센서의 실시 예에 따른 평면도.
도 11 내지 14는 본 발명의 온도 및 압력 감응 일체형 광학 센서의 실시 예에 따른 단면도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명을 하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
먼저 본 발명의 온도 및 압력 감응 광학 센서의 기본구조에 대해 설명하겠다.
본 발명의 바람직한 실시예의 온도 및 압력 감응 일체형 광학 센서는, 기판(10), 상기 기판(10) 일면에 실장되고, 빛을 조사하는 발광부(100), 상기 기판(10) 일면에 실장되고, 상기 센서로 입사되는 빛을 측정하는 수광부(200), 상기 기판(10) 일면에 형성되고, 빛이 투과되지 않는 재질로 형성되며, 상기 발광부 및 상기 수광부 사이에 위치하는 광차단부(300), 상기 기판(10)에 실장되고, 상기 광차단부(300)의 온도를 측정하는 적어도 하나의 온도 측정 소자를 포함하는 온도 측정부(310), 상기 기판에 실장되고, 상기 기판(10)에 인가되는 압력을 측정하는 적어도 하나의 압력 측정 소자를 포함하는 압력 측정부(320) 및 상기 수광부(200), 상기 온도 측정부(310) 및 상기 압력 측정부(320)로부터 수신한 신호에 기초하여 출력 신호를 생성하는 연산부(330)를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 기판은 합성수지 및/또는 세라믹 소재일 수 있으며, PCB일 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서 기판은 광차단부와 동일한 소재일 수 있고, 광차단부와 일체로 형성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예에서, 온도 및 압력 감응 광학 센서는 피부에 접촉한 상태로 생체 정보를 측정하여 제공할 수 있다. 이를 위해 상기 발광부(100)에서 피부에 조사된 빛이 반사되어 수광부(200)에서 감지된다. 바람직하게, 수광부(200)에서 감지된 빛은 혈액의 부피 변경의 검출에 사용될 수 있고, 연산부(330)에서 혈중 산소포화도, 혈류량, 심박수, 혈압 등 생체 정보로 변환될 수 있다. 바람직하게, 상기 생체 정보는 특히 인체의 호흡기와 순환기의 정보일 수 있다. 또한, 상기 피부는 상기 생체 정보를 얻을 수 있는 부분이면 특별히 제한되지 않으며, 바람직하게 맥박이 짚이는 손목 등의 피부일 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예에서, 발광부는 발광 소자를 포함할 수 있고, 상기 발광 소자는 발광 다이오드(light emitting diode (LED)), 레이저 다이오드(laser diode) 등일 수 있으며, 둘 이상을 조합할 수도 있다. 반사광에 의해 생체신호를 얻을 수 있다면 특별히 제한되지 않는다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 발광부는 가시광선 또는 근적외선 파장의 빛을 조사할 수 있고, 특히 400 내지 1000 nm의 빛을 조사할 수있으며, 둘 이상의 파장을 조사하는 소자를 조합할 수 있다. 발광 소자를 조합하는 경우, 측정상의 오류를 감지하거나 측정 결과의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 수광부(200)는 발광부(100)로부터 조사되어 반사된 빛을 감지하며, 감지가 가능하다면 감지 수단에 특별한 제약은 없다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 수광부는 포토 다이오드(photo diode), 포토 트랜지스터(photo transistor), 포토 사이리스터(photo thyristor) 중 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
또한 수광부(200) 및/또는 발광부(100)는 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있고, 복수개로 포함하는 경우, 그 기하학적인 배치에 제한이 없다. 일 예로, 하나 이상의 열을 이루거나, 무작위적으로 배치될 수 있다.
본 발명에서 광차단부(300)는, 발광부(100)로부터의 조사광, 산란광 등, 발광부(100)로부터 조사되어 측정 대상을 통한 반사광 이외의 빛을 수광부(200)가 감지하는 것을 방지하여, 측정상의 노이즈를 감소시킴으로써, 측정의 정밀도를 향상시킨다. 이를 위해 본 발명의 바람직한 실시예에서 광차단부(300)는 발광부(100)로부터 조사되는 빛을 차단 및/또는 흡수할 수 있는 소재 및 색상을 가질 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서 광차단부(300)는 광학적으로 불투명한 소재일 수 있고, 광차단 및/또는 광흡수 효과를 증진시키기 위해 안료 및/또는 염료를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 광차단부(300)는 합성수지 소재일 수 있고, 실리콘(silicone) 계열, 에폭시 계열, 멜라민 계열, 아미드 계열, 프탈레이트 계열, 에스테르 계열 등의 합성수지 소재일 수 있다. 더욱 바람직하게, 실리콘 계열 또는 에폭시 계열일 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 광차단부(300)는 광차단 및/또는 광흡수를 위해 무기계 또는 유기계 안료 및/염료를 포함할 수 있고, 일 예로 광차단 특성을 가지는 무기 산화물을 하나 또는 둘 이상 포함할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 그러한 무기 산화물은 나노입자, 유무기 복합체 등의 형태로 포함될 수 있고, 물질의 일 예로 antimontin oxide (ATO), Sb2O3-ZnO, indium-tin oxide (ITO), cesium-tin oxide (CTO) 등일 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서 광차단 및/또는 광흡수를 위한 염료의 예로 니트로소계, 시아닌계, 니그로신계, 트리페닐메탄계, 임미니늄과 디임미니늄계, 스쿠아릴리움과 크로코니움계, 니켈디티올렌계, 아미늄계, 폴리메틴계, 프탈로시아닌계, 퀴논, 프탈로시아닌, 아조, 인도아닐린, 바트 염료 등이 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 온도 측정부(310)는 온도 측정 소자를 포함할 수 있고, 그러한 온도 측정 소자는 서미스터(thermistor), 저항온도감지기(resistance temperature detector (RTD)), 열전대(thermocouple) 중 어느 하나 이상일 수 있으나, 체온의 측정에 적합한 소자라면 특별히 제한되지 않는다.
한편, 상기 온도 측정부(310)는, 측정 대상을 향한 면이 광차단부(300)에 매립되지 않은 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 압력 측정부(320)는 압력 측정 소자를 포함할 수 있고, 그러한 압력 측정 소자는 변형 게이지 소자(strain gauge), 압전소자(piezoelectric element), 포텐셔미터(Potentiometer) 중 어느 하나 이상 일 수 있으나, 맥박 측정에 적합한 소자라면 특별히 제한되지 않는다.
한편, 상기 압력 측정부(320)는, 측정 대상을 향한 면이 광차단부(300)에 매립되지 않은 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예에서, 연산부(330)는 발광 파장 및 강도를 포함하는 발광신호와, 수광 파장 및 강도를 포함하는 수광신호에 상응하는 생체정보를 산출하기 위한 연산을 수행할 수 있으며, 상기 발광신호, 수광신호, 온도 및 압력 신호와 생체정보의 관계가 저장된 테이블 또는 보정식을 포함하고, 발광신호, 수광신호, 온도 및 압력 신호에 상응하는 생체정보를 읽어내어 출력 신호를 생성할 수 있다.
연산부(330)는 발광부(100)에 대한 발광신호, 수광부(200)에서 감지된 빛에 대한 수광신호, 온도 측정부(310)로부터 감지된 온도, 압력 측정부(320)로부터 감지된 압력에 대한 신호 등이 전달되며, 이 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것으로, 신호 전달 및 이에 따른 연산이 가능하다면 특별히 한정되지 않는다. 본 발명의 바람직한 실시예에서 연산부(330)는 전기전도성 회로를 포함할 수 있고, 유선 또는 무선으로 신호가 전달될 수 있다.
본 발명의 온도 및 압력 감응 광학 센서는, 상기 온도 측정부(310), 압력 측정부(320) 및 연산부(330)의 배치 관계에 따라 제 1 내지 3 실시예로 구성된다.
다음으로는, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 대하여 설명하겠다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예는, 상기 온도 측정부(310), 상기 압력 측정부 및 상기 연산부(330)는 상기 기판(10)의 일면에 구비되고, 상기 광차단부(300) 내부에 배치된 것이 바람직하다.
도 3는 기판(10) 일면에 매립된 본 발명의 바람직한 제 1 실시예의 단면을 도시하고 있다.
도 1에서, 상기 광차단부(300)의 길이 방향은 Y축 방향이며, 상기 광차단부(300)의 폭 방향은 X축 방향이다.
본 발명의 바람직한 제 1-1 실시예에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 온도 측정부(310)는, 상기 광차단부(300)의 길이 방향 일측에 배치되고, 상기 연산부(330)는, 상기 광차단부(300)의 길이 방향 타측에 배치되며, 상기 압력 측정부(320)는 상기 온도 측정부(310) 및 상기 연산부(330) 사이에 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 제 1-2 실시예에서, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 온도 측정부(310)는, 상기 광차단부(300)의 상기 수광부 방향인 일측에 배치되고, 상기 압력 측정부(320)는, 상기 광차단부(300)의 상기 발광부 방향인 타측에 배치되며, 상기 연산부(330)는 상기 온도 측정부(310) 및 상기 압력 측정부(320) 사이에 배치되는 것이 바람직하다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제 1-2 실시예는 상기 발광부(100), 수광부(200) 및 연산부(330)가 상기 광차단부(300)의 폭 방향으로 일 열로 배치될 수 있으며, 상기 발광부(100) 측에 상기 압력 측정부(320)가, 상기 수광부(200) 측에 상기 온도 측정부(310)가 배치된다.
이러한 구성으로, 발광부(100)에서 방출하는 열이 온도 측정부(310)에 주는 영향을 줄여 온도 측정 상의 노이즈를 제거하여 온도 측정 민감도를 향상시키는 효과가 있다.
한편, 온도측정소자의 경우, 광차단부(300)의 재질이 열전도성이 높아야 온도 측정 민감도가 향상되며, 압력측정소자의 경우, 광차단부(300)의 함침 재질이 탄성도가 높아야 압력 측정 민감도가 향상된다. 따라서 광차단부(300) 내부의 기판(10) 일면에 온도측정소자 및 압력측정소자가 함께 매립되는 경우 광차단부(300)를 구성하는 재질은 열과 압력 모두 잘 전달되는 것이 바람직하다. 그러나 일반적으로 열 전도성이 높은 물질은 탄성이 낮다. 이를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 광차단부(300)의 함침 재질을 한 가지가 아닌 하이브리드로 적용한다.
본 발명의 바람직한 제 1 실시예에서, 상기 광차단부는 상기 발광부(100)의 발광 파장에 대해 불투과성인 적어도 하나의 재질로 형성된 것이 바람직하다.
또한 상기 광차단부는 상기 온도 측정부의 적어도 일부와 접촉하는 제 1 영역과, 상기 압력 측정부의 적어도 일부와 접촉하는 제 2 영역을 포함하고, 상기 제 1 영역은 상기 제 2 영역과 이종 재질로 형성된 것이 바람직하다.
따라서 제 1-1 실시예에서, 도 4에 도시된 바와 같이 광차단부(300)는 길이 방향으로 제 1 영역 및 제 2 영역이 나누어질 수 있으며, 제 1-2 실시예에서, 도 7에 도시된 바와 같이 광차단부(300)는 폭 방향으로 제 1 영역 및 제 2 영역이 나누어질 수 있다.
또한, 상기 제 1 영역을 구성하는 재질은 상기 제 2 영역을 구성하는 재질에 비해서 열전도성이 높은 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 2 영역을 구성하는 재질은 상기 제 1 영역을 구성하는 재질에 비해서 탄성이 높은 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 1 영역을 구성하는 재질은 에폭시를 포함하고, 상기 제 2 영역을 구성하는 재질은 실리콘을 포함하는 것이 바람직하다.
이러한 구성으로, 온도 측정부(310) 및 압력 측정부(320)가 광차단부(300) 내부에 함께 배치된 경우에, 광차단부(300)로 전달되는 온도 및 압력의 전달률을 높여 온도 및 압력 측정 민감도를 동시에 향상시킬 수 있는 큰 효과가 있다.
더욱 바람직하게, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 압력 측정부(320)의 측면과 접촉하는 광차단부(300)의 측면의 적어도 일부가 제 2 영역일 수 있다. 압력 측정부(320) 측의 광차단부(300)의 상부면이 탄성이 높은 재질이면 압력 측정부(320)의 일면으로 전달되는 압력을 흡수할 수 있기에, 압력 측정부(320) 측의 광차단부(300)의 상부면은 측면에 비해 강성이 높은 재질로 구성되고, 압력 측정부(320)의 측면과 접촉하는 광차단부(300)의 일부는 광차단부(300)의 상부면에 비해 탄성이 높은 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
한편 상기 광차단부(300)는, 금형을 이용하여 상기 에폭시가 형성되며, 토출기를 이용하여 상기 실리콘이 형성되는 것일 수 있다.
도 1, 2 및 8에 도시된 바와 같이, 상기 기판(10)은, 상기 압력 측정부(320)이 실장되는 위치에 상기 기판(10)을 관통하여 형성되는 관통홀(325)을 포함하는 것이 바람직하다.
이러한 구성으로, 압력측정소자가 매립된 지점에 공기가 배출되거나 유입될 수 있기 때문에, 압력 측정 소자에 압력이 전달될 때 공기가 기판(10) 뒤로 배출되어 압력 측정부(320)의 압력 측정 민감도가 향상되는 효과가 있다.
한편, 기판(10)에 관통홀(325)을 형성하게 되면, 기판(10)에 홀이 형성된 부분이 날카롭고 울퉁불퉁해지며, 관통홀(325)들이 일률적으로 형성되지 않는 문제가 있었다. 이를 해결하기 위하여, 상기 관통홀(325)의 내벽, 입구, 및 출구는 구리와 금으로 도금된 것이 바람직하다.
이러한 구성으로, PCB에 형성된 관통홀(325) 주변을 도금함으로써, 관통홀(325)이 형성된 부분이 매끈해지고 일률적인 크기를 가지게 되어 신뢰성 있는 압력 측정을 할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예로써, 상기 연산부(330)는 상기 기판(10) 타면에 매립될 수 있으며, 상기 기판(10) 타면 및 일면에 매립될 수 있다. 도 2 및 9에 도시된 바와 같이, 상기 광차단부(300)의 일측 및 타측에 상기 온도 측정부(310) 및 압력 측정부(320)가 실장될 수 있고, 상기 연산부(330)는 기판(10)의 타면에 실장될 수 있다. 이러한 경우에, 도 4에 도시된 바와 같이 광차단부(300)는 길이 방향으로 제 1 영역 및 제 2 영역이 나누어질 수 있다.
한편 본 발명의 또 다른 실시예로써, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 발광부(100) 및 수광부(200)는 측정 대상을 향한 면에 각각 발광부 보호층(50-1) 및 수광부 보호층(50-2)을 더 구비하되, 상기 발광부 보호층(50-1)이 발광부(100)의 발광 파장에 대해 투과성이 있을 수 있고, 상기 수광부 보호층(50-2)이 상기 수광부(200)의 수광 파장에 대해 투과성이 있을 수 있다. 또한, 광차단부(300)는 상기 발광부 보호층(50-1) 및 수광부 보호층(50-2)보다 돌출된 것일 수 있다.
이러한 구성으로, 상기 광차단부(300)는 발광부(100)로부터의 조사광이 발광부 보호층(50-1) 내부 또는 표면을 통해 수광부로 직접 전달되는 것을 방지하여, 수광부의 측정상의 노이즈를 감소시킴으로써, 측정의 정밀도를 향상시키는 효과가 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예로써, 도 11 및 12에 도시된 바와 같이, 상기 발광부(100) 및 수광부(200) 중 어느 하나 또는 둘은 상기 기판(10) 내부에 매립되되, 상기 매립된 발광부(100) 및 수광부(200) 중 적어도 하나의 일면은 매립되지 않고 노출되는 것일 수 있다.
또한, 도 12에 도시된 바와 같이, 발광부(100)로부터의 조사광이 광투과성 보호층 내부 또는 표면을 통해 수광부로 직접 전달되는 것을 방지하기 위해, 매립된 발광부 보호층(50-1) 및/또는 수광부 보호층(50-2)는 상기 기판의 매립되지 않은 표면보다 함몰되는 것일 수 있다.
또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 압력 측정부(320)를 상기 기판에 고정시키는 접착제인 본딩 수단을 포함하고, 상기 본딩 수단(326)은 상기 압력 측정 소자의 둘레 중 2면 또는 3면을 상기 기판에 접착시키는 것이 바람직하다.
압력 측정부(320)의 둘레는 도 10에 도시된 바와 같이 320-a 내지 320-d로, 4개일 수 있다. 그 중, 2면(320-a, 320-c)을 본딩할 수 있으며, 또는, 3면을 본딩할 수 있다.
상기 본딩 수단은, 인쇄 와이어 본딩(Printed Wire Bonding), 플립칩 본딩(Flip Chip Bonding)일 수 있으며, 이 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것으로, 기판에 센서 또는 반도체 칩 본딩이 가능하다면 특별히 한정되지 않는다.
이러한 구성으로, 압력 측정부(320)의 네 측면(320-a 내지 320-d)을 기판(10)과 접착하는 것에 비해서, 2면 또는 3면을 접착함으로써 압력 측정부(320)에 압력을 가할 시 비접착면으로 공기가 배출되고, 이로 인하여 측정 대상으로부터 압력 측정부(320)로 전달되는 압력 전달률을 높여 압력 측정 소자의 압력 측정 민감도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
다음으로는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예를 설명하겠다.
도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 제 2 실시예는, 상기 온도 측정부(310)는 상기 기판(10)의 일면에 구비되고, 상기 광차단부(300) 내부에 배치되며, 상기 압력 측정부는 상기 기판(10)의 타면에 구비된 것이 바람직하다.
이러한 구성으로, 온도 측정부(310) 및 압력 측정부(320)를 각각 기판(10)의 일면 및 타면에 매립함으로써, 광차단부(300)의 형성 공정이 쉬워져 생산성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 상기 압력 측정부(320)는, 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 기판(10)의 타면에 형성되고, 상기 압력 측정 소자의 적어도 일부를 감싸는 수지인 압력 측정부 보호층(321)을 더 포함하고, 상기 압력 측정부 보호층(321)의 상기 압력 측정 소자의 측면과 접촉하는 영역의 재질은 상기 압력 측정 소자의 상부면과 접촉하는 영역의 재질에 비해서 탄성이 높은 것이 바람직하다.
이러한 구성으로, 압력 측정 소자를 보호하는 동시에 측정 대상으로부터 광차단부(300)로 전달되는 압력 전달률을 높여 압력측정소자의 압력 측정 민감도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
다음으로는 본 발명의 바람직한 제 3 실시예를 설명하겠다.
도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 제 3 실시예는 상기 압력 측정부(320) 및 상기 연산부(330)는 상기 기판(10)의 일면에 구비되고, 상기 광차단부(300) 내부에 배치되며, 상기 온도 측정부(310)는 상기 기판(10)의 타면에 구비된 것이 바람직하다.
또한, 도 14에 도시된 바와 같이, 온도 측정부(310)는 기판 타면에 형성되고, 온도 측정 소자를 감싸는 온도 측정 보호층(311)을 포함할 수 있으며, 상기 온도 측정 보호층(311)은 열전도성일 수 있다.
이러한 구성으로, 온도 측정 소자를 보호하는 동시에 측정 대상으로부터 온도 측정 소자로 전달되는 온도 전달률을 높여 온도 측정 소자의 온도 측정 민감도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 광차단부(300)의 측면을 구성하는 재질은 상기 광차단부(300)의 상부면을 구성하는 재질에 비해서 탄성이 높은 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이, 광차단부(300)의 상부면이 탄성이 높은 재질이면 압력 측정부(320)의 일면으로 전달되는 압력을 흡수할 수 있기에, 압력 측정부(320) 측의 광차단부(300)의 상부면은 측면에 비해 강성이 높은 재질로 구성되고, 압력 측정부(320)의 측면과 접촉하는 광차단부(300)의 일부는 광차단부(300)의 상부면에 비해 탄성이 높은 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
이러한 구성으로, 상기 광차단부(300)로부터 압력 측정 소자에 전달되는 압력 전달률을 높여 압력 측정 민감도를 향상시키는 효과가 있다.
한편 상기 온도 측정부(310)가 기판(10)의 타면에 실장된 경우, 기판(10)의 일면이 측정 대상을 향하고 있으므로 측정 대상으로부터 온도 측정부(310)로 전달되는 열 전달률이 떨어지는 문제가 있었으며, 상기 온도 및 압력 감응 광학 센서가 부착된 시계 등의 배터리 발열 등으로 인하여 온도 측정에 노이즈가 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위하여, 상기 온도 측정부와 일측이 연결되고, 상기 온도 측정부와 열적으로 결합된 금속성 부재인 열 전달부재를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이러한 구성으로, 측정 대상과 근접하거나 직접 접촉하여 측정 대상과 열적으로 연결된 열 전달 부재(미도시)를 포함함으로써, 온도 측정부(310)의 온도 측정 민감도를 향상시키는 효과가 있다. 이러한 열 전달 부재는, 상기 센서를 적용하는 모듈 및 기기에 따라 다양한 형태와 크기를 가질 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예에서, 상기 온도 및 압력 감응 센서를 포함하는 전자기기는 의료 기기, 헬스케어 및 웨어러블 기기를 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 집게, 패치, 손목밴드, 헤드밴드, 이어링, 목걸이, 이어폰 등의 형태를 포함할 수 있으며, 통상의 의료 기기나 헬스케어 기기 뿐 아니라, 종래의 모바일 디바이스나 시계, 반지 등에 결합될 수 있으며, 생체 정보 측정이 요구되거나 피부와 접촉이 가능한 기기라면 특별히 제한되지 않는다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
10 : 기판
50 : 광투과성 보호층
100 : 발광부
200 : 수광부
300 : 광차단부
310 : 온도 측정부
320 : 압력 측정부
325 : 배출 홀
326 : 본딩 수단
330 : 연산부
50 : 광투과성 보호층
100 : 발광부
200 : 수광부
300 : 광차단부
310 : 온도 측정부
320 : 압력 측정부
325 : 배출 홀
326 : 본딩 수단
330 : 연산부
Claims (13)
- 온도 및 압력 감응 일체형 광학 센서에 있어서,
기판;
상기 기판 일면에 실장되고, 빛을 조사하는 발광부;
상기 기판 일면에 실장되고, 상기 센서로 입사되는 빛을 측정하는 수광부;
상기 기판 일면에 형성되고, 빛이 투과되지 않는 재질로 형성되며, 상기 발광부 및 상기 수광부 사이에 위치하는 광차단부;
상기 기판에 실장되고, 상기 광차단부의 온도를 측정하는 적어도 하나의 온도 측정 소자를 포함하는 온도 측정부;
상기 기판에 실장되고, 상기 기판에 인가되는 압력을 측정하는 적어도 하나의 압력 측정 소자를 포함하는 압력 측정부; 및
상기 수광부, 상기 온도 측정부 및 상기 압력 측정부로부터 수신한 신호에 기초하여 출력 신호를 생성하는 연산부;를 포함하고,
상기 온도 측정부, 상기 압력 측정부 및 상기 연산부는 상기 기판의 일면에 구비되고, 상기 광차단부 내부에 배치되고,
상기 광차단부는,
상기 발광부의 발광 파장에 대해 불투과성인 적어도 하나의 재질로 형성되며,
상기 온도 측정부의 적어도 일부와 접촉하는 제 1 영역과, 상기 압력 측정부의 적어도 일부와 접촉하는 제 2 영역을 포함하고,
상기 제 1 영역은 상기 제 2 영역과 이종 재질로 형성되고, 상기 제 1 영역을 구성하는 재질은 상기 제 2 영역을 구성하는 재질에 비해서 열전도성이 높으며, 상기 제 2 영역을 구성하는 재질은 상기 제 1 영역을 구성하는 재질에 비해서 탄성이 높고,
상기 기판은, 상기 압력 측정부가 실장되는 위치에 상기 기판을 관통하여 형성되는 관통홀을 포함하되,
상기 제 2 영역은
상기 압력 측정부의 측면과 접촉하고, 상기 광차단부의 측면 중 적어도 일부인 것
을 특징으로 하는 온도 및 압력 감응 일체형 광학 센서.
- 제 1 항에 있어서,
상기 온도 측정부는, 상기 광차단부의 길이 방향 일측에 배치되고,
상기 압력 측정부는, 상기 광차단부의 길이 방향 타측에 배치되며,
상기 연산부는 상기 온도 측정부 및 상기 압력 측정부 사이에 배치되는 것
을 특징으로 하는 온도 및 압력 감응 일체형 광학 센서.
- 제 1 항에 있어서,
상기 온도 측정부는, 상기 광차단부의 상기 수광부 방향인 일측에 배치되고,
상기 압력 측정부는, 상기 광차단부의 상기 발광부 방향인 타측에 배치되며,
상기 연산부는 상기 온도 측정부 및 상기 압력 측정부 사이에 배치되는 것
을 특징으로 하는 온도 및 압력 감응 일체형 광학 센서.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 영역을 구성하는 재질은 에폭시를 포함하고,
상기 제 2 영역을 구성하는 재질은 실리콘을 포함하는 것
을 특징으로 하는 온도 및 압력 감응 일체형 광학 센서.
- 제 1 항에 있어서,
상기 관통홀의 내벽, 입구, 및 출구는 구리와 금으로 도금된 것
을 특징으로 하는 온도 및 압력 감응 일체형 광학 센서.
- 제 1 항에 있어서,
상기 기판은,
상기 압력 측정부를 상기 기판에 고정시키는 접착제인 본딩 수단을 포함하고,
상기 본딩 수단은 상기 압력 측정 소자의 둘레 중 2면 또는 3면을 상기 기판에 접착시키는 것
을 특징으로 하는 온도 및 압력 감응 일체형 광학 센서.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 온도 및 압력 감응 일체형 광학 센서를 포함하는 전자기기.
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Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200117398A KR102403491B1 (ko) | 2020-09-14 | 2020-09-14 | 온도 및 압력 감응 일체형 광학 센서 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200117398A KR102403491B1 (ko) | 2020-09-14 | 2020-09-14 | 온도 및 압력 감응 일체형 광학 센서 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20220035550A KR20220035550A (ko) | 2022-03-22 |
| KR102403491B1 true KR102403491B1 (ko) | 2022-05-30 |
Family
ID=80988284
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020200117398A KR102403491B1 (ko) | 2020-09-14 | 2020-09-14 | 온도 및 압력 감응 일체형 광학 센서 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102403491B1 (ko) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016214731A (ja) * | 2015-05-25 | 2016-12-22 | ローム株式会社 | バイタルセンサモジュールおよびその動作方法 |
| KR101982576B1 (ko) * | 2018-10-04 | 2019-05-27 | 한상훈 | 일체형 생체 센서 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102655738B1 (ko) * | 2016-12-27 | 2024-04-05 | 삼성전자주식회사 | 접촉형 혈압 측정 장치 |
-
2020
- 2020-09-14 KR KR1020200117398A patent/KR102403491B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016214731A (ja) * | 2015-05-25 | 2016-12-22 | ローム株式会社 | バイタルセンサモジュールおよびその動作方法 |
| KR101982576B1 (ko) * | 2018-10-04 | 2019-05-27 | 한상훈 | 일체형 생체 센서 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20220035550A (ko) | 2022-03-22 |
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