KR102465488B1 - 활력 신호를 측정하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 개시사항은 움직임 상태의 생체의 심박수 신호를 측정할 수 있는 활력 신호 측정 장치 및 방법을 제공한다. 방법은 2개의 상이한 신호들를 검출하는 단계, 2개의 신호들로부터 잡음을 제거하기 위한 적응형 잡음 제거 알고리즘을 사용하는 단계, 및 특정 동작 후에 더 정확한 심박수 신호를 얻는 단계를 포함한다.
Description
본 출원은 2015년 9월 30일자로 출원된 중국 출원 제201510651334.X호를 우선권으로 주장하며, 그 내용은 본 명세서에 참조로 통합된다.
본 개시사항은 생체의 활력 신호를 측정하는 시스템들 및 방법들에 관한 것으로서, 특히 움직임 상태에 있는 생체의 심박수 신호들을 측정하는 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.
심박수는 활력 신호 파라미터들 중에서 매우 중요한 생리적 지표이다. 심박수 측정은 의료 분야에서 의료 진단을 위한 참조를 제공할 수 있다. 심박수가 또한 사람의 움직임 중에 신체에 대한 부하의 평가 기준이기 때문에, 운동시 심박수의 검출은 운동선수가 합리적으로 운동할 수 있도록 안내할 수 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 미국 특허 출원공개공보 US 2012/150052 A1(2012. 6. 14) 및 WO 2015/084376 A1(2015. 6. 11)에 개시되어 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 미국 특허 출원공개공보 US 2012/150052 A1(2012. 6. 14) 및 WO 2015/084376 A1(2015. 6. 11)에 개시되어 있다.
움직임 중 에너지 소비는 심박수 모니터로부터 간접적으로 유도될 수 있고, 이는 운동선수가 체중을 줄이고 신체를 보다 효과적으로 성형하도록 도울 수 있다. 또한 심박수 측정은 복잡한 기구들 및 장치들을 필요로 하지 않고, 심박수는 연속적인 모니터링에 적합하다. 따라서 심박수 데이터의 실시간 모니터링은 폭크고 중요한 가치들을 갖는다.
본 개시사항은 활력 신호들을 획득하는 장치 및 방법을 제공한다. 상기 장치는: 생체의 표면에 제 1 광빔을 방출하도록 구성된 제 1 신호원으로서, 제 1 광빔은 단색 광이거나 또는 파장 범위 내의 광일 수 있고, 상기 단색 광 또는 파장 범위 내의 광은 적색 광, 황색 광, 녹색 광, 청색 광, 보라색 광, 적외선, 자외선, 등을 포함하지만 이에 한정되지는 않는, 제 1 신호원; 생체에 의해 반사된 제 1 신호를 검출하도록 구성된 제 1 신호 검출 장치로서, 제 1 신호 검출 장치는 광전 센서일 수 있고, 제 1 신호는 제 1 광빔과 연관되는, 제 1 신호 검출 장치; 생체에 의해 반사된 제 2 신호를 검출하도록 구성된 제 2 신호 검출 장치로서, 제 2 신호 검출 장치는 광전 센서일 수 있고, 제 2 신호는 제 1 신호와 다른 제 1 광빔과 연관되는, 제 2 신호 검출 장치; 및 제 1 신호 및 제 2 신호에 기초하여 생체의 활력 신호를 결정하도록 구성된 프로세서를 포함한다. 선택적으로, 제 1 신호 및 제 2 신호의 활력 신호 정보 대 잡음 정보의 비는 상이하다. 제 1 신호원, 제 1 신호 검출 장치 및 제 2 신호 검출 장치는 직선상에 위치될 수 있거나, 또는 생체의 표면 위의 상이한 거리에 존재할 수 있다.
선택적으로, 생체의 표면은 피부와 같은 생체의 특정 조직 또는 부위일 수 있으나, 이에 국한되는 것은 아니다.
선택적으로, 제 1 광빔은 피부 표면에 입사될 수 있고, 피부의 각질층과 외부 표면에 의해 형성된 계면에 의해 직접 반사되어 반사광을 방출할 수 있고, 반사광은 운동 정보를 포함할 수 있고, 피부 표면에 의해 굴절된 후 피부 조직의 표피 및 진피에 순차적으로 진입하고, 피부 조직에 의해 산란 및 흡수되어 산란된 광을 방출할 수 있고, 산란된 광은 운동 정보 및 활력 신호들을 포함할 수 있다. 생체에 의해 반사된 제 1 신호 및/또는 제 2 신호는 피부 표면의 반사광 및 피부 조직에 의해 산란된 산란 광을 포함할 수 있다.
선택적으로, 제 1 신호는 광혈류측정(PPG : photoplethysmograph) 신호를 포함할 수 있고; 선택적으로, 제 2 신호는 생체의 움직임에 의해 발생된 잡음 정보를 포함할 수 있다.
선택적으로, 제 1 신호원과 제 1 신호 검출 장치 사이의 거리는 제 1 신호원과 제 2 신호 검출 장치 사이의 거리보다 클 수 있고; 제 1 신호 검출 장치와 생체의 표면 사이의 거리는 제 2 신호 검출 장치와 생체의 표면 사이의 거리보다 짧을 수 있고; 상기 거리들의 차이는 광자들이 피부 조직으로 상이한 평균 깊이들로 침투하게 할 수 있고, 제 1 신호 및 제 2 신호에 의해 전달되는 활력 신호 대 잡음 정보에 대한 비율들을 상이하게 만들 수 있다.
선택적으로, 상기 장치는 생체의 표면에 제 2 광빔을 방출하기 위한 제 2 신호원을 포함할 수 있고, 제 1 신호원 및 제 2 신호원은 빔들을 동시에 또는 교대로 방출할 수 있고, 제 1 신호원의 빔 및 제 2 신호원의 빔의 파장들은 동일하거나 상이할 수 있다. 제 1 신호원 및 제 1 신호 검출 장치는 제 1 센서를 구성하고, 제 2 신호원 및 제 2 신호 검출 장치는 제 2 센서를 구성할 수 있다.
선택적으로, 제 2 신호원과 제 2 신호 검출 장치 사이의 거리는 제 1 신호원과 제 1 신호 검출 장치 사이의 거리보다 짧을 수 있고; 이러한 거리들의 차이는 제 1 광빔과 제 2 광빔이 피부 조직을 상이한 평균 깊이들로 침투하도록 할 수 있고, 제 1 신호 및 제 2 신호에 의해 운반되는 활력 신호 성분들의 비율들을 상이하게 할 수 있다.
선택적으로, 이러한 장치는 제 2 신호의 투과 방향을 변경시키기 위하여 제 2 신호 검출 장치와 생체 사이에 위치될 수 있거나, 제 1 신호의 투과 방향을 변경시키기 위하여 제 1 신호 검출 장치와 생체 사이에 위치될 수 있는 광학 구성요소를 포함할 수 있고; 선택적으로, 이러한 장치는 제 2 신호 검출 장치와 생체 사이 및 제 1 신호 검출 장치와 생체 사이에 각각 배치될 수 있는 적어도 2개의 광학 요소들을 포함할 수 있다. 2개 이상의 광학 구성요소들은 동일하거나 상이할 수 있다. 또한, 선택적으로 구성요소는 렌즈 또는 광 가이드일 수 있고, 이는 제 2 신호 검출 장치 또는 제 1 신호 검출 장치에 의해 검출된 신호의 방향을 변경하여 광이 피부에 대해 일정한 각도가 되도록 하는데 사용될 수 있고, 렌즈 유형은 오목 렌즈, 볼록 렌즈, 평-볼록 렌즈, 평-오목 렌즈 및 메니스커스 렌즈를 포함하나 이에 한정되지 않는다.
선택적으로, 제 1 광 빔은 편광된 광이며, 편광된 광은 제 1 신호원에 의해 직접 생성될 수 있거나, 제 1 신호원과 특정 광학 구성요소의 조합에 의해 생성될 수 있다.
선택적으로, 이러한 장치는 편광 장치를 포함할 수 있고, 이러한 편광 장치는 제 2 신호 검출 장치와 생체 사이에 위치한 제 1 편광 장치를 포함할 수 있고, 또한 제 1 신호 검출 장치와 생체 사이에 위치한 제 2 편광 장치를 포함할 수 있고, 또한 제 1 신호원과 생체 사이에 위치된 제 3 편광 장치를 포함할 수 있고; 또한 선택적으로 이러한 편광 장치는 선형 편광을 발생시키기 위한 편광자일 수 있고, 이러한 편광자의 편광 방향들은 동일하거나 상이할 수 있고, 선택적으로 상이한 편광 방향들은 서로 수직일 수 있다. 입사광이 특정 조건을 만족하는 선형 편광된 광이라면, 피부 표면의 반사광은 여전히 선형 편광일 수 있고, 후방-산란된 광은 편광되지 않은 광이 될 수 있다; 편광자의 편광 방향을 조절함으로써, 제 1 신호와 제 2 신호는 상이한 비율들을 갖는 반사광 및 후방-산란된 광을 포함할 수 있고, 제 1 신호와 제 2 신호에 의해 전달되는 활력 신호 성분들의 비율들은 상이하다.
선택적으로, 이러한 장치는 생체의 반사 신호를 두 부분으로 분할하기 위한 하나 이상의 빔 스플리터들을 포함할 수 있고, 이러한 두 부분은 빔 스플리터의 반사된 광 및 빔 스플리터의 투과된 광이 각각 될 수 있다; 빔 스플리터에 의해 반사되고 투과된 성분들은 동일할 수 있고, 빔 스플리터는 상관관계를 향상시키기 위해 피부 상의 동일한 영역으로부터 제 1 신호 및 제 2 신호를 취할 수 있다; 더욱 바람직하게, 빔 스플리터는 광을 다른 편광 방향들의 편광으로 분리하기 위한 편광 빔 스플리터일 수 있고, 편광 빔 스플리터는 하나의 편광자를 갖고, 이는 센서 내에 사용되는 편광자의 수를 감소시킨다.
선택적으로, 제 1 신호 검출 장치는 제 1 광빔의 법선 근처에 위치될 수 있고, 제 1 신호 검출 장치에 의해 검출된 후방-산란된 광의 세기는 더 크다. 또한, 제 1 신호 검출 장치는 제 1 광빔의 법선 방향에 위치될 수 있고, 제 1 신호 검출 수단에 의해 검출된 후방-산란된 광의 강도가 가장 큰 것이 바람직하다.
선택적으로, 이러한 장치는 처리 모듈을 포함할 수 있고, 처리 모듈은 제 1 신호 및 제 2 신호에 따라, 심박수의 정보와 같은 하지만 이에 국한되지 않는 활력 신호 정보를 획득할 수 있고, 처리 모듈은 잡음 제거, 신호 분석 및 신호 특성화와 같은 기능을 포함할 수 있지만 이에 국한되는 것은 아니다.
본 개시사항은 또한 활력 신호들을 획득하기 위한 다른 장치를 제공한다. 이러한 장치는, 생체의 표면에 제 1 광빔을 방출하도록 구성된 제 1 신호원; 생체의 표면에 제 2 광빔을 방출하도록 구성된 제 2 신호원으로서, 제 1 신호원 및 제 2 신호원은 교대로 또는 동시에 광빔들을 방출할 수 있고, 제 1 광빔 및 제 2 광빔의 파장들은 동일하거나 상이할 수 있는, 제 2 신호원; 및 상이한 시점에 생체에 의해 반사된 제 1 신호 및 제 2 신호를 검출하도록 구성된 제 1 신호 검출 장치를 포함하고, 제 1 신호 검출 장치는 광전 센서일 수 있고, 제 1 신호는 제 1 광빔과 연관될 수 있고, 제 2 신호는 제 2 광빔과 연관될 수 있고, 제 1 신호는 제 2 신호와 다를 수 있다. 선택적으로, 제 1 신호 및 제 2 신호의 활력 신호 정보 대 잡음 정보의 비들은 상이하다. 제 1 신호원, 제 2 신호원 및 제 1 신호 검출 장치는 직선 위에 위치될 수 있거나, 또는 생체의 표면 위의 상이한 거리들에 위치될 수 있다.
선택적으로, 생체의 표면은 피부와 같은 하지만 이에 국한되는 것은 아닌 생체의 특정 조직 또는 부위일 수 있다.
선택적으로, 제 1 광빔 및 제 2 광빔은 피부 표면에 입사될 수 있고, 피부의 각질층과 외부 표면에 의해 형성된 계면에 입사하여, 운동 정보를 포함할 수 있는 반사광을 방출할 수 있다. 제 1 광빔 및 제 2 광빔은 피부 표면에 의해 굴절된 후 피부 조직의 표피 및 진피에 순차적으로 진입할 수 있고, 피부 조직에 의해 산란 및 흡수되어 움직임 정보 및 활력 신호들을 포함할 수 있는 산란된 광을 방출할 수 있다. 생체에서 반사된 제 1 신호 및/또는 제 2 신호는 피부 표면의 반사된 광 및 피부 조직에 의해 산란된 산란 광을 포함할 수 있다.
선택적으로, 제 1 신호는 PPG 신호를 포함할 수 있고; 제 2 신호는 생체의 움직임에 의해 발생된 잡음 정보를 포함할 수 있다.
선택적으로, 제 1 신호원과 제 1 신호 검출 장치 사이의 거리는 제 2 신호원과 제 1 신호 검출 장치 사이의 거리보다 클 수 있고; 제 1 신호원과 생체 표면 사이의 거리는 제 2 신호원과 생체 표면 사이의 거리보다 짧을 수 있고; 이러한 거리들의 차이는 광자들이 피부 조직으로 상이한 평균 깊이로 침투하게 할 수 있고, 제 1 신호 및 제 2 신호에 의해 운반되는 활력 신호 성분들의 비율들을 상이하게 할 수 있다.
선택적으로, 이러한 장치는, 제 2 신호의 투과 방향을 변경하기 위해 제 2 신호원과 생체 사이에 위치될 수 있거나, 제 1 신호의 투과 방향을 변경하기 위해 제 1 신호원과 생체 사이에 위치될 수 있는 광학 구성요소를 포함할 수 있고; 선택적으로, 이러한 장치는 제 2 신호원과 생체 사이 및 제 1 신호원과 생체 사이에 각각 위치될 수 있는 적어도 2개의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다. 2개 이상의 광학 구성요소들은 동일하거나 상이할 수 있다. 또한, 선택적으로 구성요소는 제 2 신호원 또는 제 1 신호원에 의해 방출된 빔의 방향을 변화시켜 광이 피부에 대하여 일정한 각도가 되게 하도록 사용될 수 있는 렌즈 또는 광 가이드일 수 있고, 렌즈 유형은 오목 렌즈, 볼록 렌즈, 평-볼록 렌즈, 평-오목 렌즈 및 메니스커스 렌즈를 포함하나 이에 국한되지 않는다.
선택적으로, 제 1 광빔 및/또는 제 2 광빔은 편광된 광일 수 있고, 이러한 편광된 광은, 제 1 신호원 및/또는 제 2 신호원에 의해 직접 생성될 수 있고, 제 1 신호원과 특정 광학 구성요소의 조합 및/또는 제 2 신호원과 특정 광학 구성요소의 조합에 의해 생성될 수 있다.
선택적으로, 상기 장치는 편광 장치를 포함할 수 있고, 이러한 편광 장치는, 제 1 신호 검출 장치와 생체 사이에 위치된 제 1 편광 장치를 포함할 수 있고, 제 2 신호원과 생체 사이에 위치된 제 2 편광 장치를 포함할 수 있고, 제 1 신호원과 생체 사이에 위치된 제 3 편광 장치를 포함할 수 있고; 또한, 선택적으로 이러한 편광 장치는 선형으로 편광된 광을 발생시키기 위한 편광자일 수 있고, 편광자의 편광 방향은 동일하거나 상이할 수 있고, 선택적으로 상이한 편광 방향들은 서로 수직일 수 있다. 입사광이 특정 조건을 만족하는 선형으로 편광된 광인 경우, 피부 표면의 반사광은 여전히 선형으로 편광된 광이 될 수 있고, 후방-산란된 광은 편광되지 않은 광이 될 수 있다; 편광자의 편광 방향을 조절함으로써, 제 1 신호 및/또는 제 2 신호는 상이한 비율들을 갖는 반사된 광 및 후방-산란된 광을 포함하고, 제 1 신호 및 제 2 신호에 의해 운반되는 활력 신호 성분들의 비들이 상이하다.
선택적으로, 장치는 생체의 반사된 신호를 두 부분으로 분할하기 위한 하나 이상의 빔 스플리터들을 포함할 수 있고, 이러한 두 부분은 각각 빔 스플리터의 반사된 광 및 빔 스플리터의 투과된 광이 될 수 있고; 빔 스플리터에 의해 반사 및 투과된 성분들은 동일할 수 있고, 빔 스플리터는 제 1 광빔 및 제 2 광빔이 생체의 동일한 영역으로 방출되게 하여 상관관계를 향상시킬 수 있다; 또한 바람직하게, 빔 스플리터는 광을 상이한 편광 방향들을 갖는 편광된 광들로 분할하기 위한 편광 빔 스플리터일 수 있고, 편광 빔 스플리터는 하나의 편광자를 갖고, 이는 센서에 사용되는 편광자의 수를 감소시킨다.
선택적으로, 제 1 신호 검출 장치는 제 1 광빔의 법선 근처에 위치될 수 있고, 제 1 신호 검출 장치에 의해 검출된 후방-산란된 광의 강도는 크다. 더욱 바람직하게, 제 1 신호 검출 장치는 제 1 광빔의 법선 방향에 위치하고, 제 1 신호 검출 장치에 의해 검출된 후방-산란된 광의 강도는 가장 크다.
선택적으로, 장치는 제 1 신호 및 제 2 신호에 따른 심박수의 정보와 같은, 하지만 이에 국한되지 않는 활력 신호 정보를 획득할 수 있는 처리 모듈을 포함할 수 있고, 처리 모듈은 잡음 제거, 신호 분석 및 신호 특성화와 같은 기능들을 포함할 수 있지만 이에 국한되는 것은 아니다.
한편, 본 개시사항은 활력 신호를 획득하는 방법을 제공한다. 상기 방법은: 생체의 표면에 제 1 광빔을 방출하는 단계; 생체에 의해 반사된 제 1 신호를 검출하는 단계로서, 제 1 신호는 광전 센서에 의해 검출될 수 있는, 상기 제 1 신호를 검출하는 단계; 및 생체에서 반사된 제 2 신호를 검출하는 단계로서, 제 2 신호는 광전 센서에 의해 검출될 수 있는, 상기 제 2 신호를 검출하는 단계를 포함한다. 제 1 신호 및 제 2 신호를 검출하는 광 검출기들은 동일하거나 상이할 수 있다. 제 1 신호 및 제 2 신호는 제 1 광빔과 연관될 수 있고, 제 1 신호는 제 2 신호와 다를 수 있다. 선택적으로, 제 1 신호 및 제 2 신호의 활력 신호 정보 대 잡음 정보의 비가 다르다.
선택적으로, 생체의 표면은 피부와 같은 하지만 이에 국한되는 것은 아닌 생체의 특정 조직 또는 부위일 수 있다.
선택적으로, 제 1 광빔은 피부 표면에 입사될 수 있고, 피부의 각질층과 외부 표면에 의해 형성된 계면에 의해 직접 반사되어 움직임 정보를 포함할 수 있는 반사광을 방출할 수 있고, 피부 표면에 의해 굴절된 후 순차적으로 피부 조직의 표피 및 진피에 진입할 수 있고, 피부 조직에 의해 산란 및 흡수되어 움직임 정보 및 활력 신호들을 포함할 수 있는 산란된 광을 방출할 수 있다. 생체에 의해 반사된 제 1 신호 및/또는 제 2 신호는 피부 표면의 반사광 및 피부 조직에 의해 산란된 산란 광을 포함할 수 있다.
선택적으로, 제 1 신호는 PPG 신호를 포함할 수 있고; 또한 생체의 움직임에 의해 발생하는 잡음 정보를 포함할 수 있다.
선택적으로, 피부 조직 내의 제 2 신호의 투과 거리는 피부 조직 내의 제 1 신호의 투과 거리보다 클 수 있고; 상기 거리의 차이는 제 1 신호 및 제 2 신호에 의해 전달되는 활력 신호 정보 대 잡음 정보의 비율들을 상이하게 할 수 있다.
선택적으로, 상기 방법은, 제 1 신호의 투과 방향을 변경하기 위해 제 1 신호원과 생체 사이에 위치될 수 있거나, 제 2 신호의 투과 방향을 변경하기 위해 제 2 신호원과 생체 사이에 위치될 수 있는 광학 구성요소를 사용할 수 있고; 선택적으로, 상기 방법은 제 1 신호원과 생체 사이 및 제 2 신호원과 생체 사이에 각각 위치될 수 있는 적어도 2개의 광학 구성요소들을 사용할 수 있다. 2개 이상의 광학 구성요소들는 동일하거나 상이할 수 있다. 또한, 선택적으로 구성요소는 제 1 신호 및 제 2 신호의 방향들을 변화시켜 신호가 피부에 대해 일정 각도가 되도록 하는데 사용될 수 있는 렌즈 또는 광 가이드일 수 있고, 렌즈 유형은 오목 렌즈, 볼록 렌즈, 평-볼록 렌즈, 평-오목 렌즈 및 메니스커스 렌즈를 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
선택적으로, 제 1 신호 및/또는 제 2 신호는 편광된 광일 수 있고, 이러한 편광된 광은 제 1 신호원 및/또는 제 2 신호원에 의해 직접 생성될 수 있거나, 제 1 신호원 및 특정 광학 구성요소의 조합 및/또는 제 2 신호원 및 특정 광학 구성요소의 조합에 의해 생성될 수 있다.
선택적으로, 장치는 편광 장치를 포함할 수 있고, 이러한 편광 장치는 제 1 신호를 편광시킬 수 있는 제 1 편광 장치를 포함할 수 있고, 제 2 신호를 편광시킬 수 있는 제 2 편광 장치를 포함할 수 있고; 또한, 선택적으로 편광 장치는 선형으로 편광된 광을 생성하는 편광자일 수 있고, 편광자의 편광 방향들은 동일하거나 상이할 수 있고, 선택적으로 상이한 편광 방향들은 서로 수직일 수 있다. 입사광이 특정 조건을 만족하는 선형으로 편광된 광일 때, 피부 표면의 반사광은 여전히 선형으로 편광된 광이 될 수 있고, 후방-산란된 광은 편광되지 않은 광이 될 수 있다; 편광자의 편광 방향을 조절함으로써, 제 1 신호와 제 2 신호에 의해 운반된 활력 신호 성분들의 비율들은 상이하다.
선택적으로, 심박수의 정보와 같은, 하지만 이에 국한되지 않는 활력 신호 정보는 제 1 신호 및 제 2 신호에 따라 획득될 수 있고, 제 1 신호 및 제 2 신호는 입력 신호들로 직접 사용될 수 있고, 처리된 제 1 신호 및 제 2 신호는 입력 신호들로서 사용될 수 있고, 적응형 잡음 제거 알고리즘이 심박수를 얻는데 적용될 수 있다.
도 1은 활력 신호 검출 시스템의 응용 예를 도시하는 도면.
도 2는 본 개시사항의 일 실시예에 따른 측정 장치의 개략도.
도 3은 본 개시사항의 일 실시예에 따른 측정 장치의 흐름도.
도 4는 본 개시사항의 일 실시예에 따른 검출 모듈의 개략도.
도 5는 본 개시사항의 일 실시예에 따른 검출 모듈의 흐름도.
도 6은 본 개시사항의 일 실시예에 따른 처리 모듈의 개략도.
도 7은 본 개시사항의 일 실시예에 따른 처리 모듈의 흐름도.
도 8은 본 개시사항의 일 실시예에 따른 적응형 필터링 방법을 사용하는 잡음 제거의 개략도.
도 9는 본 개시사항의 일 실시예에 따른 인간 피부 조직의 계층 구조도 및 광학 모델도.
도 10은 광원과 검출기의 위치들 사이의 차이를 사용하는 센서의 개략도.
도 11은 광의 투과 방향을 변화시키기 위해 렌즈를 사용하여 센서의 개략도.
도 12는 광원의 편광 특성들을 사용하는 센서의 개략도.
도 13은 표면적으로 반사된 광, 후방-산란된 광 및 검출 각도 사이의 관계를 도시하는 도면.
도 14 내지 도 27d는 본 개시사항의 일부 실시예들에서 생체의 활력 신호 측정 장치의 개략도.
도 2는 본 개시사항의 일 실시예에 따른 측정 장치의 개략도.
도 3은 본 개시사항의 일 실시예에 따른 측정 장치의 흐름도.
도 4는 본 개시사항의 일 실시예에 따른 검출 모듈의 개략도.
도 5는 본 개시사항의 일 실시예에 따른 검출 모듈의 흐름도.
도 6은 본 개시사항의 일 실시예에 따른 처리 모듈의 개략도.
도 7은 본 개시사항의 일 실시예에 따른 처리 모듈의 흐름도.
도 8은 본 개시사항의 일 실시예에 따른 적응형 필터링 방법을 사용하는 잡음 제거의 개략도.
도 9는 본 개시사항의 일 실시예에 따른 인간 피부 조직의 계층 구조도 및 광학 모델도.
도 10은 광원과 검출기의 위치들 사이의 차이를 사용하는 센서의 개략도.
도 11은 광의 투과 방향을 변화시키기 위해 렌즈를 사용하여 센서의 개략도.
도 12는 광원의 편광 특성들을 사용하는 센서의 개략도.
도 13은 표면적으로 반사된 광, 후방-산란된 광 및 검출 각도 사이의 관계를 도시하는 도면.
도 14 내지 도 27d는 본 개시사항의 일부 실시예들에서 생체의 활력 신호 측정 장치의 개략도.
본 명세서의 활력 신호 검출 장치 및 방법은, 의료 진단(예, 심장 질환, 혈액 질환, 호흡기 질환, 등), 의료 치료(예, 중환자 치료, 신생아 치료, 등), 동작 모니터링(예, 장거리 달리기, 단거리 달리기, 수영, 승마, 등), 건강 모니터링(허약한 개인들의 모니터링과 같은), 동물 보호(예, 희귀 야생 동물 추적 보호, 애완 동물 치료 및 유지), 지방 감소 및 성형(예, 과체중인 사람의 체중 감소, 보디 빌더의 성형), 등을 포함하지만 이에 국한되지 않는 다양한 분야들에 적합할 수 있다.
응용 분야들의 위의 설명들은 단지 구체적인 예이고, 유일한 실현 가능한 구현으로 간주되지 않아야 한다. 이러한 활력 신호 획득 방법 및 시스템의 원리들을 이해한 후 원리들을 벗어나지 않으면서 위의 방법들 및 시스템들이 구현되는 응용 분야들의 형태 및 세부 사항에 다양한 수정들 및 변경들이 이루어질 수 있음은 당업자에게 자명하고, 이러한 수정들 및 변경들은 본 설명의 범위 내에 든다.
본 명세서의 활력 신호 검출 장치는 생체의 활력 신호, 예를 들면 맥박, 혈압, 혈중 산소, 심박수, 체온, HRV, BPV, 뇌파, 인간 신체에 의해 방출된 초저주파 파동들, 호흡, 근골격 상태, 혈당, 혈중 지질, 혈중 농도, 혈소판 함량, 신장, 체중 등과 같은 신체 및 화학 정보를 검출하여, 신호를 처리하고, 신호를 서버 또는 단말기에 전송할 수 있다. 활력 신호 검출 장치는 또한 외부 데이터 소스에 의해 제공된 이력 데이터와 실시간으로 측정된 활력 신호 데이터를 결합하여 적절한 움직임 추천을 얻을 수 있고, 적절한 모드에서 특성화를 수행할 수 있다. 활력 신호 검출 장치는 생체에 충돌하는 광을 방출할 수 있고, 생체에 의해 반사 및 산란된 광 신호들을 검출할 수 있고, 광 신호들이 처리된 후 생체의 활력 신호를 획득할 수 있다. 생체의 움직임/진동은 측정된 활력 신호에 잡음 초래할 수 있으므로, 복수의 활력 신호들이 얻어지고, 상이한 신호들 사이의 차이에 따른 특정 알고리즘을 사용함으로써 잡음-제거된 활력 신호들이 얻어지는 것이 고려된다. 예를 들어, 활력 신호 검출 장치는 2개 이상의 신호들을 검출할 수 있고, 보다 정확한 활력 신호들을 얻기 위하여 대응하는 잡음-제거 처리를 수행할 수 있다.
본 개시사항의 실시예들에서 기술적 해결책들을 보다 명확하게 설명하기 위하여, 실시예들을 설명하기 위해 필요한 첨부된 도면들이 아래에 간략히 소개된다. 다음의 설명들에서 도면들이 단지 본 개시사항의 일부 실시예들에 불과하며, 당업자에게는 본 개시사항이 창의적인 노력 없이도 이들 도면에 따라 다른 유사한 시나리오들에 적용될 수 있음은 자명하다. 언어 문맥에서 명백하지 않거나 또는 달리 지시되지 않는 한, 동일한 참조 번호들은 동일한 구조 또는 동작을 나타낸다.
본 명세서 및 청구항들에서, 단수 형태로 기재된 용어는 특별히 단수가 아니며, 문맥으로부터 명백하게 달리 표시되지 않는 한 복수를 포함할 수 있다. 일반적으로, "포함하다"의 용어는 명시적으로 식별된 동작 및 요소를 포함하는 것을 의미할 뿐이고, 그러한 동작들 및 요소들은 배타적인 목록들을 구성하지 않으며, 방법 또는 장치는 다른 단계들 또는 요소들을 포함할 수 있다.
도 1은 활력 신호 검출 시스템의 응용 예를 나타내는 도면이다. 활력 신호 검출 시스템의 응용은 생체의 활력 신호를 검출하는 단계, 상응하는 활력 신호 파라미터를 얻기 위한 후속 처리를 수행하는 단계, 활력 신호 파라미터들을 저장하고 표시하는 단계, 등을 포함할 수 있다. 활력 신호 검출 응용 시스템은 측정 장치(101), 단말 장치(102), 네트워크(103), 외부 데이터 소스(104) 및 서버(105)를 포함하지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 측정 장치(101), 단말 장치(102), 외부 데이터 소스(104) 및 서버(105)는 모두 네트워크(103)를 통해 직접 또는 간접적으로 및 양방향으로 통신할 수 있다.
측정 장치(101)는 주로 생체의 활력 신호를 검출 및 수신하도록 구성될 수 있고, 예를 들어 동작 중에 사용자의 활력 신호를 검출할 수 있다. 측정 장치(101)는 의료 검출 장치, 가정용 검출 장치, 휴대형 장치 및 착용가능 장치일 수 있다. 예를 들어, 의료 검출 장치는 혈압 측정 장치, 맥박 측정 장치, 심전도 모니터링 장치, 등을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 가정용 검출 장치는, 가정용 혈압계, 가정용 맥박 게이지, 가정용 ECG 테스터, 등을 포함할 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 휴대형 장치는 휴대형 산소포화도 측정기, 휴대형 심박계, 심박수 측정 기능을 갖는 스포츠 장비, 예를 들어, 볼, 라켓, 클럽, 패들, 러닝 머신, 자전거 등을 포함할 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 착용가능 장치는 시계, 안경, 이어폰, 팔찌, 벨트, 어깨 끈, 반지, 목걸이 등을 포함할 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 상술한 것은 측정 장치(101)의 가능한 형태들의 설명일 뿐이며, 본 명세서의 범위를 제한하지 않는다. 측정 장치(101)는 또한 다른 형태, 예를 들어 마우스, GPS(global position system), 매트리스, 등일 수 있다.
단말 장치(102)는 주로 정보를 표시하기 위해 구성될 수 있다. 단말 장치(102)는 개인용 컴퓨터, 스마트 TV, 비디오 폰, 모바일 장치, 예를 들어 모바일 폰, 태블릿 컴퓨터, 스마트 워치, 등일 수 있거나, 디스플레이 기능을 갖는 다른 장치, 예를 들어 ECG 모니터, 동작 기록기 등일 수 있다. 단말 장치(102)는 로컬(예를 들어, 스마트 워치는 측정 장치일 수 있고, 그것의 디스플레이 스크린은 단말 장치로서 동시에 작용할 수 있다) 장치일 수 있고, 원격 장치일 수 있다. 단말 장치(102)가 정보를 디스플레이하는 방식은 디지털 방식, 그래픽 방식, 곡선 방식, 언어 방송 방식, 등을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 단말 장치(102)의 정보 디스플레이는 실시간 또는 비-실시간 방식일 수 있다. 상술한 것은 단말 장치(102)의 가능한 형태들의 설명일 뿐이며, 본 명세서의 범위를 제한하지 않는다. 일부 실시예들에서, 측정 장치(101) 및 단말 장치(102)는 동시에 정보를 검출, 처리 및 디스플레이하는 기능들을 갖는 동일한 장치일 수 있다.
네트워크(103)는 측정 장치(101), 단말 장치(102), 외부 데이터 소스(104) 및 서버(105) 사이의 통신들을 구현하는데 사용될 수 있다. 네트워크(103)는 단일 네트워크 또는 다양한 네트워크들을 포함하는 복합 네트워크일 수 있다. 네트워크(103)는 근거리 통신망, 광역 통신망 또는 개인 통신망일 수 있다. 네트워크(103)는 무선 네트워크 또는 유선 네트워크(예를 들어, 전화 네트워크, 텔레비전 네트워크, 등)일 수 있다. 네트워크(103)는 다양한 네트워크 액세스 포인트들, 예컨대 유선 또는 무선 액세스 포인트들, 기지국들 또는 네트워크 스위칭 포인트들, 등을 포함할 수 있다. 상술한 것은 네트워크(103)의 가능한 형태들의 설명일 뿐이며, 본 명세서의 범주를 제한하지 않는다. 일부 실시예들에서, 측정 장치(101), 단말 장치(102), 외부 데이터 소스(104) 및 서버(105) 사이의 통신은 유선 또는 무선일 수 있거나, 또는 일부 장치들은 유선 방식으로 연결되고, 일부 장치들은 무선 방식으로 연결된다.
외부 데이터 소스들(104)은 주로 다양한 외부 데이터를 제공하도록 구성될 수 있다. 외부 데이터는 측정 장치(101)에 의해 검출된 데이터와 상관되는 다른 정보를 지칭한다. 외부 데이터는 예를 들어 이름, 식별 번호, 연락처 세부사항들, 주소, 교육 배경, 종교적 신념, 긴급 연락처, 등과 같은 개인 식별 정보일 수 있고, 이들은 개인을 식별하는 데 유용하다. 외부 데이터는 개별 의료 기록 정보, 예를 들어 질병 치료 기록, 약물치료 관리 기록, 신체 검사 기록, 등과 같은 개별적인 연관 의료 기록일 수 있다. 외부 데이터는 개인 건강 기록 정보, 예를 들어 심박수 기록, 혈압 기록, 체중 기록, 체지방률 기록일 수 있고, 이들은 개인의 건강 이력을 반영할 수 있다. 외부 데이터는 개인의 생활 기록 정보, 예를 들어 아침 식사 구성, 물 섭취량, 과일 섭취량, 육류 소비량, 등일 수 있다. 외부 데이터는 다양한 유형들의 특정 타깃 그룹, 예를 들어, 관리 지역 내의 어린이의 평균 연령, 신생아의 평균 체중, 임산부 출산의 평균 나이, 등에 대한 통계 정보일 수 있다. 외부 데이터는 또한 다양한 사전 설명 자료들(예: 교과서들, 에세이들, 의료 제품 매뉴얼들, 약물 매뉴얼들, 등)일 수 있다. 외부 데이터 소스(104)는 병원 데이터베이스, 애완 동물 병원의 애완 동물 데이터베이스 및 동물 보호 단체의 동물 정보 데이터베이스와 같은 다양한 데이터베이스일 수 있거나, 개인용 컴퓨터, 휴대폰 또는 라이브러리일 수 있다. 상술한 개인들은 사람들, 애완동물들, 희귀 동물들, 실험 동물들, 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 일반적으로 활력 신호를 가진 모든 개체들을 지칭한다. 상술한 것은 외부 데이터 소스(104)의 가능한 형태들에 대한 설명일 뿐이며, 본 명세서의 범위를 제한하지는 않는다. 예를 들어, 외부 데이터는 사용자와 특정 유사성들을 갖는 그룹의 활력 신호 정보를 포함할 수 있고, 기술된 특정 유사성들은 성별, 색, 나이, 신장, 체중, 건강 상태, 의료 기록, 등을 포함할 수 있다.
서버(105)는 주로 정보를 저장하도록 구성될 수 있다. 서버(105)는 로컬 저장 장치, 사설 클라우드 및 공용 클라우드를 포함하지만 이에 한정되지 않는 클라우드 저장 장치일 수 있다. 서버(105)는 서버(105)에 의해 저장된 정보일 수 있거나, 측정 장치(101)에 의해 송신된 활력 신호 정보일 수 있거나, 단말 장치(102)에 의해 송신된 처리된 정보일 수 있거나, 또는 외부 데이터 소스(104)에 의해 전송된 개인 기록 정보일 수 있다. 서버(105)의 위의 설명은 단지 몇몇 가능한 실시예들이고, 범위를 제한하지 않는다. 일부 실시예들에서, 서버(105)는 단말 장치(102)와 통합될 수 있거나, 외부 데이터 소스(104)의 기능들을 구현할 수 있다.
정보를 검출한 후, 측정 장치(101)는 네트워크(103)를 통해 단말 장치(102), 외부 데이터 소스(104) 및 서버(105)에 정보를 전송하여 대응하는 후-처리를 수행할 수 있고, 측정 장치(101)는 단말 장치(102), 외부 데이터 소스(104) 및 서버(105)로부터 다양한 지령 정보를 검출할 수 있고, 이후 대응하는 정보를 검출 및 송신할 수 있다. 단말 장치(102)는 측정 장치(101)에 의해 검출된 정보를 검출하고, 요청 정보를 외부 데이터 소스(104)에 전송하고, 외부 데이터 소스(104)에 의해 전송된 참조 정보를 검출된 정보와 결합하고, 데이터 처리 후에 적절한 방식으로 정보를 표시하거나 또는 처리된 정보를 저장을 위해 서버(105)로 전송할 수 있다. 예를 들면, 측정 장치(101)는 심박수 검출 기능을 갖는 이어폰들일 수 있고, 이어폰들은 운동중인 운동선수의 심박수 신호를 검출하여, 개인용 컴퓨터와 같은 서버(105)로 전송할 수 있고; 서버(105)는 실행시간의 기간 동안, 심박수 이력 데이터, 실행 지속시간, 실행 구간 크기, 등과 연관된 개인 데이터의 전송을 요청하기 위해, 요청 정보를 외부 데이터 소스(104)에 전송할 수 있다. 서버(105)는 검출된 데이터를 처리하고, 예를 들어 현재 속도 유지, 속도 상승, 등의 이력 데이터로 운동 추천을 획득할 수 있고, 데이터를 터미널 장치(102), 예를 들어 태블릿 컴퓨터 및 트레이너의 이어폰에 전송할 수 있고, 이어폰 음성은 운동 추천을 운동선수에게 방송하다.
도 2는 본 개시사항의 일 실시예에 따른 측정 장치의 개략도이다. 측정 장치(101)는 주로 실행 모듈(200), 제어 모듈(205), 및 전원 모듈(206)을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 실행 모듈(200)은 또한 검출 모듈(201), 처리 모듈(202), 저장 모듈(203) 및 출력 모듈(204)을 포함할 수 있다. 실행 모듈(200)은 주로 검출, 처리, 저장 및 출력 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다. 제어 모듈(205)은 주로 실행 모듈(200)의 동작들 및 전원 모듈(206)의 제어 개시 및 차단을 제어하도록 구성될 수 있다. 전원 모듈(206)은 주로 실행 모듈(200) 및 제어 모듈(205)을 위한 전원을 제공하도록 구성될 수 있다. 실행 모듈(200), 제어 모듈(205) 및 전원 모듈(206)은 양방향으로 통신할 수 있다.
실행 모듈(200)의 검출 모듈(201)은 주로 생체의 활력 신호를 검출 및 수신하도록 구성될 수 있다. 검출 모듈(201)에 의해 검출된 신호는 광전 수단, 예를 들어, 광혈류측정기(PPG)를 사용하여 검출되거나, 다른 수단을 사용하여 검출될 수 있다. 신호들을 검출하는 수단은 연속적일 수 있거나, 간헐적일 수 있다. 검출된 신호는 단일 신호 또는 다양한 신호들을 포함하는 복합 신호일 수 있다. 처리 모듈(202)은 주로 신호를 처리하도록 구성될 수 있다. 처리 모듈(202)에 의한 신호의 처리는 잡음 제거, 신호 분석 및 신호 특성화 중 하나 이상을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 처리 모듈(202)은 검출 모듈(201)에 의해 검출된 정보를 처리할 수 있고, 또한 저장 모듈(203)에 저장된 정보를 처리할 수 있다. 처리 모듈(202)은 필수적일 수 있고, 도 1의 서버(105) 또는 단말 장치(102) 내에 포함될 수 있다. 저장 모듈(203)은 주로 정보를 저장하도록 구성될 수 있다. 저장 모듈(203)은 전기 에너지 수단(예를 들어, RAM, ROM, 등)을 이용하여 정보를 저장할 수 있고, 자기 에너지 수단(예를 들어, 하드 디스크, 플로피 디스크, 자기 테이프, U-디스크, 등)을 사용하여 정보를 저장할 수 있고, 전기-광학 수단(예를 들어, CD, DVD)을 이용하여 정보를 저장할 수 있고, 광-자기 수단(예를 들어, 광 자기 디스크)을 이용하여 정보를 저장할 수 있고, 또한 다른 물리적 수단(예: 용지 보관)을 사용하여 정보를 저장할 수 있다. 저장 모듈(203)은 검출 모듈(201)에 의해 검출된 정보를 저장할 수 있고, 처리 모듈(202)에 의해 처리된 정보를 저장할 수 있다. 저장 모듈(203)은 필수적이지 않을 수 있고, 저장 기능은 도 1의 서버(105) 또는 단말 장치(102)에 의해 구현될 수 있다. 출력 모듈(204)은 주로 정보를 출력하거나, 검출 모듈(201)에 의해 검출된 정보를 출력하거나, 처리 모듈(202)에 의해 처리된 정보를 출력하거나, 또는 저장 모듈(203)에 저장된 정보를 출력하도록 구성될 수 있다. 출력 모듈(204)은 상기 정보를 네트워크(103)를 통해, 서버(105), 단말 장치(102), 또는 외부 데이터 소스(104)에 전송할 수 있다. 출력 모듈(204)에 의해 출력된 신호 출력은 숫자들, 그래픽들, 음성, 비디오, 오디오, 등의 형태일 수 있다. 출력은 실시간 또는 비-실시간일 수 있고, 측정 장치(101)에 의해 능동적으로 출력될 수 있거나, 또는 요청 정보가 다른 외부 장치에 의해 전송된 후에 출력될 수 있다. 출력 모듈(204)은 유선 통신 표준들, 예를 들어 전화, 텔레비전, 등을 지원할 수 있고, 또한 무선 통신 표준들, 예를 들어 블루투스, 적외선, RF, IEEE802.11, 등을 지원할 수 있다.
제어 모듈(205)은 주로 측정 장치(101)의 다양한 제어 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다. 제어 모듈(205)은 검출 모듈(201)의 검출 주파수, 검출 시간, 검출 수단, 등을 제어할 수 있고, 처리 모듈(202)의 처리 방법을 또한 제어할 수 있고, 또한 저장 모듈(203)의 저장을 제어할 수 있고, 또한 출력 모듈(204)의 출력 시간 및 출력 방법, 등을 제어할 수 있고, 또한 전원 모듈(206)의 시작 및 차단을, 예컨대 기계식 제어 방식, 전기식 제어 방식, 등으로 제어할 수 있다. 다른 장치들, 예를 들어 서버(105), 외부 데이터 소스(104), 단말 장치(102), 및 측정 장치(101) 사이의 요청 및 명령 정보의 통신은, 제어 모듈(205)에 의해 달성될 수 있다. 전원 모듈(206)은 주로 측정 장치(101)의 에너지 공급을 담당할 수 있다. 전원 모듈(206)은 일반적으로 에너지 공급을 제공할 수 있는 장치를 언급한다. 전원 모듈(206)은 연료 전지, 건전지, 저장 배터리, 태양 전지, 열전 셀, 바이오 에너지 셀, 등일 수 있다. 전원 모듈(206)은 충전 인터페이스, 예를 들어, microUSB, miniUSB, 조명, 등을 포함할 수 있다.
도 3은 본 개시사항의 일 실시예에 따른 측정 장치의 흐름도이다. 단계(301)에서, 활력 신호가 검출될 수 있다. 검출된 신호는 생체를 직접 측정함으로써 얻어진 신호, 예를 들어 PPG 방법을 사용하여 측정된 신호(PPG 신호로 또한 언급됨)일 수 있다. 검출된 신호는 또한 네트워크(103)를 통한 외부 데이터 소스(104)로부터의 외부 데이터, 예를 들어 개인 식별 정보, 개인 건강 기록, 개인 생활 기록, 등일 수 있다. 검출된 신호는 또한 서버(105)로 업로드된 이력 정보와 같은 네트워크(103)를 통한 서버(105)로부터의 정보일 수 있다. 단계(301)는 검출 모듈(201)에 의해 수행될 수 있다. 단계(302)에서, 검출된 신호는 분석 및 처리될 수 있다. 분석 및 처리된 신호는 단계(301)에서 검출된 신호일 수 있고, 또한 요청이 저장 모듈(203)에 전송된 후 저장 모듈(203)에 의해 전송된 신호일 수 있다. 신호의 분석 처리는 잡음 제거, 신호 분석 및 신호 특성화를 포함할 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 단계(302)는 처리 모듈(202)에 의해 수행될 수 있다. 단계(303)에서, 정보는 저장될 수 있다. 저장된 정보는 단계(301)에서 검출된 신호일 수 있고, 단계(302)에서 분석 및 처리될 수 있다. 단계(303)는 저장 모듈(203)에 의해 수행될 수 있다. 단계(304)에서 신호가 출력될 수 있다. 출력 신호는 검출 모듈(201)에 의해 검출된 신호일 수 있고, 처리 모듈(202)에 의해 처리된 신호일 수 있고, 또한 저장 모듈(203)에 의해 저장된 신호일 수 있다. 단계(304)는 출력 모듈(204)에 의해 수행될 수 있다.
도 4는 본 개시사항의 일 실시예에 따른 검출 모듈(201)의 개략도이다. 검출 모듈(201)은 주로 필요한 신호를 검출하는데 사용될 수 있다. 검출 모듈(201)은 발광 요소(401), 광 감응 요소(402), 구동기 회로(403), 신호 증폭기(404) 및 A/D 변환기(405)를 포함하지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 발광 요소(401)는 생체 내로의 광 복사를 생성할 수 있다. 발광 요소(401)는 열 방사원일 일 수 있거나, 여기 복사원, 예를 들어 발광 다이오드(LED)일 수 있다. 발광 요소(401)에 의해 방출된 광은 단일 파장 또는 상이한 파장들을 포함할 수 있고, 편광되거나 편광되지 않을 수 있다. 발광 요소(401)의 발광 시간은 고정될 수 있거나, 고정된 간격을 가질 수 있다. 광 감응 요소(402)는 생체에 의해 반사 및 산란된 광을 검출하고, 검출된 광 신호를 전기 신호로 변환하는 데 사용될 수 있다. 광 감응 요소(402)는 광트랜지스터와 같은 광전도 장치일 수 있고, 광다이오드, 광트랜지스터 및 광전계 효과 관과 같은 광전지 장치일 수 있고, 또한 광 검출기일 수 있다. 구동 회로(403)는 발광 요소(401)가 발광하도록 하기 위해 사용될 수 있다. 신호 증폭기(404)는 광 감응 요소(402)에 의해 송신된 전기 신호를 증폭할 수 있다. A/D 변환기(405)는 검출된 전기 신호에 대해 아날로그-디지털 변환(A/D 변환)을 수행할 수 있다.
도 5는 본 개시사항의 일 실시예에 따른 검출 모듈(201)의 흐름도이다. 단계(501)에서, 원하는 신호가 검출될 수 있다. 단계(501)는 발광 요소(401)와 광 감응 요소(402)의 결합에 의해 수행할 수 있다. 발광 요소(401)는 우선 파라미터에 의해 특정되는 광을 생성하고, 그 파라미터는 파장, 광 강도, 위상, 광의 편광 상태, 등일 수 있다. 광은 생체에 방출될 수 있고, 생체는 광을 반사, 흡수 및 산란시킬 수 있다. 광 감응 요소(402)는 반사 및 산란된 광을 검출하고, 광 신호를 전기 신호로 변환할 수 있다. 단계(502)에서, 검출된 신호는 필요에 따라 증폭될 수 있다. 일부 실시예들에서, 검출된 신호는 증폭될 필요가 없고, 단계(502)는 실행되지 않을 수 있다. 단계(502)는 신호 증폭기(404)에 의해 수행될 수 있다. 단계(503)에서, 증폭된 신호에 대해 A/D 변환이 수행될 수 있다. 검출된 신호들이 아날로그 신호들이고, 처리 모듈(202)의 후속 처리 및 저장 모듈(203)의 저장이 디지털 신호들을 필요로 하기 때문에, 디지털 신호들을 얻기 위해 아날로그-디지털 변환을 수행할 필요가 있다. 단계(503)는 A/D 변환기(405)에 의해 수행될 수 있다. 단계( 504)에서, 신호가 출력될 수 있다. 출력 신호는 후속 처리를 위해 처리 모듈(202)에 출력될 수 있고, 저장을 위해 저장 모듈(203)에 출력될 수 있고, 또한 출력 모듈(204)에 출력될 수 있고, 추가로 서버(105), 단말 장치(102), 또는 외부 데이터 소스(104)에 전송될 수 있다.
도 6은 본 개시사항의 일 실시예에 따른 처리 모듈(202)의 개략도이다. 처리 모듈(202)은 주로 신호를 분석하고 처리하는데 사용될 수 있다. 처리 모듈(202)은 잡음 제거 유닛(601), 기능 구성 유닛(602), 신호 분석 유닛(603), 및 신호 특성화 유닛(604)을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 잡음 제거 유닛(601)은 검출 모듈(201)에 의해 검출된 정보의 잡음을 제거할 수 있다. 검출 모듈(201)에 의해 검출된 신호들은 상관관계를 갖는 2개의 신호들일 수 있고, 이러한 2개의 신호들은 인간의 움직임 중에 움직임 또는 진동 신호들과 같은, 심박수와 독립적인 잡음 제거된 신호일 필요가 있다. 기능 구성 유닛(602)은 기능 구성을 수행할 수 있고, 구성된 기능은 심박수 검출, 동작 신호 검출, 건강 신호 검출, 등을 포함할 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 신호 분석 유닛(603)은 신호를 분석할 수 있다. 검출 모듈(201)은 전기 신호를 전송할 수 있고, 전기 신호의 특정 분석 후, 원하는 활력 신호가 얻어질 수 있다. 상이한 기능 구성들에 따라, 신호 분석 유닛(603)은 전기 신호를 펄스 신호, 심박수 신호, 산소 소비 신호, 지방 소비 신호, 등으로 분석하는데 사용될 수 있다. 분석된 신호는 신호 특성화 유닛(604)에 의해 특성화될 수 있다. 특성화는 디지털 특성화, 곡선 특성화, 그래픽 특성화, 실시간 음성 특성화, 비디오 특성화, 등을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 7은 본 개시사항의 일 실시예에 따른 처리 모듈(202)의 흐름도이다. 단계(701)에서, 검출된 신호의 잡음은 필요 전기 신호를 얻기 위해 제거될 수 있다. 잡음 제거 처리는 단일 파라미터 제거 방법, 다중 파라미터 제거 방법, 소파동 분석, 푸리에 변환, 적응형 필터링 방법, 등을 포함하지만 이에 한정되지는 않는다. 단계(701)는 잡음 제거 유닛(601)에 의해 수행될 수 있다. 단계(702)에서, 처리 모듈(202)의 기능(들)이 구성될 수 있고, 처리 모듈(202)에 의해 수행될 처리 기능(들)이 선택될 수 있다. 단계(702)는 기능 구성 유닛(602)에 의해 수행될 수 있다. 단계(703)에서, 전기 신호들은 상이한 기능 구성들에 따라 상이한 신호들로 분석될 수 있다. 단계(703)는 신호 분석 유닛(603)에 의해 수행될 수 있다. 단계(704)에서, 신호들은 상이한 특성화 요구들에 따라 상이한 형태들의 신호들로서 특성화된다. 단계(704)는 신호 특성화 유닛(604)에 의해 수행될 수 있다. 단계(701), 단계(702), 단계(703) 및 단계(704)는 순차적으로 수행될 수 있거나, 단계(702)가 먼저 수행될 수 있고, 이후, 기능(들)이 구성된 후 단계(701), 단계(703) 및 단계(70)가 수행될 수 있다.
활력 신호들이 검출될 때, 신체의 움직임이 신호 검출을 방해할 수 있고; 따라서 검출된 신호는 특정 양의 잡음을 포함한다. 많은 잡음 제거 수단들이 존재한다, 예를 들어, 신호들을 검출하기 위한 특정 처리 알고리즘에 따라 검출된 단일 신호를 정정하는 단일 파라미터 제거 방법, 및 다중 신호들을 검출하고 하나 이상의 검출된 신호들을 기준 신호들로서 지정하고, 기준 신호들에 기초하여 특정 알고리즘에 의해 잡음이 제거되는, 다중 파라미터 제거 방법이 또한 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 적응형 잡음 제거 실시예가 도 8에 도시된다. S1 및 S2는 입력 신호들이고, 적응형 필터는 신호를 조절 또는 정정할 수 있는 필터이고, 믹서는 입력 신호들에 대한 비교 처리를 수행할 수 있고, 신호 
가 최종적으로 출력된다. 처리는 다음과 같이 나타낼 수 있다:
위 식에서, w는 필터의 계수를 나타내고, 출력 신호 
에 따라 자동적으로 조정될 수 있다. 일 실시예에서, S1은 활력 신호 정보 및 잡음 정보를 포함할 수 있고, S2는 활력 신호 정보를 포함하지 않는 잡음 정보를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, S1은 활력 신호 정보 및 잡음 정보를 포함할 수 있고, S2는 또한 잡음 정보 및 활력 신호 정보를 포함할 수 있다. 그러나 S1과 S2의 활력 신호 정보 대 잡음 정보의 비율들이 상이하고, 피드백에 따라 적절한 필터 계수(w)가 처리될 수 있고, 원하는 신호가 얻어진다.
본 명세서에서, 기술된 입력 신호는 상이한 유형들의 신호를 포함할 수 있다. 예를 들어, 입력 신호는 광 신호, 전기 신호, 자기 신호, 음향 신호, 온도 신호, 변위 신호, 등 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 입력 신호는 수신단에서 검출된 신호(예를 들면, 검출단에서 검출한 광 신호, 전기 신호, 자기 신호, 음향 신호, 온도 신호, 변위 신호, 등)일 수 있고, 수신단에서 검출된 신호를 처리한 후 얻어진 신호(예를 들면, 수신단에서 광 신호, 전기 신호, 자기 신호, 음성 신호, 온도 신호, 변위 신호를 검출한 후, 변환된 광 신호, 전기 신호, 자기 신호, 음향 신호, 온도 신호, 변위 신호)일 수 있다. 수신단은 상이한 유형들의 센서일 수 있고, 광전 센서, 변위 센서, 가속 센서, 진동 센서, 기계적 센서, 온도 센서, 기압 센서, 등을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 광전 센서의 유형은 확산 반사형 광전 센서, 빔투과형 광전 센서, 거리형 광전 센서, U자형 광전 센서, 광섬유 광전 센서, 등을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 적응 잡음 제거의 실시예가 본 개시사항에서 사용된 단지 일 예이고, 당업자들이 활력 신호의 검출 및 잡음 제거의 기본 원리들을 이해한 후 기본 원리들로부터 벗어나지 않으면서 본 실시예의 형태 및 세부사항에서 다양한 수정들 및 변경들을 행할 수 있고, 이러한 수정들 및 변경들은 본 설명들의 범주 내에 있음을 주목해야 한다. 예를 들어, 입력 신호들은 S1 및 S2를 포함하지만, 이에 한정되지 않고, 2개 이상의 입력 신호들을 포함할 수 있고, 각각의 입력 신호는 하나 이상의 센서들로부터 검출된 신호일 수 있다. 필터의 계수(w)는 출력 신호들의 음의 피드백에 따라 얻어질 수 있고, 다른 입력 신호들의 양의 피드백에 따라 얻어질 수 있고, 또한 입력 신호들의 일부의 음의 피드백과 입력 신호들의 일부의 양의 피드백에 따라 얻어질 수 있다. 필터의 계수(w)는 시스템 계산에 의해 얻어질 수 있거나, 사용자에 의해 설정될 수 있거나, 외부 장치 즉 유선 또는 무선 방식의 장치로부터 얻어질 수 있거나, 또는 다른 수단에 의해 얻어질 수 있다. 예를 들어, 인간의 활력 신호들이 하루 중 다른 상이한 시간들에서 상이하기 때문에, 필터의 대응하는 계수(w)는 하루 중 다른 시간들에서 선택될 수 있고, 대응하는 파라미 터(w)는 다른 날짜, 달 또는 계절로 설정될수 있다.
입력 신호들(S1 및 S2)은 활력 신호 정보 및 잡음 정보의 광 신호들을 별도로 포함할 수 있다. 매체(예를 들어, 생체) 내에서 광이 이동한 후에, 검출된 광은 매체 층의 정보를 전달할 수 있다. 광이 일부 매체(고체, 기체 또는 액체)로 방출될 때, 광의 일부는 매체에 의해 반사될 수 있고, 광의 일부는 매체를 통과하거나 매체에 의해 흡수될 수 있다. 광의 반사, 흡수, 투과, 등은 광이 전파되는 매체의 속성에 의존한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 인간 피부 조직을 예로 들면, 인간 피부 조직은 표피, 진피, 피하 조직 및 피부 부속물로 형성된다. 표피들은 혈관들을 포함하지 않고, 표피의 두께는 위치에 따라 다르고, 대부분의 표피의 두께는 약 100㎛이다. 진피는 표피와 피하 조직 사이에 위치하고, 주로 연결 조직으로 형성되고, 외부에서 내부로 유두 층과 망상 층으로 분리된다. 유두 층은 모세 혈관이 풍부하다. 망상 층은 주로 진피의 기저부에 위치한 많은 큰 혈관을 포함하다. 상이한 구조들의 다중 층들로 형성된 인간 피부 조직은 높은 산란 특성을 갖는 카오스 매체와 동등한 광학 특성들을 포함한다. 특정 파장을 갖는 광이 사람의 피부에 충돌할 때, 광의 일부는 피부 표면에 의해 반사되어 거울-반사된 광을 얻는다. 피부 표면에 의해 굴절된 후에, 광의 다른 부분은 피부 조직의 표피 및 진피로 순차적으로 진입하고, 피부 조직에 의해 산란 및 흡수되고, 마지막으로 피부 표면을 벗어나 후방-산란된 광을 얻는다. 산란 이론에 따르면, 후방-산란된 광은 탄도 광자들(ballistic photons), 서펜타인 광자들(serpentine photons) 및 확산 광자들(diffuse photons)을 포함할 수 있다. 탄도 광자들 및 서펜타인 광자들은 피부 조직에서 소량의 산란 및 흡수 후에 피부 표면으로 돌아오고, 산란 광의 이러한 부분은 낮은 침투 깊이를 갖고, 보통 진피에 도달하지 않고, 피부의 내부 조직 구조에 대한 정보를 거의 전달하지 못한다. 확산 광자들은 피부 내에서 반복된 산란 후 피부 표면으로 돌아오고, 산란된 광의 일부는 주로 진피에 침투하고, 피부의 내부 조직 구조에 대한 정보, 예를 들어 진피의 큰 혈관의 혈류의 증가 또는 감소를 전달한다. 편광된 광이 인간의 피부로 방출될 때, 거울-반사된 광은 동일한 편광 특성들을 갖는다. 적은 산란 회수를 겪는 탄도 광자들과 서펜타인 광자들은 동일한 편광 특성들을 갖지만, 더 많은 산란 회수를 겪는 확산 광자들은 편광 특성을 갖지 않는다. 본 명세서에서, 보다 적은 산란을 겪는 탄도 광자들 및 서펜타인 광자들은 덜 후방-산란된 광으로 지칭되고, 더 많은 산란을 겪는 확산 광자들은 다중 후방-산란된 광으로 지칭되고, 거울-반사된 광 및 덜 후방-산란된 광은 표면 반사된 광으로 언급된다. 본 명세서에서 생체(예를 들면, 피부)에 의해 반사된 신호는 생체(예를 들면, 피부) 표면의 반사광을 포함할 수도 있고, 생체 조직에 의해 산란된 산란 광을 포함할 수 있고, 피부의 반사된 광 및 피부 조직에 의해 산란된 산란 광을 모두 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 광 신호의 투과 및 검출은 PPG 센서에 의해 수행될 수 있고, PPG 센서는 다수의 광원들 및 광 검출기들을 포함할 수 있다. 특정 파장을 갖는 광이 생물 조직을 통과할 때, 사람의 피부(피부, 지방, 혈액, 근육, 등)는 광을 산란 및 흡수하여, 검출된 광의 강도를 약화시킬 것이다. 동맥 혈관이 맥동하거나, 정맥이 광 투과 영역에 채워질 때, 혈류가 증가하거나 감소함에 따라 혈액의 광 흡수량이 변할 것이다. 피부에 인접한 광 검출기는 변화들을 검출할 수 있다: 혈관들이 채워질 때, 혈액의 광 흡수량은 최대이고, 검출기에 의해 검출된 방출 광의 강도는 가장 작다, 반면에 혈관이 수축할 때, 혈액의 광 흡수량은 최소이고, 검출기에 의해 검출된 방출 광의 강도는 가장 크다. 따라서, PPG 센서는 혈관내 부피 변화들에 의해 형성된 변동 신호를 추적할 수 있고, 이에 의해 활력 신호들(맥파, 심박수, 혈압, 등을 포함하지만 이에 한정되지 않음)에 관한 정보를 얻을 수 있다. 수식 (1)에 기술된 잡음 제거 실시예에 따라, 펄스 파의 측정은 하나 이상의 PPG 센서들에 의해 얻어진 상이한 입력 신호들에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 입력 신호(S1)는 PPG 신호를 포함할 수 있고, 신호(S2)는 PPG 신호를 포함하지 않을 수 있다. 다른 예로서, 입력 신호(S1)에서의 PPG 신호 대 잡음 신호의 비율은 신호(S2)에서의 PPG 신호 대 잡음 신호의 비율과 상이하다.
PPG 신호의 상기 검출은 오로지 맥파 테스트의 일 예를 제공하고, 유일한 방법을 제공하는 것은 아니다. 연관된 원리들을 벗어남이 없이 예들의 형태 및 내용에서 다양한 변경들이 이루어질 수 있고, 이러한 변경들이 본 설명들의 범위 내에 있음은 당업자에게 자명할 것이다. 예를 들어, 활력 신호들의 검출은 맥파의 검출에 한정되지 않고, 혈압, 혈중 산소 포화도, 심박수 변동성, 심잡음, 등의 검출의 하나 이상의 조합을 포함할 수 있다. 입력 신호 내에 포함된 활력 신호 정보는, 예를 들어, 신장, 중량, 생체 용량, 심장 박동 파라미터들, 혈당치들, 혈액 점도 측정치들, 혈관 확장 압력, 혈관 수축, 혈류 파라미터 결정, PPG 신호 피크 및 골, ECG 신호 피크 및 골, 맥박수, 심박수, 혈중 지질 농도, 혈관 색조, 피부 색조, 뇌파 주파수, 위장 운동성, 간 담관 장기 형태, 위장 점막 파라미터, 항체 함량, 생체 효소 함량, 등과 같은 하지만 이에 국한되지 않는 생체 내의 다양한 생리적 파라미터들의 측정치를 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 신호 검출 장치의 구성의 변경과 같은 하지만 이에 국한되지 않는 신호의 검출 모드들의 변경은, 다양한 활력 신호 정보 및 잡음 정보를 포함하는 입력 신호들(S1 및 S2)을 획득할 수 있다. 일부 실시예들에서, 입력 신호들(S1 및 S2)은 피부 조직 구조로 침투하는 광의 깊이와 연관된다. 예를 들어 피부에 침투하는 광의 깊이가 더 깊어지면, 혈관들이 광 투과 영역에 존재할 수 있고, 입력 신호들은 PPG 신호들을 포함할 수 있고, 반면에 피부에 침투하는 광의 깊이가 얕으면, 혈관들은 광 투과 영역에 존재하지 않을 수 있고, 입력 신호들은 PPG 신호들을 포함하지 않거나, 입력 신호들 내에 더 적은 PPG 신호들을 포함할 수 있다. 피부 조직 구조 및 광학 모델에 따라, 조직들에 침투하는 광의 평균 깊이는 광원과 검출기 사이의 거리에 연관된다. 예를 들어, 광원과 검출기 사이의 거리가 상대적으로 작으면, 피부로 침투하는 광의 평균 깊이가 더 얕아 지고, 깊은 매체의 적은 정보가 전달되는 반면, 광원과 검출기 사이의 거리가 상대적으로 크면, 피부에 침투하는 광의 평균 깊이는 더 깊어지고, 깊은 매체에 대한 더 많은 정보가 전달된다. 피부 조직에서, 피부에 침투하는 광의 평균 깊이가 깊어지면, 더 많은 활력 신호 정보(예: PPG 신호)가 검출된다. 광원과 검출기(r)의 위치들 사이의 차이를 이용하여 펄스 파 성분의 상이한 비율을 갖는 신호들이 얻어질 수 있다.
도 10은 광원과 검출기의 위치들 사이의 차이를 이용한 센서의 개략도이다. 센서는 하나의 광 검출기와 2개의 광원들을 포함할 수 있다. 광 검출기는 특정 파장을 갖는 광 신호를 검출하고 광 신호의 정보를 판독할 수 있는, 광전 센서와 같은 장치일 수 있다. 여기서, 광원은 단일 파장을 갖는 광을 오로지 포함할 수도 있거나, 또는 일정한 파장 범위 내의 광, 예를 들어 700nm의 파장 또는 다른 파장을 갖는 광, 또는 600nm 내지 700㎚의 파장 범위 또는 다른 파장 범위들 내의 광을 포함할 수 있다. 본 명세서에 기술된 광은 가시 범위의 광, 예를 들어 적색 광, 황색 광, 청색 광, 녹색 광, 자색 광, 등일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 비-가시적 광, 예를 들어 적외선 광, 자외선 광, 등일 수 있다. 광 검출기, 광원1 및 광원2는 모두 피부에 인접할 수 있고, 바람직하게는 광 검출기, 광원1, 및 광원2는 직선 위에 위치될 수 있다. 광원1과 광원2는 광 검출기의 동일한 측에 위치될 수 있고, 바람직하게는 광원1과 광 검출기 사이의 거리는 비교적 크고, 광원2와 광 검출기 사이의 거리는 비교적 작다. 광원1 및 광 검출기 사이의 거리는 광원2와 광 검출기 사이의 거리보다 크다. 동작 중에, 광원1 및 광원2는 교대로 빔들을 방출할 수 있거나, 또는 동시에 빔들을 방출할 수 있다. 광원1 및 광원2의 세기는 조절될 수 있고, 예를 들어, 광원들의 세기는 주변 밝기 및 외부 광의 세기에 따라 자동으로 조절될 수 있고, 또한 광 검출기에 의해 검출된 광 신호의 세기에 따라 피드백될 수 있고, 또한 외부의 입력에 따라 조절될 수 있다. 광원1 및 광원2의 방출 파장들은 동일하거나 상이할 수 있다. 2개의 광원들에 의해 방출된 빔들이 피부에 도달한 후, 광원1 및 광원2으로부터 광 검출기까지의 거리들이 상이하기 때문에, 피부 조직으로 침투하는 광원1 및 광원2에 의해 방출된 빔들의 평균 깊이는 상이하고, 활력 신호(예를 들면, 맥파) 성분 신호(예를 들면, PPG 신호)의 비율들은 상이하다. 예를 들어, 광원1 및 광 검출기 사이의 거리는 비교적 크고, 피부 조직으로 침투하는 광원1에 의해 방출되는 빔의 평균 깊이는 더 깊고, 피부 기능 이후 광원1에 의해 방출된 빔의 산란된 광 신호에 의해 전달된 활력 신호(예를 들어, 맥파)의 비율은 크다. 광원2와 광 검출기 사이의 거리는 비교적 작고, 피부 조직을 침투하는 광원2에 의해 방출되는 빔의 평균 깊이는 더 얕고, 피부 기능 후 광원2에 의해 방출된 빔의 산란된 광 신호에 의해 운반되는 맥파 성분 신호의 비율 크기는 작다. 이동 정보를 운반하는 빔들 및 활력 신호 정보의 상이한 비율들은 광 검출기에 의해 검출되고, 검출된 신호들은 I1 및 I2로 각각 표시된 광전 신호1 및 광전 신호2이고, 검출된 광전 신호1 및 광전 신호2는 도 8의 입력 신호들(S1 및 S2)로서 직접 취해질 수 있거나, 또는 특정 처리 및 변환 후에 입력 신호들(S1 및 S2)로서 취해질 수 있다.
위의 설명은 본 개시사항의 단지 특정 실시예들이고, 본 개시사항의 보호 범위는 상술한 실시예들에 한정되지 않는다. 당업자들은 독창적인 노력들 없이, 상술한 본 실시예를 수정 및 변경할 수 있고, 이러한 수정 및 변경은 본 개시사항의 보호 범위 내에 있다.
예를 들어, 센서의 구성요소들은, 하나의 광 검출기와 2개의 광원들; 2개의 광 검출기들 및 하나의 광원; 2개의 광 검출기들 및 2개의 광원들(예를 들어, 센서1은 광원1 및 광 검출기1을 포함하고, 센서2는 광원2 및 광 검출기2를 포함한다); 또는 임의의 수의 광 검출기들과 임의의 수의 광원들의 조합을 포함할 수 있다.
다른 예로서, 센서의 구성요소들은 피부 표면에 인접하도록 제한되고, 피부 위의 일정 거리에 위치하고, 하나 이상의 광원들 및 하나 이상의 검출기들은 피부 위의 일정 거리에 위치한다. 상이한 광원들과 피부 사이의 거리들, 및 상이한 광 검출기들과 피부 사이의 거리들은 동일하거나 상이할 수 있고, 상이한 광원들과 피부 사이의 거리들은 상이한 광 검출기들과 피부 사이의 거리들와 동일하거나 상이할 수 있다. 센서의 하나 이상의 구성요소들 또는 모든 구성요소들이 피부 위의 일정 거리에 위치한다면, 바람직하게 센서의 구성요소들과 피부 사이의 거리들은 2 내지 10mm일 수 있고, 보다 바람직하게 센서의 구성요소들과 피부 사이의 직선거리는 7 mm일 수 있다.
다른 예로서, 구성요소들이 2개의 광 검출기들과 하나의 광원을 포함하는 경우, 광원과 광 검출기1 사이의 거리는 광원과 광 검출기2 사이의 거리보다 클 수 있다. 바람직하게, 광원과 광 검출기1 사이의 거리가 5mm보다 크고, 광원과 광 검출기2 사이의 거리가 5mm 미만이다. 보다 바람직하게는, 광원과 광 검출기1 사이의 거리는 8mm보다 크다. 구성요소들이 2개의 광 검출기들 및 2개의 광원들을 포함하는 경우, 광원1 및 광 검출기1 사이의 거리는 광원2와 광 검출기2 사이의 거리보다 클 수 있다. 바람직하게, 광원1 및 광 검출기1 사이의 거리는 5㎜보다 크고, 광원2와 광 검출기2 사이의 거리는 5㎜보다 작다. 보다 바람직하게는, 광원1 및 광 검출기1 사이의 거리는 8mm보다 크다.
다른 예로서, 광 검출기들과 광원들 사이의 상대적인 위치들이 다를 수 있다. 예를 들어, 구성요소들이 하나의 광 검출기와 2개의 광원들을 포함하는 경우, 2개의 광원들은 모두 검출기의 한 측 위에 위치될 수 있거나, 또는 2개의 광원들은 각각 검출기의 대향 측들 위에 위치될 수 있다. 구성요소들이 2개의 광 검출기들과 1개의 광원을 포함하는 경우, 2개의 광 검출기는 광원의 동일 측 위에 위치될 수 있거나, 또는 2개의 광 검출기는 광원의 대향 측들 위에 위치될 수 있다. 구성요소들이 2개의 광 검출기들 및 2개의 광원들을 포함하는 경우, 광 검출기들과 광원들 사이의 상대 위치들은 다음과 같을 수 있다: 광 검출기1 및 광 검출기2는 2개의 광원들 사이에 위치하거나, 광 검출기1 및 광 검출기2는 2개의 광원들의 대향 측들 위에 개별적으로 위치하거나, 광 검출기1 및 광 검출기2는 모두 2개의 광원들의 일 측 위에 위치하거나, 또는 광 검출기1은 2개의 광원들의 한 측에 위치되고 광 검출기2는 2개의 광원들 사이에 위치한다. 구성요소들이 임의의 수의 광 검출기들 및 임의의 수의 광원들을 포함하는 경우, 광 검출기들과 광원들 사이의 상대 위치들은 실제 응용에 따라 결정될 수 있다.
상술한 예들은 단지 도 10과 연관하여 기술된 일 실시예일 뿐이고, 본 개시사항의 보호 범위는 상술한 대안들에 한정되지 않는다. 당업자들은 독창적인 노력없이도 상술된 대안들을 조합할 수 있고, 이러한 대안들은 또한 본 개시사항의 보호 범위 내에 있다.
피부에 들어오고 피부로부터 나가는 광의 각도를 변경하는 것은 또한 피부 조직으로 침투하는 광의 평균 거리를 변경시킬 수 있고, 이에 의해 상이한 활력 신호들을 특성화하는 입력 신호들(S1 및 S2)을 얻을 수 있다. 도 11은 본 개시사항에 따라 렌즈를 사용하여 광의 투과 방향을 변경시키는 센서의 개략도이다. 센서는 하나의 광 검출기, 2개의 광원들 및 하나의 렌즈를 포함할 수 있다. 광원1은 피부에 인접할 수 있고, 광 검출기는 피부 위의 일정 거리에 위치될 수 있고, 렌즈는 광원2와 피부 사이에 위치될 수 있고, 광원1 및 광원2는 광 검출기의 동일한 측 위에 위치될 수 있다. 렌즈는 광원2에 의해 방출된 빔의 방향을 변화시키는데 사용될 수 있고, 따라서 광은 피부에 대하여 일정 각도를 이룬다. 각도는 예를 들어 0° 내지 180°의 범위 내의 임의의 값일 수 있고, 렌즈 유형들은 오목 렌즈, 볼록 렌즈, 평-볼록 렌즈, 평-오목 렌즈, 메니스커스 렌즈, 또는 광의 방향을 변경시키기 위한 다른 장치, 예를 들어 광 가이드 또는 특정 형상을 갖는 프리즘(예를 들어 삼각형 프리즘, 하지만 이에 제한되지는 않음)을 포함할 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 광원1 및 광 검출기 사이의 거리는 상대적으로 크고, 광원2와 광 검출기 사이의 거리는 상대적으로 작다. 2개의 광원들과 광 검출기가 동작하면, 광원1 및 광원2는 교대로 빔을 방출할 수 있거나, 또는 동시에 빔을 방출할 수 있다. 광원1 및 광원2의 방출 파장들은 동일하거나 상이할 수 있다. 2개의 광원들에 의해 방출된 빔들이 피부에 도달한 후, 광원1 및 광원2으로부터 광 검출기까지의 거리가 상이하고, 피부에 침투하는 광의 각도들이 다르므로, 피부 조직을 침투하는 광원1 및 광원2에 의해 방출된 빔들의 평균 깊이들은 상이하고, 신호에 의해 전달되는 활력 신호 성분들의 비율들은 상이하다. 예를 들면, 광원1 및 광 검출기 사이의 거리가 비교적 크고, 피부에 입사하는 광의 입사각이 더 커져, 피부 조직에 침투하는 광원1에 의해 방출된 빔의 깊이는 더 크고, 피부 기능 후 광원1에 의해 방출된 빔의 산란된 광 신호에 의해 운반되는 맥파 성분 신호의 비율은 더 크다. 광원2와 광 검출기 사이의 거리가 비교적 작고, 피부에 입사하는 광의 입사각이 더 작아서, 피부 조직을 침투하는 광원2에 의해 방출되는 빔의 깊이는 더 작고, 피부 기능 후 광원2에 의해 방출된 빔의 산란된 광 신호에 의해 전달되는 맥파 성분 신호는 더 작다. 운동 정보 및 맥파 정보의 상이한 비율들을 전달하는 빔들은 광 검출기에 의해 검출되고, 검출된 신호들은 I1 및 I2로 표시되는 광전 신호1 및 광전 신호2이다. I1 및 I2는 각각 처리될 신호 및 기준 신호로서 사용될 수 있고, 동작 결함들은 도 8과 연관하여 기술된 적응형 잡음 제거 알고리즘에 의해 제거된다.
위의 설명은 단지 본 개시사항의 특정 실시예들이고, 본 개시사항의 보호 범위는 상술한 실시예에 한정되지 않는다. 당업자들은 독창적인 노력 없이도 상술한 본 실시예를 수정 및 변경할 수 있고, 이러한 수정들 및 변경들은 본 개시사항의 보호 범위 내에 있다.
예를 들어, 센서의 구성요소들은 하나 이상의 렌즈들(또는 광의 방향을 변경하기 위한 다른 장치들)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 렌즈들(광의 방향을 변경하기 위한 다른 유사한 장치들)은 모든 광 검출기들과 피부 사이에 위치될 수 있거나, 광 검출기의 일부와 피부 사이에 위치될 수 있거나, 모든 광원들과 피부 사이에 위치될 수 있거나, 광원들의 일부와 피부 사이에 위치될 수 있거나, 오로지 광 검출기와 피부 위에 위치될 수 있거나, 또는 오로지 광원과 검출기 사이에 위치될 수 있다. 바람직하게, 상이한 유형들의 렌즈들이 상이한 광 검출기들과 피부 사이에 채택될 수 있거나, 상이한 광원들과 피부(광의 방향을 변경하기 위한 다른 유사한 장치들) 사이에서 채택될 수 있다. 신호의 검출 모드들은 또한 광원의 편광 특성들에 의해 변경될 수 있다. 광원이 피부를 조사한 후, 광은 피부 표면 위에서 반사되고, 나머지 부분은 투과되어 조직 내로 들어가고, 광의 이러한 부분은 조직에 의해 산란 및 흡수될 것이다. 다중 산란 및 흡수 후에, 광의 일부는 후방-산란된 광 방식으로 피부를 벗어나고, 광의 이러한 부분은 후방-산란된 광이다. 광의 이러한 부분은 하부 조직의 풍부한 정보를 전달하고, 반사된 신호를 형성하는 피부 표면의 반사광과 혼합된다. 피부 표면의 반사광과 후방-산란된 광은 다른 편광 특성들을 갖는다. 예를 들어, 입사광이 특정 조건을 만족하는 선형으로 편광된 광이라면, 피부 표면의 반사 광은 여전히 선형으로 편광된 광이 될 수 있고, 조직에 진입하는 후방-산란된 광은 기본적으로 다중 산란에 기인하여 편광 특성들을 상실한다. 따라서, 피부 표면의 반사광과 후방-산란된 광의 상이한 편광 특성에 의해 적어도 2개의 상이한 신호들이 얻어질 수 있다.
도 12는 본 개시사항에 따라 광원의 편광 특성들을 이용하는 센서의 개략도이다. 센서는 선형으로 편광된 광을 생성할 수 있는 하나의 광원과 상이한 편광 특성들을 갖는 광을 검출할 수 있는 2개의 광 검출기들을 포함한다. 광원의 선형으로 편광된 광의 편광 방향은 입사 표면에 수직인 방향일 수 있거나, 입사 표면에 평행 한 방향일 수 있거나, 또는 입사 표면에 대하여 일정한 각도의 방향일 수 있다. 광원 및 광 검출기는 모두 피부로부터 일정한 거리에 위치될 수 있거나, 또는 모두 피부 표면에 인접할 수 있다. 2개의 검출기들 사이의 거리는 비교적 작을 수 있다. 센서가 동작하면, 광 검출기1과 광 검출기2는 광원이 광을 방출하는 동안 신호들을 검출하여, 각각 광전 신호1 및 광전 신호2를 얻을 수 있다. 광전 신호1 및 광전 신호2의 각각은 생체의 표면 반사된 광과 다중 후방-산란된 광을 포함한다. 광원 및 광 검출기가 피부로부터 일정 거리에 위치되면, 광 검출기는 피부 표면의 반사된 광, 덜 후방-산란된 광 및 다수의 후방-산란된 광을 검출할 수 있다. 표면 반사된 광이 여전히 선형 편광된 광이고, 다중의 후방-산란된 광이 편광되지 않은 광이므로, 광전 신호1 및 광전 신호2에 포함되는 표면 반사된 광 성분 및 다중의 후방-산란된 광 성분은 다른 특성들을 갖는다. 광원과 광 검출기가 피부 표면에 인접하면, 광 검출기는 피부 표면의 산란된 광을 검출하지 않고 덜 후방-산란된 광 및 다중의 후방-산란된 광을 검출할 수 있다. 덜 후방-산란된 광이 여전히 선형으로 편광된 광이고 다중 후방-산란된 광이 편광되지 않은 광이므로, 광전 신호1 및 광전 신호2에 포함되는 덜 후방-산란된 광 성분 및 다중 후방-산란된 광 성분은 다른 특성들을 갖는다. 표면 반사된 광과 다중의 후방-산란된 광의 강도의 값은 표면 반사된 광과 다중의 후방-산란된 광의 상이한 특성들에 따라 결정될 수 있다. 동작 결함들은 결정된 값에 기초하여 적응형 필터링 알고리즘에 의해 제거될 수 있다. 위의 설명은 단지 본 개시사항의 특정 실시예이고, 본 개시사항의 보호 범위는 상술한 실시예들에 한정되지 않는다. 당업자들은 독창적인 노력들을 행하지 않고도 상술한 본 실시예를 수정 및 변경할 수 있고, 이러한 수정들 및 변경들은 본 개시사항의 보호 범위 내에 있다.
예를 들어, 센서의 구성요소들은 하나의 광 검출기 및 2개의 광원들, 2개의 광 검출기들 및 한 개의 광원, 2개의 광 검출기들 및 2개의 광원들을 포함할 수 있거나(예를 들어, 센서1은 광원1 및 광 검출기1을 포함하고, 센서2는 광원2 및 광 검출기2를 포함한다), 또는 임의의 수의 광 검출기들과 임의의 수의 광원들의 조합을 포함할 수 있다.
예를 들어, 광원의 편광된 특성들을 이용하는 센서의 구성요소들은 하나 이상의 광원들 및 하나 이상의 광 검출기들을 포함할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 편광된 광을 직접 발생시킬 수 있는 광원(예를 들어, 레이저)이 사용될 수 있고, 편광자가 광원 상에 배치되어 편광된 광을 생성한다. 예를 들어, 편광자들은 모든 광 검출기들 또는 일부 광 검출기들 위에 배치될 수 있거나, 동일한 편광자들은 상이한 광 검출기들 위에 배치될 수 있거나, 또는 상이한 편광자들은 상이한 광 검출기들 위에 배치될 수 있다(예를 들어, 편광 방향들이 서로 수직인 선형 편광자들이 배치될 수 있다). 편광자들은 모든 광원들 또는 일부의 광원들 위에 배치될 수 있거나, 동일한 편광자들은 상이한 광원들 위에 배치될 수 있거나, 또는 상이한 편광자들은 상이한 광원들 위에 배치될 수 있다(예를 들어, 편광 방향들이 서로 수직인 선형 편광자들이 배치될 수 있다). 편광자의 유형은 선형 편광자에 한정되지 않고, 원 편광자, 타원 편광자, 등을 또한 포함할 수 있다.
광 검출기에 의해 검출된 광 신호들에 포함된 활력 신호들의 정보는 또한 생체의 표면에 부딪히는 광의 각도와 연관된다. 예를 들어, 피부 표면의 반사된 광 및 후방-산란된 광은 검출 각도와 연관된다. 후방-산란된 광의 광 강도 분포 특성은 입사 각도와 연관되지 않고, 상이한 입사 각도들의 경우, 검출 각도가 90°이면, 후방-산란된 광의 에너지가 최대에 도달된다. 상이한 굴절률들로 인해 생성된 표면 반사된 광의 광 강도 분포의 공간 형상은 스핀들 형상으로 형성되고, 표현 반사된 광의 에너지는 이론적인 거울 반사 영역에서 최대에 도달하고, 이의 검출 에너지는, 검출 각도가 더 증가(또는 감소)함에 따라, 감소할 것이다. 도 13은 피부 표면의 반사된 광, 후방-산란된 광 및 검출 각도 사이의 관계를 도시하는 도면이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 입사 각도들이 상이하면, 예를 들어 0°, 20° 및 40°인 경우, 검출 각도가 약 90°라면 후방-산란된 광의 세기는 거의 동일하다. 도 14는 피부 표면의 반사된 광, 후방-산란된 광 및 검출 각도들 사이의 관계를 이용하는 센서의 개략도이다. 센서는 2개의 광 검출기들 및 하나의 광원을 포함할 수 있다. 광원 및 2개의 광 검출기들은 모두 피부 표면으로부터 일정 거리에 위치될 수 있고, 2개의 광 검출기들 사이의 거리는 비교적 작을 수 있고, 2개의 광 검출기들은 또한 그들 사이에서 일정 거리를 두고 위치될 수 있다. 피부 표면을 매체 계면으로 취하면, 광원에 의해 방출되는 광의 입사 각도는 θ일 수 있고, θ의 값은 0° 내지 90°의 범위이다. 광 검출기1은 입사광과 법선에 의해 결정되는 평면 위의 이론적인 거울 반사 영역에 위치될 수 있고, 법선과 광 검출기1을 입사점과 연결하는 선 사이에 형성된 각도는 θ일 수 있다. 광 검출기2는 입사광의 법선 근처에, 즉 입사광의 법선에 인접한 영역에 위치될 수 있다. 광 검출기2와 피부 계면 사이의 각도는 60°내지 120°의 범위인 것이 바람직하고, 광 검출기2와 피부 표면 사이의 각도가 80° 내지 100°의 범위인 것이 더욱 바람직하다. 보다 바람직하게, 광 검출기2와 피부 표면 사이의 각도는 90°이다; 즉 광 검출기2는 입사 광의 법선 바로 위에 위치한다. 광원과 광 검출기가 동작할 때, 광원에 의해 방출된 빔은 피부에 도달하고, 광의 일부는 피부 표면에 의해 반사되어 피부 표면의 반사된 광을 형성하고, 광의 일부는 표피 및/또는 피부의 외피 및/또는 진피를 침투하여 후방-산란된 광을 형성한다. 광 검출기1 및 광 검출기2는 각각 광원이 광을 방출하는 동안 신호를 검출하고, 신호들을 교대로 검출하거나 또는 신호를 동시에 검출할 수 있다. 검출된 신호들은 I1 및 I2로 나타낸 광전 신호1 및 광전 신호2이다. 광 검출기1이 가장 강한 표면 반사된 광의 방향에 위치하므로, 광전 검출기1에 의해 검출된 광전 신호1 중 피부 표면의 반사된 광의 성분은 더 크다. 광 검출기2가 가장 강한 후방-산란된 광의 방향에 위치하기 때문에, 광 검출기2에 의해 검출된 광전 신호2의 후방-산란된 광 성분은 더 크다. 광전 신호1 및 광전 신호2는 I1과 I2로 표시되므로, I1과 I2는 입력 신호들(S1과 S2)로 취해지고, 동작 결함들은 도 3과 연관하여 기술된 방법 또는 유사한 적응형 잡음 제거 알고리즘에 의해 제거될 수 있다.
위의 설명은 단지 본 개시사항의 특정 실시예이고, 본 개시사항의 보호 범위는 상술한 실시예들에 한정되지 않는다. 당업자들은 독창적인 노력을 하지 않고도 상술한 본 실시예를 수정 및 변경할 수 있고, 이러한 수정들 및 변경들은 본 개시사항의 보호 범위 내에 있다. 예를 들어, 광 검출기 및 광원의 위치들은, 광 검출기들의 일부가 피부 표면의 더 많은 반사된 광을 얻도록, 그리고 광 검출기들의 일부가 더 많이 후방-산란된 신호를 얻도록, 조절되어, 활력 신호의 상이한 구성요소들을 포함하는 입력 신호를 얻는다.
복수의 상이한 신호들의 검출은 광원과 검출기 사이의 거리, 광원의 편광 특성들, 피부 표면의 반사된 광과 후방-산란된 광 사이의 관계들, 및 검출 각도들, 또는 이들의 조합의 변동(상술된)에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 도 15에 도시된 바와 같이, 광원의 편광 특성, 피부 표면의 반사된 광 및 후방-산란된 광 사이의 관계들 및 검출 각도들이 조합되어 사용될 수 있다. 센서는 2개의 광 검출기들, 하나의 광원 및 3개의 편광자들을 포함할 수 있다. 2개의 광 검출기들 및 광원은 모두 피부 표면으로부터 일정 거리에 위치될 수 있고, 2개의 광 검출기들 사이의 거리는 비교적 작을 수 있고, 2개의 광 검출기들은 또한 그들 사이에 일정 거리를 두고 위치될 수 있다. 편광자1 및 편광자3의 편광 방향들은 동일하거나, 또는 편광자2의 편광 방향이 편광자1 및 편광자3의 편광 방향에 수직일 수 있다. 매체 표면으로서 피부 표면을 취하면, 광원에 의해 방출되는 광의 입사 각도는 θ일 수 있고, θ의 값은 0° 내지 90°의 범위일 수 있다. 광 검출기1은 입사광 및 법선에 의해 결정되는 평면의 이론적인 거울 반사 영역에 위치될 수 있고, 법선과 광 검출기1과 입사 점을 연결하는 선 사이에 형성된 각도는 θ일 수 있다. 광 검출기2는 입사광의 법선 근처에 위치될 수 있다. 광 검출기2와 피부 계면 사이의 각도가 60° 내지 120°인 것이 바람직하고, 광 검출기2와 피부 표면 사이의 각도가 80°내지 100°의 범위인 것이 더 바람직하다. 보다 바람직하게, 광 검출기2와 피부 표면 사이의 각도는 90°이다; 즉 광 검출기2는 법선 바로 위에 위치한다. 광원 및 2개의 광 검출기들이 동작할 때, 광원에 의해 방출된 빔이 피부에 도달한 후, 광의 일부는 피부 표면에 의해 반사되어 피부 표면의 반사된 광을 형성하고, 광의 일부는 피부의 표피 및/또는 진피에 침투하여 후방-산란된 광을 형성한다. 광 검출기1 및 광 검출기2는, 광원이 광을 방출하는 경우 각각 신호를 검출할 수 있고, 신호를 교대로 또는 동시에 검출할 수 있다. 검출된 신호들은 I1 및 I2로 표시되는 광전 신호1 및 광전 신호2이다. 편광자1 및 편광자3의 편광 방향들이 동일할 수 있기 때문에, 광 검출기1에 의해 검출된 광전 신호1에 포함되는 피부 표면의 반사된 광의 평행 성분 및 후방-산란된 광의 평행 성분은 동일하고, 광 검출기1가 입사광에 의해 결정된 평면 위의 이론적인 거울 반사 영역에 위치하고, 피부 표면의 가장 강한 반사된 광의 방향에 위치하기 때문에, 광전 신호1의 피부 표면의 반사된 광의 성분이 더 크다. 편광자2의 편광 방향이 편광자3의 편광 방향에 수직이기 때문에, 광 검출기2에 의해 검출된 광전 신호2는 피부 표면의 반사된 광을 포함하지 않고 후방-산란된 광의 수직 성분만을 포함할 수 있고, 광 검출기2가 입사 광의 법선 근처에 위치될 수 있고, 더 큰 후방-산란된 광의 방향에 위치될 수 있기 때문에, 광전 신호2의 후방-산란된 광 성분은 더 크다. 광 검출기1에 의해 검출된 광 신호1은 많은 비율의 동작 정보 및 특정 비율의 활력 신호 정보를 포함하고, 광 검출기2에 의해 검출된 광 신호2는 큰 비율의 활력 신호 정보 및 특정 비율의 동작 정보를 포함한다. 광 신호1 및 광 신호2가 입력 신호들(S1과 S2)로서 취해지기 때문에, 동작 결함은 도 8과 연관하여 기술된 방법 또는 유사한 적응 잡음 제거 알고리즘에 의해 제거될 수 있다.
위의 설명은 단지 본 개시사항의 특정 실시예이고, 본 개시사항의 보호 범위는 상술한 실시예에 한정되지 않는다. 당업자들은 독창적인 노력을 하지 않고도 상술한 본 실시예를 수정 및 변경할 수 있고, 이러한 수정들 및 변경들은 본 개시사항의 보호 범위 내에 있다.
센서는 입력 신호의 정확도가 더 개선될 수 있도록 빔 스플리터를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 빔 스플리터는 상관관계를 향상시키기 위해 2개의 신호들이 피부 위의 동일한 지점으로부터 정확하게 취해질 수 있도록 허용하여, 신호 품질이 더 개선된다.
도 16에 도시된 바와 같이, 센서는 선형으로 편광된 광을 생성할 수 있는 하나의 광원, 상이한 편광 특성들을 갖는 광을 검출할 수 있는 2개의 광 검출기들 및 하나의 빔 스플리터를 포함한다. 광원 및 광 검출기들은 모두 피부로부터 일정 거리에 위치될 수 있다. 광원은 오로지 피부로부터 일정한 거리에 위치될 수도 있고, 광 검출기들은 피부로부터 일정 거리에 위치될 수 있거나, 피부 표면에 인접할 수 있고, 2개의 광 검출기들은 빔 스플리터의 반사 및 투과 방향들에 각각 위치될 수 있다. 빔 스플리터에 의해 야기된 반사 및 투과된 광 성분들은 동일할 수 있다. 빔 스플리터는 피부에 의해 반사된 표면 반사된 광을 2개의 경로들로 분할할 수 있다, 예를 들어, 하나는 빔 스플리터에 의해 반사된 광이고, 광 검출기1에 의해 검출되고, 다른 하나는 빔 스플리터에 의해 투과된 광이고, 광 검출기2에 의해 검출된다. 유사하게, 빔 스플리터는 피부에 의해 반사된 다중의 후방-산란된 광을 2개의 경로들로 분할한다, 예를 들어, 하나는 빔 스플리터에 의해 반사된 광이고, 광 검출기1에 의해 검출되고, 다른 하나는 빔 스플리터에 의해 투과된 광이고, 광 검출기2에 의해 검출된다. 센서가 동작할 때, 광 검출기1 및 광 검출기2의 각각은 광원이 광을 방출하는 동안 신호들을 검출하여, 각각 광전 신호1 및 광전 신호2를 얻을 수 있다. 표면 반사된 광은 여전히 선형으로 편광된 광이고, 다중의 후방-산란된 광은 편광되지 않은 광이므로, 광전 신호1 및 광전 신호2에 포함된 표면 반사된 광 성분 및 다중의 후방-산란된 광 성분은 상이한 특성들을 갖는다. 표면 반사된 광 및 다중 후방-산란된 광의 세기들은 특성들을 결정함으로써 얻어질 수 있다. 동작 결함들은 표면 반사된 광 및 다중 후방-산란된 광의 결정된 값에 기초하여, 도 8과 연관하여 기술된 방법 및 적응형 필터링 알고리즘에 의해 제거될 수 있다.
상술한 예들은 본 개시사항에 개시된 일부 실시예들을 하나의 양상으로 오로지 변경 및 수정하고, 본 개시사항의 보호 범위는 상술된 대안들에 한정되지 않는다. 당업자들은 독창적인 노력들을 하지 않고도 상술한 대안들을 조합할 수 있고, 이러한 대안들은 또한 본 개시 내용의 보호 범위 내에 있다. 예를 들어, 빔 스플리터 및 편광자는 편광 빔 스플리터로 대체될 수 있고, 이의 구조는 그 기능을 유지하면서 단순화될 수 있다. 다른 예로서, 빔 스플리터들의 수는 1보다 클 수 있고, 광원에 의해 방출된 광은 빔 스플리터에 의해 분할될 수 있고, 피부에 의해 반사된 광은 또한 빔 스플리터에 의해 분할될 수 있다. 대안적으로, 광원에 의해 방출된 광은 빔 스플리터들의 일부에 의해 분할될 수 있고, 피부에 의해 반사된 광은 빔 스플리터의 일부에 의해 분할될 수 있다.
실시예 1
활력 신호 측정 장치는 착용가능 장치, 의료 장치, 스포츠 장비, 등에 적용될 수 있고, 다양한 활력 신호들를 검출할 수 있고, 신호들를 검출 및 처리할 수 있고, 네트워크를 통해 단말기, 서버 또는 외부 데이터 소스와 통신할 수 있고, 신호들을 다양한 방식들로 특성화할 수 있다. 본 실시예는 심박수를 검출하기 위해 이어폰에서 주로 사용되는 활력 신호 측정 장치를 일 예로서 취함으로써 상세히 기술될 것이다.
심박수 측정 장치는 검출 모듈, 처리 모듈, 저장 모듈, 출력 모듈, 제어 모듈 및 에너지 공급 모듈을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 검출 모듈은 PPG 방법에 따라 신호를 검출할 수 있다. 신호가 검출되면, 신체의 움직임은 신호 검출을 방해할 수 있고, 따라서 검출된 신호는 일부 잡음을 포함할 수 있다. 인간의 움직임 도중에 움직임 또는 진동 신호들로 인한 잡음을 제거하기 위해, 다중 파라미터 적응형 잡음 제거 방법이 사용될 수 있고, 적어도 2개의 다른 신호들이 입력을 위해 필요할 수 있다. 2개의 상이한 신호들을 얻기 위해, 도 17a에 도시된 장치가 사용될 수 있다. 검출 모듈은 하나의 광원 및 2개의 광 검출기들을 포함할 수 있고, 2개의 광 검출기들 및 광원 각각은 피부에 인접하고, 3개의 구성요소들은 직선 위에 위치될 수 있거나, 또는 직선 위에 위치되지 않을 수 있고, 광 검출기1 및 광 검출기2는 광원의 대향 측들 위에 위치된다. 광 검출기1과 광원 사이의 거리는 비교적 크고, 광 검출기2와 광원 사이의 거리는 비교적 작다. 광 검출기1과 광원 사이의 거리는 광 검출기2와 광원 사이의 거리보다 크다. 2개의 광 검출기들 및 광원이 동작하는 경우, 광 검출기1 및 광 검출기2는 광원이 광을 방출하면 반사된 신호를 동시에 검출하여, 각각 광전 신호1 및 광전 신호2를 얻을 수 있다. 광 검출기1과 광원 사이의 거리가 비교적 크고, 광 검출기1에 의해 검출된 광자들이 피부에 더 깊이 침투하기 때문에, 광전 신호1은 더 많은 맥파 정보를 포함할 수 있다. 광전 신호1 및 광전 신호2는 각각 I1 및 I2로 표시된다.
처리 모듈은 I1 및 I2를 2개의 입력 신호들로서 취할 수 있고, 동작 결함들은 적응형 잡음 제거 알고리즘에 의해 제거된다. 동작 결함들이 없는 신호는 저장 모듈에 저장될 수 있고, 또한 출력 모듈에 의해 단말, 서버 또는 외부 데이터 소스로 출력될 수 있다. 서버는 외부 데이터 소스 내의 연관 이력 데이터에 따라 검출된 신호를 추가로 분석 및 처리할 수 있어서, 심박수, 산소 소비 및 지방 소비와 같은 관심 정보 및 이해하기 쉬운 정보를 획득한다. 단말은 디지털, 곡선, 그림, 오디오, 비디오 방식 등으로 신호를 표시할 수 있다.
실시예 2
활력 신호 검출 장치는 실시예 1에서 기술된 것과 다른 검출 모듈을 포함할 수 있다. 검출 모듈은 도 17b에 도시된 구조를 가질 수 있고, 센서는 2개의 광 검출기들 및 하나의 광원을 포함한다. 2개의 광 검출기들 및 하나의 광원은 피부 위의 일정 거리에 위치하고, 3개의 구성요소들은 직선 위에 위치될 수 있거나, 직선 위에 위치하지 않을 수 있고, 광 검출기1 및 광 검출기2는 광원의 동일한 측 위에 위치된다. 광 검출기1과 광원 사이의 거리는 비교적 크고, 광 검출기2와 광원 사이의 거리는 비교적 작다. 광 검출기1과 광원 사이의 거리는 광 검출기2와 광원 사이의 거리보다 크다. 센서가 동작할 때, 광 검출기1과 광 검출기2는 광원이 광을 방출할 때 반사 신호를 동시에 검출하여, 각각 광전 신호1 및 광전 신호2를 얻을 수 있다. 광 검출기1과 광원 사이의 거리가 비교적 크고, 광 검출기1에 의해 검출된 광자들이 더 깊숙이 피부로 침투하기 때문에, 광전 신호1은 더 많은 혈액 부피 변동 정보를 포함할 수 있다. 광전 신호1 및 광전 신호2는 각각 I1 및 I2로 표시된다.
이후 처리 모듈, 저장 모듈 및 출력 모듈의 기능들, 동작들 및 단계들은 실시예 1과 동일하다.
실시예 3
활력 신호 검출 장치는 실시예 1에서 기술된 것과 다른 검출 모듈을 포함할 수 있다. 검출 모듈은 도 17c에 도시된 구조를 가질 수 있고, 센서는 2개의 광 검출기들 및 1개의 광원을 포함할 수 있다. 2개의 광 검출기들 및 하나의 광원은 피부 위의 일정 거리에 위치하며, 3개의 구성요소들은 직선 위에 위치될 수 있거나, 직선 위에 위치하지 않을 수 있고, 광 검출기1 및 광 검출기2는 광원의 대향 측들 상에 위치한다. 광 검출기1과 광원 사이의 거리는 비교적 크고, 광 검출기2와 광원 사이의 거리는 비교적 작다. 광 검출기1과 광원 사이의 거리는 광 검출기2와 광원 사이의 거리보다 크다. 센서가 동작할 때, 광 검출기1 및 광 검출기2는 광원이 광을 방출할 때 동시에 반사된 신호들을 검출하여, 각각 광전 신호1 및 광전 신호2를 얻을 수 있다. 광 검출기1과 광원 사이의 거리가 비교적 크고, 광 검출기1에 의해 검출된 광자들이 더 깊숙이 피부에 침투하기 때문에, 광전 신호1은 더 많은 혈액 부피 변동 정보를 포함할 수 있다. 광전 신호1 및 광전 신호2는 각각 I1 및 I2로 표시된다.
이후 처리 모듈, 저장 모듈 및 출력 모듈의 기능들, 동작들 및 단계들은 실시예 1과 동일하다.
실시예 4
활력 신호 검출 장치는 실시예 1에서 기술된 것과 다른 검출 모듈을 포함할 수 있다. 검출 모듈은 도 17d에 도시된 구조를 가질 수 있고 센서는 2개의 광 검출기들 및 1개의 광원을 포함할 수 있다. 광 검출기1은 피부에 인접하고, 광원 및 광 검출기2는 피부 위의 일정 거리에 위치하고, 광 검출기1 및 광 검출기2는 광원의 동일한 측 위에 위치한다. 광 검출기1과 광원 사이의 수평 거리는 비교적 크고, 광 검출기2와 광원 사이의 수평 거리는 비교적 작다. 2개의 광 검출기들 및 광원이 동작할 때, 광 검출기1 및 광 검출기2는 광원이 광을 방출할 때 동시에 반사된 신호를 검출하여, 각각 광전 신호1 및 광전 신호2를 얻을 수 있다. 광 검출기1과 광원 사이의 거리가 비교적 크고 광 검출기1에 의해 검출된 광자들이 더 깊숙이 피부에 침투하기 때문에, 광전 신호1은 더 많은 맥파 정보를 포함할 수 있다. 광전 신호1 및 광전 신호2는 각각 I1 및 I2로 표시된다.
이후 처리 모듈, 저장 모듈 및 출력 모듈의 기능들, 동작들 및 단계들은 실시예 1과 동일하다.
실시예 5
활력 신호 검출 장치는 실시예 1에 기술된 것과 다른 검출 모듈을 포함할 수 있다. 검출 모듈은 도 18a에 도시된 구조를 가질 수 있고, 센서는 하나의 광 검출기 및 동일한 발광 파장을 갖는 2개의 광원들을 포함할 수 있다. 광 검출기 및 2개의 광원들은 각각 피부에 인접하고, 이러한 3개의 구성요소들은 직선 위에 위치할 수 있거나, 또는 직선 위에 위치하지 않을 수 있고, 광원1 및 광원2는 광 검출기의 동일한 측 위에 위치된다. 광원1 및 광 검출기 사이의 거리는 비교적 크고, 광원2와 광 검출기 사이의 거리는 비교적 작다. 2개의 광원들과 광 검출기가 동작할 때, 광원1 및 광원2는 교대로 광을 방출하고, 광 검출기는 2개의 광원들이 광을 방출하면 반사 신호를 각각 검출하여, 각각 광전 신호1 및 광전 신호2를 얻을 수 있다. 광 검출기와 광원1 사이의 거리가 비교적 크고, 광원1에 의해 방출된 광자들이 더 깊숙이 피부에 침투하기 때문에, 광전 신호1은 더 많은 맥파 정보를 포함할 수 있다. 광전 신호1 및 광전 신호2는 각각 I1 및 I2로 표시된다.
이후 처리 모듈, 저장 모듈 및 출력 모듈의 기능들, 동작들 및 단계들은 실시예 1과 동일하다.
실시예 6
활력 신호 검출 장치는 실시예 1에서 기술한 것과 다른 검출 모듈을 포함할 수 있다. 검출 모듈은 도 18b에 도시된 구조를 가질 수 있고, 센서는 하나의 광 검출기와 동일한 발광 파장을 갖는 2개의 광원들을 포함할 수 있다. 광 검출기 및 2개의 광원들은 각각 피부에 인접하고, 이러한 3개의 구성요소들은 직선 위에 위치될 수 있거나, 또는 직선 위에 위치하지 않을 수 있고, 광원1 및 광원2는 광 검출기의 대향 측들 위에 위치한다. 광원1 및 광 검출기 사이의 거리는 비교적 크고, 광원2와 광 검출기 사이의 거리는 비교적 작다. 2개의 광원들 및 광 검출기가 동작할 때, 광원1 및 광원2는 광을 교대로 방출하고, 광 검출기는 2개의 광원들이 광을 방출할 때 반사 신호를 검출하여, 각각 광전 신호1 및 광전 신호2를 얻을 수 있다. 광 검출기와 광원1 사이의 거리가 비교적 크고, 광원1에 의해 방출된 광자들이 더 깊숙이 피부에 침투하기 때문에, 광전 신호1은 더 많은 맥파 정보를 포함할 수 있다. 광전 신호1 및 광전 신호2는 각각 I1 및 I2로 표시된다.
이후 처리 모듈, 저장 모듈 및 출력 모듈의 기능들, 동작들 및 단계들은 실시예 1과 동일하다.
실시예 7
활력 신호 검출 장치는 실시예 1에서 기술된 것과 다른 검출 모듈을 포함할 수 있다. 검출 모듈은 도 18c에 도시된 구조를 갖고, 센서는 하나의 광 검출기와 2개의 광원들을 포함할 수 있다. 광 검출기 및 2개의 광원들은 각각 피부 위의 일정 거리에 위치하고, 이러한 3개의 구성요소들은 직선 위에 위치될 수 있거나, 또는 직선 위에 위치하지 않을 수 있고, 광원1 및 광원2는 광 검출기의 동일한 측 위에 위치한다. 광원1 및 광 검출기 사이의 거리는 비교적 크고, 광원2와 광 검출기 사이의 거리는 비교적 작다. 2개의 광원들과 광 검출기가 동작할 때, 광원1 및 광원2는 광을 교대로 방출하고, 광 검출기는 2개의 광원들이 광을 방출할 때 반사된 신호를 검출하여, 각각 광전 신호1 및 광전 신호2를 얻을 수 있다. 광 검출기와 광원1 사이의 거리가 비교적 크고, 광원1에 의해 방출된 광자들이 더 깊숙이 피부에 침투하기 때문에, 광전 신호1은 더 많은 맥파 정보를 포함할 수 있다. 광전 신호1 및 광전 신호2는 각각 I1 및 I2로 표시된다.
이후 처리 모듈, 저장 모듈 및 출력 모듈의 기능들, 동작들 및 단계들은 실시예 1과 동일하다.
실시예 8
활력 신호 검출 장치는 실시예 1에서 기술된 것과 다른 검출 모듈을 포함할 수 있다. 검출 모듈은 도 18d에 도시된 구조를 갖고, 센서는 하나의 광 검출기 및 2개의 광원들을 포함할 수 있다. 광 검출기 및 2개의 광원들은 각각 피부 위의 일정 거리에 위치하고, 이러한 3개의 구성요소들는 직선 위에 위치될 수 있거나, 또는 직선 위에 위치하지 않을 수 있고, 광원1 및 광원2는 광 검출기의 대향 측들 상에 위치된다. 광원1 및 광 검출기 사이의 거리는 비교적 크고, 광원2와 광 검출기 사이의 거리는 비교적 작다. 2개의 광원들과 광 검출기가 동작할 때, 광원1 및 광원2는 광을 교대로 방출하고, 광 검출기는 2개의 광원들이 광을 방출할 때 반사된 신호를 검출하여, 각각 광전 신호1 및 광전 신호2를 얻을 수 있다. 광 검출기와 광원1 사이의 거리가 비교적 크고, 광원1에 의해 방출된 광자들이 더 깊숙이 피부에 침투하기 때문에, 광전 신호1은 더 많은 맥파 정보를 포함할 수 있다. 광전 신호1 및 광전 신호2는 각각 I1 및 I2로 표시된다.
이후 처리 모듈, 저장 모듈 및 출력 모듈의 기능들, 동작들 및 단계들은 실시예 1과 동일하다.
실시예 9
활력 신호 검출 장치는 실시예 1에서 기술된 것과 다른 검출 모듈을 포함할 수 있다. 검출 모듈은 도 18e에 도시된 구조를 갖고, 센서는 하나의 광 검출기 및 2개의 광원들을 포함할 수 있다. 광원1은 피부에 인접하고, 광원2 및 광 검출기는 피부 위의 일정 거리에 위치하고, 광원1 및 광원2는 광 검출기의 동일한 측 위에 위치한다. 광원1 및 광 검출기 사이의 수평 거리는 비교적 크고, 광원2와 광 검출기 사이의 수평 거리는 비교적 작다. 2개의 광원들과 광 검출기가 동작할 때, 광원1 및 광원2는 광을 교대로 방출하고, 광 검출기는 2개의 광원들이 광을 방출할 때 반사된 신호를 검출하여, 각각 광전 신호1 및 광전 신호2를 얻을 수 있다. 광 검출기와 광원1 사이의 거리가 비교적 크고, 광원1에 의해 방출된 광자들이 더 깊숙이 피부에 침투하기 때문에, 광전 신호1은 더 많은 맥파 정보를 포함할 수 있다. 광전 신호1 및 광전 신호2는 각각 I1 및 I2로 표시된다.
이후 처리 모듈, 저장 모듈 및 출력 모듈의 기능들, 동작들 및 단계들은 실시예 1과 동일하다.
실시예 10
활력 신호 검출 장치는 실시예 1에서 기술된 것과 다른 검출 모듈을 포함할 수 있다. 검출 모듈은 도 19a에 도시된 구조를 갖고, 센서는 2개의 광 검출기들 및 2개의 광원들을 포함할 수 있고, 2개의 광 검출기들 및 2개의 광원들은 각각 피부에 인접한다. 센서1은 광원1 및 광 검출기1을 포함하고, 센서2는 광원2와 광 검출기2를 포함한다. 광원1 및 광 검출기1 사이의 거리는 비교적 크고, 광원2 및 광 검출기2 사이의 거리는 비교적 작다. 2개의 광원들 및 2개의 광 검출기들이 동작할 때, 광원1 및 광원2는 동시에 광을 방출할 수 있거나, 광을 동시에 방출하지 않을 수 있고, 광 검출기1 및 광 검출기2는 광원1 및 광원2가 광을 방출할 때 반사된 신호를 검출하여, 각각 광전 신호1 및 광전 신호2를 얻는다. 광 검출기1과 광원 사이의 거리가 비교적 크고, 광 검출기1에 의해 검출된 광자들이 더 깊숙이 피부에 침투하기 때문에, 광전 신호1은 더 많은 맥파 정보를 포함할 수 있다. 광전 신호1 및 광전 신호2는 각각 I1 및 I2로 표시된다.
이후 처리 모듈, 저장 모듈 및 출력 모듈의 기능들, 동작들 및 단계들은 실시예 1과 동일하다.
실시예 11
활력 신호 검출 장치는 실시예 1에서 기술된 것과 다른 검출 모듈을 포함할 수 있다. 검출 모듈은 도 19b에 도시된 구조를 갖고, 여기에서 센서는 2개의 광 검출기들 및 2개의 광원들을 포함할 수 있고, 2개의 광 검출기들 및 2개의 광원들은 일정 거리만큼 피부 위에 위치한다. 센서1은 광원1 및 광 검출기1을 포함하고, 센서2는 광원2와 광 검출기2를 포함한다. 광원1 및 광 검출기1 사이의 거리는 비교적 크고, 광원2와 광 검출기2 사이의 거리는 비교적 작다. 2개의 광 검출기들 및 2개의 광원들이 동작할 때, 광원1 및 광원2는 동시에 광을 방출할 수 있거나, 광을 동시에 방출하지 않을 수 있고, 광 검출기1 및 광 검출기2는 광원1 및 광원2가 광을 방출할 때 반사된 신호들을 검출하여, 각각 광전 신호1 및 광전 신호2를 얻을 수 있다. 광 검출기와 광원1 사이의 거리가 비교적 크고, 광 검출기1에 의해 검출된 광자들이 더 깊숙이 피부에 침투하기 때문에, 광전 신호1은 더 많은 맥파 정보를 포함할 수 있다. 광전 신호1 및 광전 신호2는 각각 I1 및 I2로 표시된다.
이후 처리 모듈, 저장 모듈 및 출력 모듈의 기능들, 동작들 및 단계들은 실시예 1과 동일하다.
실시예 12
활력 신호 검출 장치는 실시예 1에서 기술된 것과 다른 검출 모듈을 포함할 수 있다. 검출 모듈은 도 20a에 도시된 구조를 가질 수 있고, 여기에서 센서는 2개의 광 검출기들, 하나의 광원 및 하나의 렌즈를 포함할 수 있다. 광 검출기1은 피부에 인접할 수 있고, 광원은 일정 거리만큼 피부 위에 위치하고, 렌즈는 광 검출기2와 피부 사이에 위치하고, 광 검출기1 및 광 검출기2는 광원의 동일한 측 위에 위치한다. 렌즈는, 광이 피부에 대해 일정 각도를 이루도록, 광 검출기2의 광 검출 방향을 변경할 수 있다. 광 검출기1과 광원 사이의 거리는 비교적 크고, 광 검출기2와 광원 사이의 거리는 비교적 작다. 2개의 광 검출기들 및 광원이 동작할 때, 광 검출기1 및 광 검출기2는 광원이 광을 방출할 때 동시에 반사된 신호들을 검출하여, 각각 광전 신호1 및 광전 신호2를 얻을 수 있다. 광 검출기1과 광원 사이의 거리가 비교적 크고, 광 검출기1에 의해 검출된 광자들이 더 깊숙이 피부에 침투하는 반면 광 검출기2에 의해 검출된 광은 렌즈로 인해 피부 내로 더 얕게 침투하기 때문에, 광전 신호1은 더 많은 맥파 정보를 포함할 수 있다. 광전 신호1 및 광전 신호2는 각각 I1 및 I2로 표시된다.
이후 처리 모듈, 저장 모듈 및 출력 모듈의 기능들, 동작들 및 단계들은 실시예 1과 동일하다.
실시예 13
활력 신호 검출 장치는 실시예 1에서 기술된 것과 다른 검출 모듈을 포함할 수 있다. 검출 모듈은 도 20b에 도시된 구조를 가질 수 있고, 여기에서 센서는 2개의 광 검출기들, 하나의 광원 및 하나의 렌즈를 포함할 수 있다. 광 검출기1은 피부에 인접할 수 있고, 광원은 일정 거리만큼 피부 위에 위치하고, 렌즈는 광 검출기2와 피부 사이에 위치하고, 광 검출기1 및 광 검출기2는 광원의 대향 측들 위에 위치한다. 렌즈는, 광이 피부에 대해 일정 각도를 이루도록, 광 검출기2에 의한 광을 수용하는 방향을 변경할 수 있다. 광 검출기1과 광원 사이의 거리는 비교적 크고, 광 검출기2와 광원 사이의 거리는 비교적 작다. 2개의 광 검출기들 및 광원이 동작할 때, 광 검출기1 및 광 검출기2는 광원이 광을 방출할 때 동시에 반사된 신호들을 검출하여, 각각 광전 신호1 및 광전 신호2를 얻을 수 있다. 광 검출기1과 광원 사이의 거리가 비교적 크고, 광 검출기1에 의해 검출된 광자들이 더 깊숙이 피부에 침투하는 반면 광 검출기2에 의해 검출된 광은 렌즈로 인해 피부 내로 더 얕게 침투하기 때문에, 광전 신호1은 더 많은 맥파 정보를 포함할 수 있다. 광전 신호1 및 광전 신호2는 각각 I1 및 I2로 표시된다.
이후 처리 모듈, 저장 모듈 및 출력 모듈의 기능들, 동작들 및 단계들은 실시예 1과 동일하다.
실시예 14
활력 신호 검출 장치는 실시예 1에서 기술된 것과 다른 검출 모듈을 포함할 수 있다. 검출 모듈은 도 20c에 도시된 구조를 가질 수 있고, 여기에서 센서는 하나의 광 검출기, 2개의 광원들 및 하나의 렌즈를 포함할 수 있다. 광원1은 피부에 인접할 수 있고, 광 검출기는 일정 거리만큼 피부 위에 위치하고, 렌즈는 광원2와 피부 사이에 위치하고, 광원1 및 광원2는 광 검출기의 대향 측들 위에 위치한다. 렌즈는, 광이 피부에 대해 일정 각도를 이루도록, 광원2의 광 방출 방향을 변경할 수 있다. 광원1 및 광 검출기 사이의 거리는 비교적 크고, 광원2와 광 검출기 사이의 거리는 비교적 작다. 2개의 광원들 및 광 검출기가 동작할 때, 광원1 및 광원2는 광을 교대로 방출할 수 있고, 광 검출기는 광원이 광을 방출할 때 반사된 신호들을 검출하여, 각각 광전 신호1 및 광전 신호2를 얻을 수 있다. 광원1 및 광 검출기 사이의 거리가 비교적 크고, 광원1에 의해 방출된 광자들이 더 깊숙이 피부에 침투하는 반면 광원2에 의해 방출된 광이 렌즈로 인해 피부 내로 더 얕게 침투하기 때문에, 광전 신호1은 더 많은 맥파 정보를 포함할 수 있다. 광전 신호1 및 광전 신호2는 각각 I1 및 I2로 표시된다.
이후 처리 모듈, 저장 모듈 및 출력 모듈의 기능들, 동작들 및 단계들은 실시예 1과 동일하다.
실시예 15
활력 신호 검출 장치는 실시예 1에서 기술된 것과 다른 검출 모듈을 포함할 수 있다. 검출 모듈은 도 21a에 도시된 구조를 가질 수 있고, 여기에서 센서는 2개의 광원들, 2개의 광 검출기들 및 하나의 렌즈를 포함할 수 있다. 센서1은 광원1 및 광 검출기1을 포함하고, 센서2는 광원2 및 광 검출기2를 포함한다. 광 검출기1 및 광원1은 피부에 인접할 수 있고, 광원2는 일정 거리만큼 피부 위에 위치하고, 렌즈는 광 검출기2와 피부 사이에 위치하고, 광원1 및 광원2는 2개의 검출기들 사이에 위치한다. 렌즈는 광이 피부에 대해 일정 각도를 이루도록 광 검출기2의 광 검출 방향을 변경할 수 있다. 광 검출기1과 광원1 사이의 거리는 비교적 크고, 광 검출기2와 광원2 사이의 거리는 비교적 작다. 2개의 광 검출기들 및 2개의 광원들이 동작할 때, 광원1 및 광원2는 동시에 광을 방출할 수 있거나, 동시에 광을 방출하지 않을 수 있고, 광 검출기1 및 광 검출기2는 광원1 및 광원2가 광을 방출할 때 반사된 신호들을 검출하여, 각각 광전 신호1 및 광전 신호2를 얻을 수 있다. 광 검출기1과 광원1 사이의 거리가 비교적 크고, 광 검출기1에 의해 검출된 광자들이 더 깊숙이 피부에 침투하는 반면 광 검출기2에 의해 검출된 광이 렌즈로 인해 피부 내로 더 얕게 침투하기 때문에, 광전 신호1은 더 많은 맥파 정보를 포함할 수 있다. 광전 신호1 및 광전 신호2는 각각 I1 및 I2로 표시된다.
이후 처리 모듈, 저장 모듈 및 출력 모듈의 기능들, 동작들 및 단계들은 실시예 1과 동일하다.
실시예 16
활력 신호 검출 장치는 실시예 1에서 기술된 것과 다른 검출 모듈을 포함할 수 있다. 검출 모듈은 도 21b에 도시된 구조를 가질 수 있고, 여기에서 센서는 2개의 광원들, 2개의 광 검출기들 및 하나의 렌즈를 포함할 수 있다. 센서1은 광원1 및 광 검출기1을 포함하고, 센서2는 광원2 및 광 검출기2를 포함한다. 광 검출기1 및 광원1은 피부에 인접할 수 있고, 광 검출기2는 일정 거리만큼 피부 위에 위치하고, 렌즈는 광원2와 피부 사이에 위치하고, 광원1 및 광원2는 2개의 검출기들 사이에 위치한다. 렌즈는 광이 피부에 대해 일정 각도를 이루도록 광원2의 광 방출 방향을 변경할 수 있다. 광 검출기1과 광원1 사이의 거리는 비교적 크고, 광 검출기2와 광원2 사이의 거리는 비교적 작다. 2개의 광 검출기들 및 2개의 광원들이 동작할 때, 광원들 및 광 검출기들의 동작 조건들은 제 15 실시예와 동일하다.
이후, 처리 모듈, 저장 모듈 및 출력 모듈의 기능들, 동작들 및 단계들은 실시예 1과 동일하다.
실시예 17
활력 신호 검출 장치는 실시예 1에서 기술된 것과 다른 검출 모듈을 포함할 수 있다. 검출 모듈은 도 21c에 도시된 구조를 가질 수 있고, 여기에서 센서는 2개의 광원들, 2개의 광 검출기들 및 2개의 렌즈들을 포함할 수 있다. 센서1은 광원1 및 광 검출기1을 포함하고, 센서2는 광원2 및 광 검출기2를 포함한다. 광 검출기1 및 광원1은 피부에 인접할 수 있고, 렌즈1은 광원2와 피부 사이에 위치하고, 렌즈2는 광 검출기2와 피부 사이에 위치하고, 광원1 및 광원2는 2개의 검출기들 사이에 위치한다. 광이 피부에 대해 일정 각도를 이루도록, 렌즈1은 광원2의 광 방출 방향을 변경할 수 있고, 렌즈2는 광 검출기2에 의해 검출된 반사된 신호의 방향을 변경할 수 있다. 광 검출기1과 광원1 사이의 거리는 비교적 크고, 광 검출기2와 광원2 사이의 거리는 비교적 작다. 2개의 광 검출기들 및 2개의 광원들이 동작할 때, 광원들 및 광 검출기들의 동작 조건들은 제 15 실시예와 동일하다.
이후, 처리 모듈, 저장 모듈 및 출력 모듈의 기능들, 동작들 및 단계들은 실시예 1과 동일하다.
실시예 18
활력 신호 검출 장치는 실시예 1에서 기술된 것과 다른 검출 모듈을 포함할 수 있다. 검출 모듈은 도 22a에 도시된 구조를 가질 수 있고, 센서는 하나의 광원, 2개의 광 검출기들 및 3개의 편광자들을 포함할 수 있다. 여기서의 편광자는 또한 편광판 또는 편광 필름으로 불리며, 통상의 빔을 편광 빔으로 변화시킬 수 있는 광학 요소이다. 당업자들에게, 빔 자체가 편광된 특성들을 갖는다면 편광자는 필요하지 않을 수 있다. 예를 들어, 레이저에 의해 방출된 빔은 이미 편광 특성들을 갖기 때문에, 편광자는 필요하지 않을 수 있다. 특정의 광학 회전을 갖는 편광자 및 구성요소는 또한 광원의 편광 특성을 조절하는데 사용될 수 있고, 광학 회전을 갖는 편광자 또는 구성요소의 사용은 여전히 상술한 보호 범위 내에 있다. 광원과 광 검출기들은 피부로부터 일정 거리에 있고, 2개의 검출기들 사이의 거리는 매우 짧을 수 있다. 편광자1 및 편광자3의 편광 방향은 편광자2의 편광 방향과 실질적으로 동일하고 수직이다. 센서가 동작할 때, 광 검출기1 및 광 검출기2는 광원이 광을 방출할 때 반사된 신호들을 검출하여, 각각 광전 신호1 및 광전 신호2를 얻을 수 있다. 편광자1 및 편광자3의 편광 방향들이 동일하기 때문에, 광 검출기1에 의해 검출된 광전 신호1은 표면 반사된 광의 평행 성분과 다중의 후방-산란된 광의 평행 성분을 포함할 수 있다. 편광자2의 편광 방향은 편광자3의 편광 방향과 수직이기 때문에, 광 검출기2에 의해 검출된 광전 신호2는 표면 반사된 광을 포함하지 않을 수 있지만, 다중 후방-산란된 광의 수직 성분을 포함할 수 있다. 광전 신호1이 I1으로 표시되고, 광전 신호2가 I2로 표시되고, 표면 반사된 광이 IR로 표시되고, 다중 후방-산란된 광이 IB로 표시되고, 첨자 ∥와 ⊥가 평행 성분과 수직 성분을 각각 나타낼 때,
I1 = I1R∥ + I1B∥,
I2 = I2B⊥;
표면 반사된 광은 오로지 평행 성분만을 갖고, 따라서
IR = I1R∥;
편광자2를 통과하기 전의 피부 다중 후방-산란된 광은 IB로 정의되고, 후방-산란된 광은 어떠한 편광 특성도 갖지 않고, 따라서
IB = 2I2B⊥.
광 검출기1 및 광 검출기2가 상이한 위치에 있기 때문에, 편광자1에 도달하는 다중 후방-산란된 광의 강도 및 편광자2에 도달하는 다중 후방-산란된 광의 강도는 약간 상이하다.
I1B∥ = I2B⊥ + ΔB일 때,
표면 반사돤 광 및 다중 후방-산란된 광은 다음의 2개의 수식들에 의해 개별적으로 계산될 수 있다:
IR = I1 - I2 - ΔB 및
IB = 2I2.
Is = 2I2 및
Ir = I1 - I2일 때,
Is는 오로지 다중 후방-산란된 광만을 포함할 수 있고, Ir은 표면 반사된 광 및 매우 적은 양의 다중 후방-산란된 광을 포함할 수 있다. Is는 동작 방해 신호 및 심박 신호를 포함할 수 있고, Ir은 기본적으로 오로지 동작 방해 신호만을 포함할 수 있다. Is 및 Ir은 입력 신호들 S1 및 S2로서 개별적으로 사용되고, 동작 결함들은 도 8의 적응형 잡음 제거 알고리즘 및 유사한 알고리즘에 의해 제거된다.
실시예 19
활력 신호 검출 장치는 실시예 1에서 기술된 것과 다른 검출 모듈을 포함할 수 있다. 검출 모듈은 도 22b에 도시된 구조를 가질 수 있고, 센서는 하나의 광원, 2개의 광 검출기들 및 3개의 편광자들을 포함할 수 있다. 본 명세서에 기술된 편광자는 편광판 또는 편광 필름일 수 있고, 통상의 빔을 편광 빔으로 변화시킬 수 있는 광학 요소이다. 당업자들에게, 빔 자체가 편광된 특성들을 갖는다면 편광자는 필요하지 않을 수 있다. 예를 들어, 레이저에 의해 방출된 빔은 이미 편광 특성들을 가지므로, 편광자는 필요하지 않을 수 있다. 특정 광학 회전을 갖는 편광자 및 구성요소는 또한 광원의 편광 특성을 조절하는데 사용될 수 있고, 광학 회전을 갖는 편광자 또는 구성요소의 사용은 여전히 상술한 보호 범위 내에 있다. 광원 및 광 검출기들은 피부 표면에 인접할 수 있고, 2개의 검출기들 사이의 거리는 비교적 작다. 편광자1 및 편광자3의 편광 방향들은 편광자2의 편광 방향과 실질적으로 동일하고 수직이다. 센서가 동작할 때, 광 검출기1 및 광 검출기2는 광원이 광을 방출할 때 반사된 신호들을 검출하여, 각각 광전 신호1 및 광전 신호2를 얻을 수 있다. 편광자1 및 편광자3의 편광 방향들이 동일하기 때문에, 광 검출기1에 의해 검출된 광전 신호1은 덜 후방-산란된 광의 평행 성분 및 다중 후방-산란된 광의 평행 성분을 포함할 수 있다. 편광자2의 편광 방향이 편광자3의 편광 방향과 수직이기 때문에, 광 검출기2에 의해 검출된 광전 신호2는 덜 후방-산란된 광을 포함하지 않을 수 있고, 오히려 다중 후방-산란된 광의 수직 성분만을 포함할 수 있다. 광전 신호1이 I1으로 표시되고, 광전 신호2가 I2로 표시되고, 덜 후방-산란된 광이 IBR로 표시되고, 다중 후방-산란된 광이 IB로 표시되고, 첨자 ∥와 ⊥가 평행 성분과 수직 성분을 각각 나타낼 때,
I1 = I1BR + I1B,
I2 = I2B⊥;
오로지 광전 신호1이 덜 후방-산란된 광을 포함할 수 있고, 따라서
IBR = I1BR;
편광자2를 통과하는 다중 후방-산란된 광은 IB로 정의되고, 후방-산란된 광은 어떠한 편광 특성도 갖지 않고, 따라서
IB = 2I2B⊥.
광 검출기1 및 광 검출기2가 상이한 위치들에 있기 때문에, 편광자1에 도달하는 후방-산란된 광의 강도 및 편광자2에 도달하는 후방-산란된 광의 강도는 약간 상이하다.
I1B = 2I2B⊥ + ΔB일 때,
덜 후방-산란된 광 및 다중 후방-산란된 광은 다음의 2개 수식들에 의해 개별적으로 계산될 수 있다:
IRR = I1 - 2I2 - ΔB 및
IB = 2I2.
Is = 2I2 및
Ir = I1 - 2I2일 때,
Is는 오로지 다중 후방-산란된 광만을 포함할 수 있고, Ir은 덜 후방-산란된 광 및 매우 적은 양의 다중 후방-산란된 광을 포함할 수 있다. Is는 동작 방해 신호 및 심박 신호를 포함할 수 있고, Ir은 기본적으로 오로지 동작 방해 신호만을 포함할 수 있다.
처리 모듈은 Is 및 Ir을 입력 신호들로서 사용할 수 있고, 적응형 잡음 제거 알고리즘에 의해 동작 결함들을 제거할 수 있다. 이후 처리 모듈, 저장 모듈 및 출력 모듈의 기능들, 동작들 및 단계들은 실시예 1과 동일하다.
실시예 20
활력 신호 검출 장치는 실시예 1에서 기술된 것과 다른 검출 모듈을 포함할 수 있다. 검출 모듈은 도 22c에 도시된 구조를 가질 수 있고, 센서는 하나의 광원, 2개의 광 검출기들 및 2개의 편광자들을 포함할 수 있다. 편광자2는 통상의 광원을 통해 편광된 광을 발생시키는데 사용된다. 레이저가 광원(예: 레이저 다이오드)으로 사용된다면, 레이저는 이미 편광 특성들을 가지므로, 이 경우 편광자2는 필요하지 않을 수 있다. 광원과 광 검출기들은 피부로부터 일정 거리에 있고, 2개의 검출기들 사이의 거리는 매우 짧을 수 있다. 편광자1의 편광 방향은 편광자2의 편광 방향에 수직이다. 센서가 동작할 때, 광 검출기1 및 광 검출기2는 광원이 광을 방출할 때 반사된 신호를 검출하여, 각각 광전 신호1 및 광전 신호2를 얻을 수 있다. 광 검출기1의 아래에 어떠한 편광자도 존재하지 않기 때문에, 광 검출기1에 의해 검출된 광전 신호1은 표면 반사된 광 및 다중 후방-산란된 광을 포함할 수 있다. 편광자1의 편광 방향이 편광자2의 편광 방향에 수직이기 때문에, 센서2에 의해 검출된 광전 신호2는 표면 반사된 광을 포함하지 않을 수 있고, 오히려 다중 후방-산란된 광의 수직 성분만을 포함할 수 있다. 광전 신호1이 I1으로 표시되고, 광전 신호2가 I2로 표시되고, 표면 반사된 광이 IR로 표시되고, 다중 후방-산란된 광이 IB로 표시되고, 첨자 ∥와 ⊥가 평행 성분과 수직 성분을 각각 나타낼 때,
I1 = I1R + I1B,
I2 = I2B⊥;
오로지 광전 신호1이 표면 반사된 광을 포함할 수 있고, 따라서
IR = I1R;
편광자2를 통과하기 전의 피부의 다중 후방-산란된 광은 IB로 정의되고, 다중 후방-산란된 광은 어떠한 편광 특성도 갖지 않고, 따라서
IB = 2I2B⊥.
광 검출기1 및 광 검출기2가 상이한 위치들에 있기 때문에, 편광자1에 도달하는 다중 후방-산란된 광의 강도 및 편광자2에 도달하는 다중 후방-산란된 광의 강도는 약간 상이하다.
I1B = 2I2B⊥ + ΔB일 때,
표면 반사된 광 및 다중 후방-산란된 광은 다음의 2개 수식들에 의해 개별적으로 계산될 수 있다:
IR = I1 - 2I2 - ΔB 및
IB = 2I2.
Is = 2I2 및
Ir = I1 - 2I2일 때,
Is는 오로지 다중 후방-산란된 광만을 포함할 수 있고, Ir은 표면 반사된 광 및 매우 적은 양의 다중 후방-산란된 광을 포함할 수 있다. Is는 동작 방해 신호 및 심박 신호를 포함할 수 있고, Ir은 기본적으로 오로지 동작 방해 신호만을 포함할 수 있다.
처리 모듈은 Is 및 Ir을 입력 신호들로서 사용할 수 있고, 적응형 잡음 제거 알고리즘에 의해 동작 결함들을 제거할 수 있다. 이후 처리 모듈, 저장 모듈 및 출력 모듈의 기능들, 동작들 및 단계들은 실시예 1과 동일하다.
실시예 21
활력 신호 검출 장치는 실시예 1에서 기술된 것과 다른 검출 모듈을 포함할 수 있다. 검출 모듈은 도 22d에 도시된 구조를 가질 수 있고, 센서는 하나의 광원, 2개의 광 검출기들 및 2개의 편광자들(즉, 편광자1 및 편광자2)를 포함할 수 있다. 편광자2는 통상의 광원을 통해 편광된 광을 발생시키는데 사용된다. 레이저가 광원(예: 레이저 다이오드)으로 사용된다면, 레이저는 이미 편광 특성들을 갖고, 이 경우 편광자2는 필요하지 않을 수 있다. 광원은 피부 표면에 인접할 수 있고, 2개의 광 검출기들은 피부 표면에 인접할 수 있거나, 피부로부터 일정 거리에 있을 수 있고, 2개의 검출기들 사이의 거리는 매우 짧을 수 있다. 편광자1의 편광 방향은 편광자2의 편광 방향에 수직이다. 센서가 동작할 때, 광 검출기1 및 광 검출기2는 광원이 광을 방출할 때 반사된 신호들을 검출하여, 각각 광전 신호1 및 광전 신호2를 얻을 수 있다. 광 검출기1의 아래에 편광자가 존재하지 않기 때문에, 광 검출기1에 의해 검출된 광전 신호1은 덜 후방-산란된 광 및 다중 후방-산란된 광을 포함할 수 있다. 또한, 편광자1의 편광 방향이 편광자2의 편광 방향에 수직이기 때문에, 센서2에 의해 검출된 광전 신호2는 덜 후방-산란된 광을 포함하지 않을 수 있고, 오히려 다중 후방-산란된 광의 수직 성분만을 포함한다. 광전 신호1이 I1로 표시되고, 광전 신호2가 I2로 표시되고, 덜 후방-산란된 광이 IBR로 표시되고, 다중 후방-산란된 광이 IB로 표시되고, 첨자 ∥와 ⊥가 평행 성분과 수직 성분을 각각 나타낼 때,
I1 = I1BR + I1B,
I2 = I2B⊥;
오로지 광전 신호1이 표면 반사된 광을 포함할 수 있고, 따라서
IBR = I1BR;
편광자2를 통과하기 전의 피부의 다중 후방-산란된 광은 IB로 정의되고, 다중 후방-산란된 광은 어떠한 편광 특성들도 갖지 않고, 따라서
IB = 2I2B⊥.
광 검출기1 및 광 검출기2가 상이한 위치들에 있기 때문에, 편광자1에 도달하는 다중 후방-산란된 광의 강도 및 편광자2에 도달하는 다중 후방-산란된 광의 강도는 약간 상이하다.
I1B = 2I2B⊥ + ΔB일 때,
덜 후방-산란된 광 및 다중 후방-산란된 광은 다음의 2개 수식들에 의해 개별적으로 계산될 수 있다:
IRR = I1 - 2I2 - ΔB 및
IB = 2I2.
Is = 2I2 및
Ir = I1 - 2I2일 때,
Is는 오로지 다중 후방-산란된 광만을 포함할 수 있고, Ir은 덜 후방-산란된 광 및 매우 적은 양의 다중 후방-산란된 광을 포함할 수 있다. Is는 동작 방해 신호 및 심박 신호를 포함할 수 있고, Ir은 기본적으로 오로지 동작 방해 신호만을 포함할 수 있다.
처리 모듈은 Is 및 Ir을 입력 신호들로서 사용할 수 있고, 적응형 잡음 제거 알고리즘에 의해 동작 결함들을 제거할 수 있다. 이후 처리 모듈, 저장 모듈 및 출력 모듈의 기능들, 동작들 및 단계들은 실시예 1과 동일하다.
실시예 22
활력 신호 검출 장치는 실시예 1에서 기술된 것과 다른 검출 모듈을 포함할 수 있다. 검출 모듈은 도 22e에 도시된 구조를 가질 수 있고, 센서는 선형으로 편광된 광을 생성할 수 있는 2개의 광원들, 및 상이한 편광 특성들을 갖는 광을 검출할 수 있는 하나의 광 검출기를 포함할 수 있다. 광원들과 광 검출기는 피부로부터 일정한 거리에 있고, 2개 검출기들 사이의 거리는 매우 짧을 수 있다. 센서가 동작할 때, 광원1 및 광원2가 교대로 광을 방출하고, 광 검출기는 광원1 및 광원2가 광을 방출할 때 반사 신호들을 검출하여, 각각 광전 신호1 및 광전 신호2를 얻을 수 있다. 표면 반사된 광이 선형으로 편광된 광이고, 반면에 다중의 후방-산란된 광이 편광되지 않은 광이기 때문에, 광전 신호1 및 광전 신호2에 포함되는 표면 반사된 광 성분 및 다중의 후방-산란된 광 성분은 다른 특성들을 가질 수 있고, 표면 반사된 광 및 다중의 후방-산란된 광의 강도 값들은 그 특성들에 따라 개별적으로 계산될 수 있다.
처리 모듈은 피부 표면의 반사된 광 및 후방-산란된 광을 입력 신호들로 사용할 수 있고, 적응형 필터링 알고리즘에 의해 동작 결함을 제거할 수 있다. 이후 저장 모듈 및 출력 모듈의 기능들, 동작들 및 단계들은 실시예 1과 동일하다.
실시예 23
활력 신호 검출 장치는 실시예 1에서 기술된 것과 다른 검출 모듈을 포함할 수 있다. 검출 모듈은 도 22f에 도시된 구조를 가질 수 있고, 센서는 하나의 광 검출기, 2개의 광원들 및 3개의 편광자들을 포함할 수 있다. 편광자2 및 3은 정상 광원을 통해 편광된 광을 발생시키는데 사용된다. 레이저가 광원(예: 레이저 다이오드)으로 사용된다면, 레이저는 이미 편광 특성들을 갖고, 이 경우 편광자2 및 3은 필요하지 않을 수 있다. 광원들과 광 검출기는 피부로 부터 일정 거리에 있고, 2개 광원들 사이의 거리는 매우 짧을 수 있다. 편광자1 및 편광자3의 편광 방향들은 동일하고, 편광자2의 편광 방향에 수직이다. 센서가 동작할 때, 광원1 및 광원2는 교대로 광을 방출할 수 있고, 광 검출기는 광원1 및 광원2가 광을 방출할 때 반사 신호들을 검출하여, 각각 광전 신호1 및 광전 신호2를 얻을 수 있다. 편광자1 및 편광자3의 편광 방향들이 동일하기 때문에, 광원1이 광을 방출할 때 광 검출기에 의해 검출된 광전 신호1은 표면 반사된 광의 평행 성분 및 다중 후방-산란된 광의 평행 성분을 포함할 수 있다. 편광자2의 편광 방향이 편광자3의 편광 방향에 수직이기 때문에, 광원2가 광을 방출할 때 광 검출기에 의해 검출된 광전 신호2는 표면 반사된 광을 포함하지 않을 수 있고, 오히려 오로지 다중 후방-산란된 광의 수직 성분만을 포함할 수 있다. 광원1 및 광원2에 의해 방출된 광의 밝기가 동일할 때, 이들이 광을 방출하는 경우 생성된 다중 후방-산란된 광은, 이들 사이의 거리가 매우 짧기 때문에, 동일하다. 광전 신호1이 I1로 표시되고, 광전 신호2가 I2로 표시되고, 표면 반사된 광이 IR로 표시되고, 다중 후방-산란된 광이 IB로 표시되고, 첨자 ∥와 ⊥가 평행 성분과 수직 성분을 각각 나타낼 때,
I1 = I1R∥ + I1B∥,
I2 = I2B⊥;
표면 반사된 광은 오로지 평행 성분만을 갖고, 따라서
IR = I1R∥;
광원2가 광을 방출할 때 편광자를 통과하기 이전에 피부의 다중 후방-산란된 광은 IB로 정의되고, 다중 후방-산란된 광은 어떠한 편광 특성들도 갖지 않고, 따라서
IB = 2I2B⊥.
광원1 및 광원2가 상이한 위치들에 있기 때문에, 광원1이 광을 방출할 때 편광자에 도달하는 다중 후방-산란된 광의 강도는 광원2가 광을 방출할 때의 강도와 약간 상이하다.
I1B∥ = I2B⊥ + ΔB일 때,
표면 반사된 광 및 다중 후방-산란된 광은 다음의 2개의 수식들에 의해 개별적으로 계산될 수 있다:
IR = I1 - I2 - ΔB 및
IB = 2I2.
Is = 2I2 및
Ir = I1 - I2일 때,
Is는 오로지 다중 후방-산란된 광만을 포함할 수 있고, Ir은 표면 반사된 광 및 매우 적은 양의 다중 후방-산란된 광을 포함할 수 있다. Is는 동작 방해 신호 및 심박 신호를 포함할 수 있고, Ir은 기본적으로 오로지 동작 방해 신호만을 포함할 수 있다.
이후 처리 모듈, 저장 모듈 및 출력 모듈의 기능들, 동작들 및 단계들은 제 18 실시예의 것들과 동일하다.
실시예 24
활력 신호 검출 장치는 실시예 1에서 기술된 것과 다른 검출 모듈을 포함할 수 있다. 검출 모듈은 도 22g에 도시된 구조를 가질 수 있고, 센서는 하나의 광 검출기, 2개의 광원들 및 3개의 편광자들를 포함할 수 있다. 편광자2 및 3은 정상 광원을 통해 편광된 광을 발생시키는데 사용된다. 레이저가 광원(예: 레이저 다이오드)으로 사용된다면, 레이저는 이미 편광 특성들을 갖고, 이 경우 편광자2 및 3은 필요하지 않을 수 있다. 광원들은 피부 표면에 인접할 수 있고, 광 검출기는 피부로부터 일정 거리에 있을 수 있거나, 또는 피부 표면에 인접할 수 있고, 2개의 광원들 사이의 거리는 매우 짧을 수 있다. 편광자1 및 편광자3의 편광 방향들은 동일하고, 편광자2의 편광 방향에 수직이다. 센서가 동작할 때, 광원1 및 광원2는 교대로 광을 방출할 수 있고, 광 검출기는 광원1 및 광원2가 광을 방출할 때 반사된 신호들을 검출하여, 각각 광전 신호1 및 광전 신호2를 얻을 수 있다. 편광자1 및 편광자3의 편광 방향들이 동일하기 때문에, 광원1이 광을 방출할 때 광 검출기에 의해 검출된 광전 신호1은 덜 후방-산란된 광의 평행 성분 및 다중 후방-산란된 광의 평행 성분을 포함할 수 있다. 편광자2의 편광 방향이 편광자3의 편광 방향에 수직이기 때문에, 광원2가 광을 방출할 때 광 검출기에 의해 검출된 광전 신호2는 덜 후방-산란된 광을 포함하지 않을 수 있고, 오히려 오로지 다중 후방-산란된 광의 수직 성분만을 포함할 수 있다. 광원1 및 광원2에 의해 방출된 광의 밝기가 동일할 때, 이들이 광을 방출할 때 생성된 다중 후방-산란된 광은, 이들 사이의 거리가 매우 짧기 때문에, 동일하다. 광전 신호1이 I1로 표시되고, 광전 신호2가 I2로 표시되고, 덜 후방-산란된 광이 IBR로 표시되고, 다중 후방-산란된 광이 IB로 표시되고, 첨자 ∥와 ⊥가 평행 성분과 수직 성분을 각각 나타낼 때,
I1 = I1BR∥ + I1B∥,
I2 = I2B⊥;
덜 후방-산란된 광은 오로지 평행 성분만을 갖고, 따라서
IBR = I1BR∥;
광원2가 광을 방출할 때 편광자를 통과하기 이전에 피부의 다중 후방-산란된 광은 IB로 정의되고, 다중 후방-산란된 광은 어떠한 편광 특성들도 갖지 않고, 따라서
IB = 2I2B⊥.
광원1 및 광원2가 상이한 위치들에 있기 때문에, 광원1이 광을 방출할 때 편광자에 도달하는 다중 후방-산란된 광의 강도는 광원2가 광을 방출할 때의 강도와 약간 상이하다.
I1B∥ = I2B⊥ + ΔB일 때,
덜 후방-산란된 광 및 다중 후방-산란된 광은 다음의 2개의 수식들에 의해 개별적으로 계산될 수 있다:
IBR = I1 - I2 - ΔB 및
IB = 2I2.
Is = 2I2 및
Ir = I1 - I2일 때,
Is는 오로지 다중 후방-산란된 광만을 포함할 수 있고, Ir은 덜 후방-산란된 광 및 매우 적은 양의 다중 후방-산란된 광을 포함할 수 있다. Is는 동작 방해 신호 및 심박 신호를 포함할 수 있고, Ir은 기본적으로 오로지 동작 방해 신호만을 포함할 수 있다.
처리 모듈은 Is 및 Ir을 입력 신호들로 사용할 수 있고, 적응형 잡음 제거 알고리즘에 의해 동작 결함들을 제거할 수 있다. 이후 처리 모듈, 저장 모듈 및 출력 모듈의 기능들, 동작들 및 단계들은 제 18 실시예의 것들과 동일하다.
실시예 25
활력 신호 검출 장치는 실시예 1에서 기술된 것과 다른 검출 모듈을 포함할 수 있다. 검출 모듈은 도 22h에 도시된 구조를 가질 수 있고, 센서는 하나의 광 검출기, 2개의 광원들 및 2개의 편광자들을 포함할 수 있다. 편광자2는 통상의 광원을 통해 편광된 광을 발생시키는데 사용된다. 레이저가 광원(예: 레이저 다이오드)으로 사용된다면, 레이저는 이미 편광 특성들을 갖고, 이 경우 편광자2는 필요하지 않을 수 있다. 광원들 및 광 검출기들은 피부로부터 일정 거리에 있고, 이러한 2개의 광원들 사이의 거리는 매우 짧을 수 있다. 편광자1의 편광 방향은 편광자2의 편광 방향에 수직이다. 센서가 동작할 때, 광원1 및 광원2는 교대로 광을 방출할 수 있고, 광 검출기는 광원1 및 광원2가 광을 방출할 때 반사된 신호들을 검출하여, 각각 광전 신호1 및 광전 신호2를 얻을 수 있다. 광원1 아래에 편광자가 존재하지 않기 때문에, 광원1이 광을 방출할 때 광 검출기에 의해 검출된 광전 신호1은 표면 반사된 광의 평행 성분 및 다중 후방-산란된 광의 평행 성분을 포함할 수 있다. 편광자1의 편광 방향이 편광자2의 편광 방향에 수직이기 때문에, 광원2가 광을 방출할 때 광 검출기에 의해 검출된 광전 신호2는 표면 반사된 광을 포함하지 않을 수 있고, 오히려 오로지 다중 후방-산란된 광의 수직 성분만을 포함한다. 광원1에 의해 방출된 광의 밝기가 광원2에 의해 방출된 광의 밝기와 동일하고, 편광자2를 통과할 때, 이들이 광을 방출할 때 생성된 다중의 후방-산란된 광은 이들 사이의 거리가 매우 짧기 때문에 동일하다. 광전 신호1이 I1로 표시되고, 광전 신호2가 I2로 표시되고, 표면 반사된 광이 IR로 표시되고, 다중 후방-산란된 광이 IB로 표시되고, 첨자 ∥와 ⊥가 평행 성분과 수직 성분을 각각 나타낼 때,
I1 = I1R∥ + I1B∥,
I2 = I2B⊥;
광전 신호1은 표면 반사된 광을 포함할 수 있고, 따라서
IBR = 2I1R∥;
광원2가 광을 방출할 때 편광자를 통과하기 이전에 피부의 다중 후방-산란된 광은 IB로 정의되고, 다중 후방-산란된 광은 어떠한 편광 특성들도 갖지 않고, 따라서
IB = 2I2B⊥.
광원1 및 광원2가 상이한 위치들에 있기 때문에, 광원1이 광을 방출할 때 편광자에 도달하는 다중 후방-산란된 광의 강도는 광원2가 광을 방출할 때의 강도와 약간 상이하다.
I1B∥ = I2B⊥ + ΔB일 때,
표면 반산된 광 및 다중 후방-산란된 광은 다음의 2개의 수식들에 의해 개별적으로 계산될 수 있다:
IR = 2(I1 - I2 - ΔB) 및
IB = 2I2.
Is = 2I2 및
Ir = 2(I1 - I2)일 때,
Is는 오로지 다중 후방-산란된 광만을 포함할 수 있고, Ir은 표면적인 산란된 광 및 매우 적은 양의 다중 후방-산란된 광을 포함할 수 있다. Is는 동작 방해 신호 및 심박 신호를 포함할 수 있고, Ir은 기본적으로 오로지 동작 방해 신호만을 포함할 수 있다.
이후 처리 모듈, 저장 모듈 및 출력 모듈의 기능들, 동작들 및 단계들은 제 18 실시예의 것들과 동일하다.
실시예 26
활력 신호 검출 장치는 실시예 1에서 기술된 것과 다른 검출 모듈을 포함할 수 있다. 검출 모듈은 도 22i에 도시된 구조를 가질 수 있고, 이 구조에서 센서는 하나의 광 검출기, 2개의 광원들 및 2개의 편광자들을 포함할 수 있다. 편광자2는 통상의 광원을 통해 편광된 광을 발생시키는데 사용된다. 레이저가 광원(레이저 다이오드와 같은)으로 사용된다면, 레이저는 이미 편광 특성들을 갖고, 이 경우 편광자2는 필요하지 않을 수 있다. 광원들은 피부 표면에 인접할 수 있고, 광 검출기는 피부로부터 일정 거리에 있을 수 있거나, 또는 피부 표면에 인접할 수 있고, 2개의 광원들 사이의 거리는 매우 짧을 수 있다. 편광자1의 편광 방향은 편광자2의 편광 방향에 수직이다. 센서가 동작할 때, 광원1 및 광원2는 교대로 광을 방출할 수 있고, 광 검출기는 광원1 및 광원2가 광을 방출할 때 반사된 신호들을 검출하여, 각각 광전 신호1 및 광전 신호2를 얻을 수 있다. 광원1의 아래에 편광자가 존재하지 않기 때문에, 광원1이 광을 방출할 때 광 검출기에 의해 검출된 광전 신호1은 덜 후방-산란된 광의 평행 성분 및 후방-산란된 광의 평행 성분을 포함할 수 있다. 편광자1의 편광 방향이 편광자2의 편광 방향에 수직이기 때문에, 광원2가 광을 발출할 때 광 검출기에 의해 검출된 광전 신호2는 덜 후방-산란된 광을 포함하지 않을 수 있고, 오히려 오로지 다중 후방-산란된 광의 수직 성분만을 포함할 수 있다. 광원1에 의해 방출된 광의 밝기가 광원2에 의해 방출된 광의 밝기와 동일하고 편광자2를 통과할 때, 이들이 광을 방출할 때 생성된 다중 후방-산란된 광은 이들 사이의 거리가 매우 짧기 때문에, 동일하다. 광전 신호1이 I1로 표시되고, 광전 신호2가 I2로 표시되고, 덜 후방-산란된 광이 IBR로 표시되고, 다중 후방-산란된 광이 IB로 표시되고, 첨자 ∥와 ⊥가 평행 성분과 수직 성분을 각각 나타낼 때,
I1 = I1BR∥ + I1B∥,
I2 = I2B⊥;
광전 신호1은 덜 후방-산란된 광을 포함할 수 있고, 따라서
IBR = 2I1BR∥;
광원2가 광을 방출할 때 편광자를 통과하기 이전에 피부의 다중 후방-산란된 광은 IB로 정의되고, 다중 후방-산란된 광은 어떠한 편광 특성들도 갖지 않기 때문에, 따라서
IB = 2I2B⊥.
광원1 및 광원2가 상이한 위치들에 있기 때문에, 광원1이 광을 방출할 때 편광자에 도달하는 다중 후방-산란된 광의 강도는 광원2가 광을 방출할 때의 강도와 약간 상이하다.
I1B∥ = I2B⊥ + ΔB일 때,
덜 후방-산란된 광 및 다중 후방-산란된 광은 다음의 2개의 수식들에 의해 개별적으로 계산될 수 있다:
IBR = 2(I1 - I2 - ΔB) 및
IB = 2I2.
Is = 2I2 및
Ir = 2(I1 - I2)일 때,
Is는 오로지 다중 후방-산란된 광만을 포함할 수 있고, Ir은 덜 후방-산란된 광 및 매우 적은 양의 다중 후방-산란된 광을 포함할 수 있다. Is는 동작 방해 신호 및 심박 신호를 포함할 수 있고, Ir은 기본적으로 오로지 동작 방해 신호만을 포함할 수 있다.
이후 처리 모듈, 저장 모듈 및 출력 모듈의 기능들, 동작들 및 단계들은 제 18 실시예의 것들과 동일하다.
실시예 27
활력 신호 검출 장치는 실시예 1에서 기술된 것과 다른 검출 모듈을 포함할 수 있다. 검출 모듈은 도 23a에 도시된 구조를 가질 수 있고, 센서는 하나의 광 검출기 및 2개의 광원들을 포함할 수 있다. 광원들 및 광 검출기는 피부로부터 일정 거리에 있다. 피부 표면은 매체 계면으로 취해지고, 광원1에 의해 방출되는 광의 입사각은 θ이고, 광 검출기는 입사광과 법선에 의해 결정되는 평면 위의 이론적인 거울반사 영역에 위치하고, 광 검출기와 입사 점을 연결하는 선과 법선 사이의 각도는 또한 θ이다. 광원2에 의해 방출된 광과 피부의 교차점은 광 검출기의 바로 아래에 위치하고, 검출기는 광원2의 광이 피부 위에 방출되는 광 지점의 법선 근처에 위치되고, 검출기가 법선 방향으로 더 근접할수록 신호 품질이 더 좋아진다. 센서가 동작할 때, 광원1 및 광원2가 교대로 광을 방출할 수 있고, 광 검출기는 광원1 및 광원2가 광을 방출할 때 반사된 신호들을 검출하여, 각각 광전 신호1 및 광전 신호2를 얻을 수 있다. 광 검출기가 광원1의 표면의 반사된 광이 가장 강한 방향에 위치하므로, 광원1이 광을 방출할 때 광 검출기에 의해 검출된 광전 신호1은 피부 표면의 반사된 광의 큰 성분을 포함할 수 있다. 광 검출기가 광원2에 의해 방출된 광의 후방-산란된 광이 가장 강한 방향에 위치하므로, 광원2가 광을 방출할 때 광 검출기에 의해 검출된 광전 신호2는 후방-산란된 광의 큰 성분을 포함할 수 있다. 광전 신호1은 I1로 표시되고, 광전 신호2는 I2로 표시된다.
처리 모듈은 I1 및 I2를 입력 신호들로서 사용할 수 있고, 적응형 잡음 제거 알고리즘에 의해 동작 결함들을 제거할 수 있다. 이후의 저장 모듈 및 출력 모듈의 기능들, 동작들 및 단계들은 실시예 1과 동일하다.
실시예 28
활력 신호 검출 장치는 실시예 1에서 기술된 것과 다른 검출 모듈을 포함할 수 있다. 검출 모듈은 도 23b에 도시된 구조를 가질 수 있고, 센서는 하나의 광원, 2개의 광 검출기들 및 2개의 편광자들을 포함할 수 있다. 편광자2는 통상의 광원을 통해 편광된 광을 발생시키는데 사용된다. 레이저가 광원(예: 레이저 다이오드)으로 사용된다면, 레이저는 이미 편광 특성들을 갖고, 이 경우 편광자2는 필요하지 않을 수 있다. 광원과 광 검출기들은 피부로부터 일정 거리에 있다. 편광자1의 편광 방향은 편광자2의 편광 방향에 수직이다. 피부 표면은 매체 계면으로 취해지고, 광원에 의해 방출된 광의 입사각은 θ이고, 광 검출기1은 입사광과 법선에 의해 결정되는 평면 위의 이론적인 거울반사 영역에 위치하고, 광 검출기와 입사 점을 연결하는 선과 법선 사이의 각도는 또한 θ이다. 광 검출기2는 법선 근처의 방향에 배치된다. 검출기2는 법선 근처에 위치하고, 검출기가 법선에 가까울수록, 신호 품질은 더 좋아진다. 예를 들면, 각도는 90°인 것이 바람직하고, 80° 내지 100°의 범위, 또는 60°내지 120°의 범위일 수 있고, 60°미만 또는 120°미만인 것은 덜 바람직하다. 센서가 동작할 때, 광 검출기1 및 광 검출기2는 광원이 광을 방출할 때 반사된 신호들을 검출하여, 각각 광전 신호1 및 광전 신호2를 얻을 수 있다. 광 검출기1 아래에 편광자가 없으므로, 광 검출기1에 의해 검출된 광전 신호1은 표면 반사된 광과 다중의 후방-산란된 광을 포함할 수 있고, 광 검출기1은 표면 반사된 광이 가장 강한 방향에 위치하므로, 광전 신호1은 표면 반사된 광의 큰 성분을 포함할 수 있다. 편광자1의 편광 방향이 편광자2의 편광 방향에 수직이기 때문에, 광 검출기2에 의해 검출된 광전 신호2는 표면 반사된 광을 포함하지 않을 수 있고, 오히려 오로지 다중의 후방-산란된 광의 수직 성분만을 포함할 수 있고, 광 검출기2가 후방-산란된 광이 가장 강한 방향에 위치하기 때문에, 광전 신호2는 다중의 후방-산란된 광의 큰 성분을 포함할 수 있다. 광전 신호1이 I1로 표시되고, 광전 신호2가 I2로 표시되고, 표면 반사된 광이 IR로 표시되고, 다중 후방-산란된 광이 IB로 표시되고, 첨자 ∥와 ⊥가 평행 성분과 수직 성분을 각각 나타낼 때,
I1 = I1R + I1B 및
I2 = I2B⊥이다.
광 검출기1과 광 검출기2 사이에는 일정 거리가 존재하기 때문에, 광전 신호1 및 광전 신호2에 포함된 다중 후방-산란된 광의 성분들은 동일하지 않다. 처리 모듈은 I2 및 I1을 입력 신호들로서 사용할 수 있고, 적응형 잡음 제거 알고리즘에 의해 동작 결함들을 제거할 수 있다. 이후의 저장 모듈 및 출력 모듈의 기능들, 동작들 및 단계들은 실시예 1과 동일하다.
실시예 29
활력 신호 검출 장치는 실시예 1에서 기술된 것과 다른 검출 모듈을 포함할 수 있다. 검출 모듈은 도 24a에 도시된 구조를 가질 수 있고, 센서는 하나의 광 검출기, 2개의 광원들 및 3개의 편광자들을 포함할 수 있다. 광원들과 광 검출기는 피부로부터 일정 거리에 있다. 편광자1 및 편광자3의 편광 방향들은 편광자2의 편광 방향에 수직이다. 편광자2 및 3은 통상의 광원을 통해 편광된 광을 발생시키는데 사용된다. 레이저가 광원(레이저 다이오드와 같은)으로 사용된다면, 레이저는 이미 편광 특성들을 갖고, 이 경우 편광자2 및 3은 필요하지 않을 수 있다. 피부 표면은 매체 계면으로 취해지고, 광원1에 의해 방출된 광의 입사각은 θ이고, 광 검출기는 입사광과 법선에 의해 결정되는 평면 위의 이론적인 거울반사 영역에 위치하고, 광 검출기와 입사 점을 연결하는 선과 법선 사이의 각도는 또한 θ이다. 광원2에 의해 방출된 광과 피부의 교차점은 광 검출기의 바로 아래에 위치한다. 센서가 동작할 때, 광원1 및 광원2는 광을 교대로 방출할 수 있고, 광 검출기는 광원1 및 광원2가 광을 방출할 때 반사된 신호들을 검출하여, 각각 광전 신호1 및 광전 신호2를 얻을 수 있다. 편광자1 및 편광자3의 편광 방향들이 동일하기 때문에, 광원1이 광을 방출할 때 광 검출기에서 검출된 광전 신호1은 표면 반사된 광의 평행 성분과 표면 반사된 광의 평행 성분 및 다중의 후방-산란된 광의 평행 성분을 포함할 수 있고, 광 검출기가 광원1의 표면의 반사된 광이 가장 강한 방향에 위치하기 때문에, 광전 신호1은 피부 표면의 반사된 광의 큰 성분을 포함할 수 있다. 편광자2의 편광 방향이 편광자3의 편광 방향에 수직이기 때문에, 광원2가 광을 방출할 때 광 검출기에 의해 검출된 광전 신호2는 표면 반사된 광을 포함하지 않을 수 있고, 오히려 오로지 다중의 후방-산란된 광의 수직 성분만을 포함할 수 있다, 또한 광 검출기가 광원2에 의해 방출된 광의 후방-산란된 광이 가장 강한 방향에 위치하기 때문에, 광전 신호2는 후방-산란된 광의 큰 성분을 포함할 수 있다. 광원1 및 광원2에 의해 방출된 광의 밝기가 동일할 때, 이들이 광을 방출할 때 생성되는 후방-산란된 광은 이들 사이의 거리가 매우 짧기 때문에 동일하다. 광전 신호1이 I1로 표시되고, 광전 신호2가 I2로 표시되고, 표면 반사된 광이 IR로 표시되고, 다중 후방-산란된 광이 IB로 표시되고, 첨자 ∥와 ⊥가 평행 성분과 수직 성분을 각각 나타낼 때,
I1 = I1R∥ + I1B∥ 및
I2 = I2B⊥이다.
광 검출기1과 광 검출기2 사이에는 일정 거리가 존재하기 때문에, 광전 신호1 및 광전 신호2에 포함된 다중 후방-산란된 광의 성분들은 동일하지 않다. 처리 모듈은 I2 및 I1을 입력 신호들로서 사용할 수 있고, 적응형 잡음 제거 알고리즘에 의해 동작 결함들을 제거할 수 있다. 이후의 저장 모듈 및 출력 모듈의 기능들, 동작들 및 단계들은 실시예 1과 동일하다.
실시예 30
활력 신호 검출 장치는 실시예 1에서 기술된 것과 다른 검출 모듈을 포함할 수 있다. 검출 모듈은 도 24b에 도시된 구조를 가질 수 있고, 센서는 하나의 광원, 2개의 광 검출기들 및 2개의 편광자들을 포함할 수 있다. 광원들과 광 검출기는 피부로부터 일정 거리에 있다. 편광자1의 편광 방향은 편광자2의 편광 방향에 수직이다. 편광자2는 통상의 광원을 통해 편광된 광을 발생시키는데 사용된다. 레이저가 광원(레이저 다이오드와 같은)으로 사용된다면, 레이저는 이미 편광 특성들을 갖고, 이 경우 편광자2는 필요하지 않을 수 있다. 피부 표면은 매체 계면으로 취해지고, 광원1에 의해 방출된 광의 입사각은 θ이고, 광 검출기는 입사광과 법선에 의해 결정되는 평면 위의 이론적인 거울반사 영역에 위치하고, 광 검출기와 입사 점을 연결하는 선과 법선 사이의 각도는 또한 θ이다. 광원2에 의해 방출된 광과 피부의 교차점은 광 검출기의 바로 아래에 위치한다. 센서가 동작할 때, 광원1 및 광원2는 광을 교대로 방출할 수 있고, 광 검출기는 광원1 및 광원2가 광을 방출할 때 반사된 신호들을 검출하여, 각각 광전 신호1 및 광전 신호2를 얻을 수 있다. 광원1 아래에 편광자가 없기 때문에, 광원1이 광을 방출할 때 광 검출기에 의해 검출된 광전 신호1은 표면 반사된 광의 평행 성분과 표면 반사된 광의 평행 성분 및 다중의 후방-산란된 광의 평행 성분을 포함할 수 있다, 또한 광 검출기가 광원1의 표면의 반사된 광이 가장 강한 방향에 위치하기 때문에, 광전 신호1은 피부 표면의 반사된 광의 큰 성분을 포함할 수 있다. 편광자1의 편광 방향이 편광자2의 편광 방향에 수직이기 때문에, 광원2가 광을 방출할 때 광 검출기에 의해 검출된 광전 신호2는 표면 반사된 광을 포함하지 않을 수 있고, 오히려 오로지 다중의 후방-산란된 광의 수직 성분만을 포함할 수 있다, 또한 광 검출기가 광원2에 의해 방출된 광의 후방-산란된 광이 가장 강한 방향에 위치하기 때문에, 광전 신호2는 후방-산란된 광의 큰 성분을 포함할 수 있다. 광원1에 의해 방출된 광의 밝기가 광원2에 의해 방출된 광의 밝기와 동일하고, 편광자2를 통과할 때, 이들이 광을 방출할 때 생성되는 다중의 후방-산란된 광은 이들 사이의 거리가 매우 짧기 때문에 동일하다. 광전 신호1이 I1로 표시되고, 광전 신호2가 I2로 표시되고, 표면 반사된 광이 IR로 표시되고, 다중 후방-산란된 광이 IB로 표시되고, 첨자 ∥와 ⊥가 평행 성분과 수직 성분을 각각 나타낼 때,
I1 = I1R∥ + I1B∥ 및
I2 = I2B⊥이다.
광 검출기1과 광 검출기2 사이에는 일정 거리가 존재하기 때문에, 광전 신호1 및 광전 신호2에 포함된 다중 후방-산란된 광의 성분들은 동일하지 않다. 처리 모듈은 I2 및 I1을 입력 신호들로서 사용할 수 있고, 적응형 잡음 제거 알고리즘에 의해 동작 결함들을 제거할 수 있다. 이후의 저장 모듈 및 출력 모듈의 기능들, 동작들 및 단계들은 실시예 1과 동일하다.
실시예 31
활력 신호 검출 장치는 실시예 1에서 기술된 것과 다른 검출 모듈을 포함할 수 있다. 검출 모듈은 도 25a에 도시된 구조를 가질 수 있고, 센서는 하나의 광원, 2개의 광 검출기들, 3개의 편광자들 및 하나의 빔 스플리터를 포함할 수 있다. 편광자3은 통상의 광원을 통해 편광된 광을 발생시키는데 사용된다. 레이저가 광원(예: 레이저 다이오드)으로 사용된다면, 레이저는 이미 편광 특성들을 갖고, 이 경우 편광자3은 필요하지 않을 수 있다. 광원 및 광 검출기들은 피부로부터 일정 거리에 있고, 2개의 광 검출기들 및 편광자들은 각각 빔 스플리터의 반사 및 투과 방향들에 위치한다. 편광자1 및 편광자3의 편광 방향들은 동일하고, 편광자2의 편광 방향에 수직이다. 빔 스플리터에 의해 야기된 반사 및 투과된 성분들은 동일할 수 있다. 센서가 동작할 때, 광 검출기1 및 광 검출기2는 광원이 광을 방출할 때 반사된 신호들을 검출하여, 각각 광전 신호1 및 광전 신호2를 얻을 수 있다. 편광자1 및 편광자3의 편광 방향들이 동일하기 때문에, 광 검출기1에 의해 검출된 광전 신호1은 표면 반사된 광의 평행 성분 및 다중의 후방-산란된 광의 평행 성분을 포함할 수 있다. 편광자2의 편광 방향이 편광자3의 편광 방향에 수직이기 때문에, 광 검출기2에 의해 검출된 광전 신호2는 표면 반사된 광을 포함하지 않을 수 있고, 오히려 오로지 다중 후방-산란된 광의 수직 성분만을 포함할 수 있다. 광전 신호1이 I1로 표시되고, 광전 신호2가 I2로 표시되고, 표면 반사된 광이 IR로 표시되고, 다중 후방-산란된 광이 IB로 표시되고, 첨자 ∥와 ⊥가 평행 성분과 수직 성분을 각각 나타낼 때,
I1 = IR∥ + IB∥,
I2 = I2B⊥이고;
표면 반사된 광은 오로지 평행 성분만을 갖고, 다중의 후방-산란된 광은 편광 특성들을 갖지 않는다, 따라서,
IR = IR∥,
IB = 2IB⊥이다.
그러면, 표면 반사된 광과 다중 후방-산란된 광은 다음의 2개의 수식들에 의해 각각 계산될 수 있다:
IR = I1 - I2 및
IB = 2I2.
처리 모듈은 IR 및 IB를 입력 신호들로 사용할 수 있고, 적응형 잡음 제거 알고리즘에 의해 동작 결함들을 제거할 수 있다. 이후의 저장 모듈 및 출력 모듈의 기능들, 동작들 및 단계들은 실시예 1과 동일하다.
실시예 32
활력 신호 검출 장치는 실시예 1에서 기술된 것과 다른 검출 모듈을 포함할 수 있다. 검출 모듈은 도 25b에 도시된 구조를 가질 수 있고, 센서는 하나의 광원, 2개의 광 검출기들, 3개의 편광자들, 및 하나의 빔 스플리터를 포함할 수 있다. 편광자3은 통상의 광원을 통해 편광된 광을 발생시키는데 사용된다. 레이저가 반사 및 투과 방향으로 사용되는 경우(레이저 다이오드와 같이), 레이저는 이미 편광 특성들을 갖고, 이 경우 편광자3은 필요하지 않을 수 있다. 광원은 피부 표면에 인접할 수 있고, 2개의 광 검출기들은 피부로부터 일정 거리에 있을 수 있거나, 또는 피부 표면에 인접할 수 있고, 2개의 광 검출기들 및 편광자들은 빔 스플리터의 반사 방향 및 투과 방향에 각각 위치한다. 편광자1 및 편광자3의 편광 방향들은 동일하고, 편광자2의 편광 방향에 수직이다. 빔 스플리터에 의해 야기된 반사 및 투과된 성분들은 동일할 수 있다. 센서가 동작할 때, 광 검출기1 및 광 검출기2는 광원이 광을 방출할 때 반사된 신호들을 검출하여, 각각 광전 신호1 및 광전 신호2를 얻을 수 있다. 편광자1 및 편광자3의 편광 방향들이 동일하므로, 광 검출기1에 의해 검출된 광전 신호1은 덜 후방-산란된 광의 평행 성분 및 다중의 후방-산란된 광의 평행 성분을 포함할 수 있다. 편광자2의 편광 방향이 편광자3의 편광 방향에 수직이므로, 광 검출기2에 의해 검출된 광전 신호2는 덜 후방-산란된 광을 포함하지 않을 수 있고, 오히려 오로지 다중 후방-산란된 광의 수직 성분만을 포함할 수 있다. 광전 신호1이 I1로 표시되고, 광전 신호2가 I2로 표시되고, 덜 후방-산란된 광이 IBR로 표시되고, 다중 후방-산란된 광이 IB로 표시되고, 첨자 ∥와 ⊥가 평행 성분과 수직 성분을 각각 나타낼 때,
I1 = IBR∥ + IB∥,
I2 = IB⊥이고;
표면 반사된 광은 오로지 평행 성분만을 갖고, 다중의 후방-산란된 광은 편광 특성들을 갖지 않는다, 따라서,
IBR = IBR∥,
IB = 2IB⊥이다.
그러면, 표면 반사된 광과 다중 후방-산란된 광은 다음의 2개의 수식들에 의해 각각 계산될 수 있다:
IBR = I1 - I2 및
IB = 2I2.
처리 모듈은 IBR 및 IB를 입력 신호들로 사용할 수 있고, 적응형 잡음 제거 알고리즘에 의해 동작 결함들을 제거할 수 있다. 이후의 저장 모듈 및 출력 모듈의 기능들, 동작들 및 단계들은 실시예 1과 동일하다.
실시예 33
활력 신호 검출 장치는 실시예 1에서 기술된 것과 다른 검출 모듈을 포함할 수 있다. 검출 모듈은 도 25c에 도시된 구조를 가질 수 있고, 센서는 하나의 광원, 2개의 광 검출기들, 2개의 편광자들 및 하나의 빔 스플리터를 포함할 수 있다. 편광자2는 통상의 광원을 통해 편광된 광을 발생시키는데 사용된다. 레이저가 광원(예: 레이저 다이오드)으로 사용된다면, 레이저는 이미 편광 특성들을 갖고, 이 경우 편광자2는 사용되지 않을 수 있다. 광원 및 광 검출기들은 피부로부터 일정 거리에 있고, 광 검출기1은 빔 스플리터의 반사 방향에 위치하고, 광 검출기2 및 편광자1은 빔 스플리터의 투과 방향에 위치한다. 편광자1의 편광 방향은 편광자2의 편광 방향에 수직이다. 빔 스플리터에 의해 야기된 반사 및 투과된 성분들은 동일할 수 있다. 센서가 동작할 때, 광 검출기1 및 광 검출기2는 광원이 광을 방출할 때 반사된 신호들을 검출하여, 각각 광전 신호1 및 광전 신호2를 얻을 수 있다. 광 검출기1의 아래에 편광자가 존재하지 않으므로, 광 검출기1에 의해 검출된 광전 신호1은 표면 반사된 광 및 다중의 후방-산란된 광을 포함할 수 있다. 편광자1의 편광 방향이 편광자2의 편광 방향에 수직이기 때문에, 센서2에 의해 검출된 광전 신호2는 표면 반사된 광을 포함하지 않을 수 있고, 오히려 오로지 다중 후방-산란된 광의 수직 성분만을 포함할 수 있다. 광전 신호1이 I1로 표시되고, 광전 신호2가 I2로 표시되고, 표면 반사된 광이 IR로 표시되고, 다중 후방-산란된 광이 IB로 표시되고, 첨자 ∥와 ⊥가 평행 성분과 수직 성분을 각각 나타낼 때,
I1 = IR + IB,
I2 = IB⊥이고;
표면 반사된 광은 오로지 평행 성분만을 갖고, 다중의 후방-산란된 광은 편광 특성들을 갖지 않는다, 따라서,
IR = IR∥,
IB = 2IB⊥이다.
그러면, 표면 반사된 광과 다중 후방-산란된 광은 다음의 2개의 수식들에 의해 각각 계산될 수 있다:
IR = I1 - 2I2 및
IB = 2I2.
처리 모듈은 IR 및 IB를 입력 신호들로 사용할 수 있고, 적응형 잡음 제거 알고리즘에 의해 동작 결함들을 제거할 수 있다. 이후의 저장 모듈 및 출력 모듈의 기능들, 동작들 및 단계들은 실시예 1과 동일하다.
실시예 34
활력 신호 검출 장치는 실시예 1에서 기술된 것과 다른 검출 모듈을 포함할 수 있다. 검출 모듈은 도 25d에 도시된 구조를 가질 수 있고, 센서는 하나의 광원, 2개의 광 검출기들, 2개의 편광자들 및 하나의 빔 스플리터를 포함할 수 있다. 편광자2는 통상의 광원을 통해 편광된 광을 발생시키는데 사용된다. 레이저가 반사 및 투과 방향으로 사용된다면(레이저 다이오드와 같이), 레이저는 이미 편광 특성들을 갖고, 이 경우 편광자2는 필요하지 않을 수 있다. 광원은 피부 표면에 인접할 수 있고, 2개의 광 검출기들은 피부로부터 일정 거리에 있을 수 있거나, 또는 피부 표면에 인접할 수 있고, 2개의 광 검출기들 및 편광자들은 빔 스플리터의 반사 방향 및 투과 방향에 각각 위치한다. 편광자1의 편광 방향은 편광자2의 편광 방향에 수직이다. 빔 스플리터에 의해 야기된 반사 및 투과된 성분들은 동일할 수 있다. 센서가 동작할 때, 광 검출기1 및 광 검출기2는 광원이 광을 방출할 때 반사된 신호들을 검출하여, 각각 광전 신호1 및 광전 신호2를 얻을 수 있다. 광 검출기1의 아래에 편광자가 존재하지 않으므로, 광 검출기1에 의해 검출된 광전 신호1은 덜 후방-산란된 광 및 다중의 후방-산란된 광을 포함할 수 있다. 편광자1의 편광 방향이 편광자2의 편광 방향에 수직이기 때문에, 센서2에 의해 검출된 광전 신호2는 덜 후방-산란된 광을 포함하지 않을 수 있고, 오히려 오로지 다중의 후방-산란된 광의 수직 성분만을 포함할 수 있다. 광전 신호1이 I1로 표시되고, 광전 신호2가 I2로 표시되고, 덜 후방-산란된 광이 IBR로 표시되고, 다중 후방-산란된 광이 IB로 표시되고, 첨자 ∥와 ⊥가 평행 성분과 수직 성분을 각각 나타낼 때,
I1 = IBR + IB,
I2 = IB⊥이고;
덜 후방-산란된 광은 오로지 평행 성분만을 갖고, 다중의 후방-산란된 광은 편광 특성들을 갖지 않는다, 따라서,
IBR = IBR∥,
IB = 2IB⊥이다.
그러면, 표면 반사된 광과 다중 후방-산란된 광은 다음의 2개의 수식들에 의해 각각 계산될 수 있다:
IBR = I1 - 2I2 및
IB = 2I2.
처리 모듈은 IBR 및 IB를 입력 신호들로 사용할 수 있고, 적응형 잡음 제거 알고리즘에 의해 동작 결함들을 제거할 수 있다. 이후의 저장 모듈 및 출력 모듈의 기능들, 동작들 및 단계들은 실시예 1과 동일하다.
실시예 35
활력 신호 검출 장치는 실시예 1에서 기술된 것과 다른 검출 모듈을 포함할 수 있다. 검출 모듈은 도 26a에 도시된 구조를 가질 수 있고, 센서는 선형으로 편광된 광을 생성할 수 있는 2개의 광원들, 상이한 편광 특성들을 갖는 광을 검출할 수 있는 하나의 광 검출기, 및 하나의 빔 스플리터를 포함할 수 있다. 광원들과 광 검출기는 피부로부터 일정 거리에 있고, 2개의 광원들은 빔 스플리터의 반사 방향 및 투과 방향에 각각 위치된다. 센서가 동작할 때, 광원1 및 광원2는 교대로 광을 방출할 수 있고, 광 검출기는 광원1 및 광원2가 광을 방출할 때 반사 신호들를 검출하여, 각각 광전 신호1 및 광전 신호2를 얻을 수 있다. 표면 반사된 광이 선형으로 편광된 광이고, 반면 다중의 후방-산란된 광이 편광되지 않은 광이기 때문에, 광전 신호1 및 광전 신호2에 포함되는 표면 반사된 광 성분 및 다중의 후방-산란된 광 성분은 상이한 특성들을 가질 수 있고, 표면 반사된 광 및 다중의 후방-산란된 광의 강도의 값들은 그 특성에 따라 개별적으로 계산될 수 있다.
처리 모듈은 표면 반사된 광 및 다중 후방-산란된 광을 입력 신호들로 사용할 수 있고, 적응형 필터링 알고리즘에 의해 동작 결함들을 제거할 수 있다. 이후의 저장 모듈 및 출력 모듈의 기능들, 동작들 및 단계들은 실시예 1과 동일하다.
실시예 36
활력 신호 검출 장치는 실시예 1에서 기술된 것과 다른 검출 모듈을 포함할 수 있다. 검출 모듈은 도 26b에 도시된 구조를 가질 수 있고, 센서는 하나의 광 검출기, 2개의 광원들, 3개의 편광자들 및 하나의 빔 스플리터를 포함할 수 있다. 편광자2 및 3은 정상 광원을 통해 편광된 광을 발생시키는데 사용된다. 레이저가 광원(레이저 다이오드와 같은)으로 사용된다면, 레이저는 이미 편광 특성들을 갖고, 이 경우 편광자2 및 3은 필요하지 않을 수 있다. 광원들 및 광 검출기는 피부로부터 일정 거리에 있고, 2개의 광원들 및 편광자들은 빔 스플리터의 반사 방향 및 투과 방향에 각각 위치한다. 편광자1 및 편광자3의 편광 방향들은 동일하고, 편광자2의 편광 방향에 수직이다. 빔 스플리터에 의해 야기된 반사 및 투과된 성분들은 동일할 수 있다. 센서가 동작할 때, 광원1 및 광원2는 광을 교대로 방출할 수 있고, 광 검출기는 광원1 및 광원2가 광을 방출할 때 반사 신호들을 검출하여, 각각 광전 신호1 및 광전 신호2를 얻을 수 있다. 편광자1 및 편광자3의 편광 방향들이 동일하기 때문에, 광원1이 광을 방출할 때 광 검출기에 의해 검출된 광전 신호1은 표면 반사된 광의 평행 성분 및 다중 후방-산란된 광의 평행 성분을 포함할 수 있다. 편광자2의 편광 방향이 편광자3의 편광 방향에 수직이기 때문에, 광원2가 광을 방출할 때 광 검출기에 의해 검출된 광전 신호2는 표면 반사된 광을 포함하지 않을 수 있고, 오히려 오로지 다중 후방-산란된 광의 수직 성분만을 포함할 수 있다. 광원1 및 광원2에 의해 방출되는 광의 밝기가 동일할 때, 이들이 광을 방출할 때 생성된 다중 후방-산란된 광은, 빔 스플리터에 의해 반사 및 투과된 성분들이 동일하기 때문에, 동일하다. 광전 신호1이 I1로 표시되고, 광전 신호2가 I2로 표시되고, 표면 반사된 광이 IR로 표시되고, 다중 후방-산란된 광이 IB로 표시되고, 첨자 ∥와 ⊥가 평행 성분과 수직 성분을 각각 나타낼 때,
I1 = IR∥ + IB∥,
I2 = IB⊥이고;
표면 반사된 광은 오로지 평행 성분만을 갖고, 다중의 후방-산란된 광은 편광 특성들을 갖지 않는다, 따라서,
IR = IR∥,
IB = 2IB⊥이다.
그러면, 표면 반사된 광과 다중 후방-산란된 광은 다음의 2개의 수식들에 의해 각각 계산될 수 있다:
IR = I1 - I2 및
IB = 2I2.
처리 모듈은 IR 및 IB를 입력 신호들로 사용할 수 있고, 적응형 잡음 제거 알고리즘에 의해 동작 결함들을 제거할 수 있다. 이후의 저장 모듈 및 출력 모듈의 기능들, 동작들 및 단계들은 실시예 1과 동일하다.
실시예 37
활력 신호 검출 장치는 실시예 1에서 기술된 것과 다른 검출 모듈을 포함할 수 있다. 검출 모듈은 도 26c에 도시된 구조를 가질 수 있고, 센서는 하나의 광 검출기, 2개의 광원들, 3개의 편광자들 및 하나의 빔 스플리터를 포함할 수 있다. 편광자2 및 3은 일반적인 광원을 통해 편광된 광을 발생시키는데 사용된다. 레이저가 반사 및 투과 방향(예: 레이저 다이오드)으로 사용된다면, 레이저는 이미 편광 특성들을 갖고, 이 경우 편광자2 및 3은 필요하지 않을 수 있다. 광 검출기는 피부 표면에 인접할 수 있고, 2개의 광원들은 피부로부터 일정 거리에 있을 수 있거나, 또는 피부 표면에 인접할 수 있고, 2개의 광원들 및 편광자들은 빔 스플리터의 반사 방향 및 투과 방향에 각각 위치한다. 편광자1 및 편광자3의 편광 방향들은 동일하고, 편광자2의 편광 방향에 수직이다. 빔 스플리터에 의해 야기된 반사 및 투과된 성분들은 동일할 수 있다. 센서가 동작할 때, 광원1 및 광원2가 교대로 광을 방출할 수 있고, 광 검출기는 광원1 및 광원2가 광을 방출할 때 반사 신호들을 검출하여, 각각 광전 신호1 및 광전 신호2를 얻을 수 있다. 편광자1과 편광자3의 편광 방향들이 동일하기 때문에, 광원1이 광을 방출할 때 광 검출기에 의해 검출된 광전 신호1은 덜 후방-산란된 광의 평행 성분과 및 다중의 후방-산란된 광의 평행 성분을 포함할 수 있다. 편광자2의 편광 방향이 편광자3의 편광 방향에 수직이기 때문에, 광원2가 광을 방출할 때 광 검출기에 의해 검출된 광전 신호2는 덜 후방-산란된 광을 포함하지 않을 수 있고, 오히려 오로지 다중 후방-산란된 광의 수직 성분만을 포함할 수 있다. 광원1 및 광원2에 의해 방출되는 광의 밝기가 동일할 때, 이들이 광을 방출할 때 발생되는 다중 후방-산란된 광은 동일한데 왜냐하면, 빔 스플리터에 의해 반사 및 투과된 성분들이 동일하기 때문이다. 광전 신호1이 I1로 표시되고, 광전 신호2가 I2로 표시되고, 덜 후방-산란된 광이 IBR로 표시되고, 다중 후방-산란된 광이 IB로 표시되고, 첨자 ∥와 ⊥가 평행 성분과 수직 성분을 각각 나타낼 때,
I1 = IBR∥ + IB∥,
I2 = IB⊥이고;
덜 후방-산란된 광은 오로지 평행 성분만을 갖고, 다중의 후방-산란된 광은 편광 특성들을 갖지 않는다, 따라서,
IBR = IBR∥,
IB = 2IB⊥이다.
그러면, 표면 반사된 광과 다중 후방-산란된 광은 다음의 2개의 수식들에 의해 각각 계산될 수 있다:
IBR = I1 - I2 및
IB = 2I2.
처리 모듈은 IBR 및 IB를 입력 신호들로 사용할 수 있고, 적응형 잡음 제거 알고리즘에 의해 동작 결함들을 제거할 수 있다. 이후의 저장 모듈 및 출력 모듈의 기능들, 동작들 및 단계들은 실시예 1과 동일하다.
실시예 38
활력 신호 검출 장치는 실시예 1에서 기술된 것과 다른 검출 모듈을 포함할 수 있다. 검출 모듈은 도 26d에 도시된 구조를 가질 수 있고, 센서는 하나의 광 검출기, 2개의 광원들, 2개의 편광자들 및 하나의 빔 스플리터를 포함할 수 있다. 편광자2는 통상의 광원을 통해 편광된 광을 발생시키는데 사용된다. 레이저가 광원(레이저 다이오드와 같은)으로 사용된다면, 레이저는 이미 편광 특성들을 갖고, 이 경우 편광자2는 필요하지 않을 수 있다. 광원들과 광 검출기는 피부로부터 일정 거리에 있고, 광원1은 빔 스플리터의 반사 방향에 위치하고, 광원2 및 편광자2는 빔 스플리터의 투과 방향에 위치한다. 편광자1의 편광 방향은 편광자2의 편광 방향에 수직이다. 빔 스플리터에 의해 야기된 반사 및 투과된 성분들은 동일할 수 있다. 센서가 동작할 때, 광원1 및 광원2가 교대로 광을 방출할 수 있고, 광 검출기는 광원1 및 광원2가 광을 방출할 때 반사 신호들을 검출하여, 각각 광전 신호1 및 광전 신호2를 얻을 수 있다. 광원1의 아래에 편광자가 존재하지 않기 때문에, 광원1이 광을 방출할 때 광 검출기에 의해 검출된 광전 신호1은 표면 반사된 광의 평행 성분 및 다중의 후방-산란된 광의 평행 성분을 포함할 수 있다. 편광자1의 편광 방향이 편광자2의 편광 방향에 수직이기 때문에, 광원2가 광을 방출할 때 광 검출기에 의해 검출된 광전 신호2는 표면 반사된 광을 포함하지 않을 수 있고, 오히려 오로지 다중 후방-산란된 광의 수직 성분만을 포함할 수 있다. 광원1에 의해 방출된 광의 밝기가 광원2에 의해 방출되고 편광자2를 통과하는 광의 밝기와 동일한 경우, 이들이 광을 방출할 때 생성된 다중의 후방-산란된 광은 동일한데, 왜냐하면 빔 스플리터에 의해 반사 및 투과된 성분들이 동일하기 때문이다. 광전 신호1이 I1로 표시되고, 광전 신호2가 I2로 표시되고, 표면 반사된 광이 IR로 표시되고, 다중 후방-산란된 광이 IB로 표시되고, 첨자 ∥와 ⊥가 평행 성분과 수직 성분을 각각 나타낼 때,
I1 = IR∥ + IB∥, 및
I2 = IB⊥이다.
표면 반사된 광은 광원1이 광을 방출할 때 편광되지 않는다. 다중의 후방-산란된 광은 광원1 및 광원2가 광을 방출할 때 편광 특성들을 갖지 않는다, 따라서,
IR = 2IR∥, 및
IB = 2IB⊥이다.
그러면, 표면 반사된 광과 다중 후방-산란된 광은 다음의 2개의 수식들에 의해 각각 계산될 수 있다:
IR = 2(I1 - I2) 및
IB = 2I2.
처리 모듈은 IR 및 IB를 입력 신호들로 사용할 수 있고, 적응형 잡음 제거 알고리즘에 의해 동작 결함들을 제거할 수 있다. 이후의 저장 모듈 및 출력 모듈의 기능들, 동작들 및 단계들은 실시예 1과 동일하다.
실시예 39
활력 신호 검출 장치는 실시예 1에서 기술된 것과 다른 검출 모듈을 포함할 수 있다. 검출 모듈은 도 26e에 도시된 구조를 가질 수 있고, 센서는 하나의 광 검출기, 2개의 광원들, 2개의 편광자들 및 하나의 빔 스플리터를 포함할 수 있다. 편광자2는 통상의 광원을 통해 편광된 광을 발생시키는데 사용된다. 레이저가 반사 및 투과 방향으로 사용된다면(레이저 다이오드와 같이), 레이저는 이미 편광 특성들을 갖고, 이 경우 편광자2는 필요하지 않을 수 있다. 광 검출기는 피부 표면에 인접할 수 있고, 2개의 광원들은 피부로부터 일정 거리에 있을 수 있거나, 또는 피부 표면에 인접할 수 있고, 2개의 광원들 및 편광자들은 빔 스플리터의 반사 방향 및 투과 방향에 각각 위치한다. 편광자1의 편광 방향은 편광자2의 편광 방향에 수직이다. 빔 스플리터에 의해 야기된 반사 및 투과된 성분들은 동일할 수 있다. 센서가 동작할 때, 광원1 및 광원2가 교대로 광을 방출할 수 있고, 광원1 및 광원2가 광을 방출할 때 광 검출기는 반사된 신호들을 검출하여, 각각 광전 신호1 및 광전 신호2를 얻을 수 있다. 광원1의 아래에 편광자가 존재하지 않기 때문에, 광원1이 광을 방출할 때 광 검출기에 의해 검출된 광전 신호1은 덜 후방-산란된 광의 평행 성분 및 다중의 후방-산란된 광의 평행 성분을 포함할 수 있다. 편광자1의 편광 방향이 편광자2의 편광 방향에 수직이기 때문에, 광원2가 광을 방출할 때 광 검출기에 의해 검출된 광전 신호2는 덜 후방-산란된 광을 포함하지 않을 수 있고, 오히려 오로지 다중 후방-산란된 광의 수직 성분만을 포함할 수 있다. 광원1에 의해 방출된 광의 밝기가 광원2에 의해 방출되고 편광자2를 통과하는 광의 밝기와 동일한 경우, 이들이 광을 방출할 때 생성된 다중의 후방-산란된 광은 동일한데, 왜냐하면 빔 스플리터에 의해 반사 및 투과된 성분들이 동일하기 때문이다. 광전 신호1이 I1로 표시되고, 광전 신호2가 I2로 표시되고, 덜 후방-산란된 광이 IBR로 표시되고, 다중 후방-산란된 광이 IB로 표시되고, 첨자 ∥와 ⊥가 평행 성분과 수직 성분을 각각 나타낼 때,
I1 = IBR∥ + IB∥, 및
I2 = IB⊥이다.
광원1이 광을 방출할 때 덜 후방-산란된 광은 편광되지 않는다. 광원1 및 광원2가 광을 방출할 때 다중의 후방-산란된 광은 편광 특성들을 갖지 않을 수 있다, 따라서,
IBR = 2IR∥, 및
IB = 2IB⊥이다.
그러면, 덜 후방-산란된 광 및 다중 후방-산란된 광은 다음의 2개의 수식들에 의해 각각 계산될 수 있다:
IBR = 2(I1 - I2) 및
IB = 2I2.
처리 모듈은 IBR 및 IB를 입력 신호들로 사용할 수 있고, 적응형 잡음 제거 알고리즘에 의해 동작 결함들을 제거할 수 있다. 이후의 저장 모듈 및 출력 모듈의 기능들, 동작들 및 단계들은 실시예 1과 동일하다.
실시예 40
활력 신호 검출 장치는 실시예 1에서 기술된 것과 다른 검출 모듈을 포함할 수 있다. 검출 모듈은 도 27a에 도시된 구조를 가질 수 있고, 센서는 하나의 광원, 2개의 광 검출기들, 하나의 편광자 및 하나의 편광 빔 스플리터를 포함할 수 있다. 편광자3은 통상의 광원을 통해 편광된 광을 발생시키는데 사용된다. 레이저가 광원(예: 레이저 다이오드)으로 사용된다면, 레이저는 이미 편광 특성들을 갖고, 이 경우 편광자3은 필요하지 않을 수 있다. 광원 및 광 검출기들은 피부로부터 일정 거리에 있고, 2개의 광 검출기들은 각각 편광 빔 스플리터의 반사 방향 및 투과 방향에 위치한다. 편광 빔 스플리터의 반사된 편광 방향은 편광자의 편광 방향과 동일하고, 편광 빔 스플리터의 투과된 편광 방향은 편광자의 편광 방향에 수직이고, 반사 및 투과된 성분들은 동일하다. 센서가 동작할 때, 광 검출기1 및 광 검출기2는 광원이 광을 방출할 때 반사된 신호들을 검출하여, 각각 광전 신호1 및 광전 신호2를 얻을 수 있다. 편광 빔 스플리터의 반사된 편광 방향이 편광자의 반사된 편광 방향과 동일하기 때문에, 광 검출기1에 의해 검출된 광전 신호1은 표면 반사된 광의 평행 성분 및 다중의 후방-산란된 광의 평행 성분을 포함할 수 있다. 편광 빔 스플리터의 투과된 편광 방향은 편광자의 편광 방향과 반대이기 때문에, 광 검출기2에 의해 검출된 광전 신호2는 표면 반사된 광을 포함하지 않을 수 있고, 오히려 오로지 다중 후방-산란된 광의 수직 성분만을 포함할 수 있다. 광전 신호1이 I1로 표시되고, 광전 신호2가 I2로 표시되고, 표면 반사된 광이 IR로 표시되고, 다중 후방-산란된 광이 IB로 표시되고, 첨자 ∥와 ⊥가 평행 성분과 수직 성분을 각각 나타낼 때,
I1 = IR∥ + IB∥, 및
I2 = IB⊥이고;
표면 반사된 광은 오로지 평행 성분을 갖고, 다중의 후방-산란된 광은 편광 특성들을 갖지 않는다, 따라서,
IR = IR∥, 및
IB = 2IB⊥이다.
그러면, 표면 반사된 광 및 다중 후방-산란된 광은 다음의 2개의 수식들에 의해 각각 계산될 수 있다:
IR = I1 - I2 및
IB = 2I2.
처리 모듈은 IR 및 IB를 입력 신호들로 사용할 수 있고, 적응형 잡음 제거 알고리즘에 의해 동작 결함들을 제거할 수 있다. 이후의 저장 모듈 및 출력 모듈의 기능들, 동작들 및 단계들은 실시예 1과 동일하다.
실시예 41
활력 신호 검출 장치는 실시예 1에서 기술된 것과 다른 검출 모듈을 포함할 수 있다. 검출 모듈은 도 27b에 도시된 구조를 가질 수 있고, 센서는 하나의 광원, 2개의 광 검출기들, 하나의 편광자 및 하나의 편광 빔 스플리터를 포함할 수 있다. 편광자3은 통상의 광원을 통해 편광된 광을 발생시키는데 사용된다. 레이저가 반사 및 투과 방향으로 사용된다면(레이저 다이오드와 같이), 레이저는 이미 편광 특성들을 갖고, 이 경우 편광자3은 필요하지 않을 수 있다. 광원은 피부 표면에 인접할 수 있고, 두 광 검출기들은 피부로부터 일정 거리에 있을 수 있거나, 또는 피부 표면에 인접할 수 있고, 2개의 광 검출기들 및 편광자들은 빔 스플리터의 반사 및 투과 방향에 위치한다. 편광 빔 스플리터의 반사된 편광 방향은 편광자의 편광 방향과 동일하고, 편광 빔 스플리터의 투과된 편광 방향은 편광자의 편광 방향에 수직이고, 반사 및 투과된 성분들은 동일하다. 센서가 동작할 때, 광 검출기1 및 광 검출기2는 광원이 광을 방출할 때 반사된 신호들을 검출하여, 각각 광전 신호1 및 광전 신호2를 얻을 수 있다. 편광 빔 스플리터의 반사된 편광 방향이 편광자의 반사된 편광 방향과 동일하기 때문에, 광 검출기1에 의해 검출된 광전 신호1은 덜 후방-산란된 광의 평행 성분 및 다중 후방-산란된 광의 평행 성분을 포함할 수 있다. 편광 빔 스플리터의 투과 편광 방향이 편광자의 투과 편광 방향과 반대이기 때문에, 광 검출기2에 의해 검출된 광전 신호2는 덜 산란된 광을 포함하지 않을 수 있고, 오히려 오로지 다중의 후방-산란된 광의 수직 성분만을 포함할 수 있다. 광전 신호1이 I1로 표시되고, 광전 신호2가 I2로 표시되고, 덜 후방-산란된 광이 IBR로 표시되고, 다중 후방-산란된 광이 IB로 표시되고, 첨자 ∥와 ⊥가 평행 성분과 수직 성분을 각각 나타낼 때,
I1 = IBR∥ + IB∥, 및
I2 = IB⊥이고;
덜 후방-산란된 광은 오로지 평행 성분만을 갖고, 다중의 후방-산란된 광은 편광 특성들을 갖지 않는다, 따라서,
IBR = IBR∥, 및
IB = 2IB⊥이다.
그러면, 덜 후방-산란된 광 및 다중 후방-산란된 광은 다음의 2개의 수식들에 의해 각각 계산될 수 있다:
IBR = I1 - I2 및
IB = 2I2.
처리 모듈은 IBR 및 IB를 입력 신호들로 사용할 수 있고, 적응형 잡음 제거 알고리즘에 의해 동작 결함들을 제거할 수 있다. 이후의 저장 모듈 및 출력 모듈의 기능들, 동작들 및 단계들은 실시예 1과 동일하다.
실시예 42
활력 신호 검출 장치는 실시예 1에서 기술된 것과 다른 검출 모듈을 포함할 수 있다. 검출 모듈은 도 27c에 도시된 구조를 가질 수 있고, 센서는 하나의 광 검출기, 2개의 광원, 하나의 편광자 및 하나의 편광 빔 스플리터를 포함할 수 있다. 광원들 및 광 검출기는 피부로부터 일정 거리에 있고, 2개의 광원들은 빔 스플리터의 반사 방향 및 투과 방향에 각각 위치된다. 편광 빔 스플리터의 반사된 편광 방향은 편광자의 편광 방향과 동일하고, 편광 빔 스플리터의 투과된 편광 방향은 편광자의 편광 방향에 수직이고, 반사 및 투과된 성분들은 동일하다. 센서가 동작할 때, 광원1 및 광원2는 교대로 광을 방출하고, 광 검출기는 광원1 및 광원2가 광을 방출할 때 반사된 신호들을 검출하여, 각각 광전 신호1 및 광전 신호2를 얻을 수 있다. 편광 빔 스플리터의 반사된 편광 방향이 편광자의 반사된 편광 방향과 동일하므로, 광원1이 광을 방출할 때 광 검출기에서 검출된 광전 신호1은 표면 반사된 광의 평행 성분 및 다중 후방-산란된 광의 평행 성분을 포함할 수 있다. 편광 빔 스플리터의 투과된 편광 방향은 편광자의 편광 방향에 수직이므로, 광원2가 광을 방출할 때 광 검출기에 의해 검출된 광전 신호2는 표면 반사된 광을 포함하지 않을 수 있고, 오히려 오로지 다중의 후방-산란된 광의 수직 성분만을 포함할 수 있다. 광원1 및 광원2에 의해 방출된 광의 밝기가 동일할 때, 이들이 광을 방출할 때 생성된 다중 후방-산란된 광은 동일한데, 왜냐하면 편광 스플리터에 의해 반사 및 투과된 성분들이 동일하기 때문이다. 광전 신호1이 I1로 표시되고, 광전 신호2가 I2로 표시되고, 표면 반사된 광이 IR로 표시되고, 다중 후방-산란된 광이 IB로 표시되고, 첨자 ∥와 ⊥가 평행 성분과 수직 성분을 각각 나타낼 때,
I1 = IR∥ + IB∥,
I2 = IB⊥이고;
표면 반사된 광은 오로지 평행 성분을 갖고, 다중의 후방-산란된 광은 편광 특성들을 갖지 않는다, 따라서,
IR = IR∥, 및
IB = 2IB⊥이다.
그러면, 표면 반사된 광 및 다중 후방-산란된 광은 다음의 2개의 수식들에 의해 각각 계산될 수 있다:
IR = I1 - I2 및
IB = 2I2.
처리 모듈은 IR 및 IB를 입력 신호들로 사용할 수 있고, 적응형 잡음 제거 알고리즘에 의해 동작 결함들을 제거할 수 있다. 이후의 저장 모듈 및 출력 모듈의 기능들, 동작들 및 단계들은 실시예 1과 동일하다.
실시예 43
활력 신호 검출 장치는 실시예 1에서 기술된 것과 다른 검출 모듈을 포함할 수 있다. 검출 모듈은 도 27d에 도시된 구조를 가질 수 있고, 센서는 하나의 광 검출기, 2개의 광원들, 하나의 편광자 및 하나의 편광 빔 스플리터를 포함할 수 있다. 광 검출기는 피부 표면에 인접할 수 있고, 2개의 광원들은 피부로부터 일정 거리에 있을 수 있거나, 피부 표면에 인접할 수 있고, 2개의 광원들 및 편광자는 편광 빔 스플리터의 반사 방향 및 투과 방향에 각각 위치한다. 편광 빔 스플리터의 반사된 편광 방향은 편광자의 편광 방향과 동일하고, 편광 빔 스플리터의 투과된 편광 방향은 편광자의 편광 방향에 수직이고, 반사 및 투과된 성분들은 동일하다. 센서가 동작할 때, 광원1 및 광원2는 교대로 광을 방출할 수 있고, 광 검출기는 광원1 및 광원2가 광을 방출할 때 반사 신호들을 검출하여, 각각 광전 신호1 및 광전 신호2를 얻을 수 있다. 편광 빔 스플리터의 반사된 편광 방향은 편광자의 편광 방향과 동일하기 때문에, 광원1이 광을 방출할 때 광 검출기에 의해 검출된 광전 신호1은 덜 후방-산란된 광의 평행 성분 및 다중 후방-산란된 광의 평행 성분을 포함할 수 있다. 편광 빔 스플리터의 투과된 편광 방향이 편광자의 편광 방향에 수직이기 때문에, 광원2가 광을 방출할 때 광 검출기에 의해 검출된 광전 신호2는 덜 후방-산란된 광을 포함하지 않을 수 있고, 오히려 오로지 다중 후방-산란된 광의 수직 성분만을 포함할 수 있다. 광원1 및 광원2에 의해 방출된 광의 밝기가 동일할 때, 이들이 광을 방출할 때 생성된 다중 후방-산란된 광은 동일한데, 왜냐하면 편광 빔 스플리터에 의해 반사 및 투과된 성분들이 동일하기 때문이다. 광전 신호1이 I1로 표시되고, 광전 신호2가 I2로 표시되고, 덜 후방-산란된 광이 IBR로 표시되고, 다중 후방-산란된 광이 IB로 표시되고, 첨자 ∥와 ⊥가 평행 성분과 수직 성분을 각각 나타낼 때,
I1 = IBR∥ + IB∥,
I2 = IB⊥이고;
덜 후방-산란된 광은 오로지 평행 성분만을 갖고, 다중의 후방-산란된 광은 편광 특성들을 갖지 않는다, 따라서,
IBR = IBR∥, 및
IB = 2IB⊥이다.
그러면, 덜 후방-산란된 광 및 다중 후방-산란된 광은 다음의 2개의 수식들에 의해 각각 계산될 수 있다:
IBR = I1 - I2 및
IB = 2I2.
처리 모듈은 IBR 및 IB를 입력 신호들로 사용할 수 있고, 적응형 잡음 제거 알고리즘에 의해 동작 결함들을 제거할 수 있다. 이후의 저장 모듈 및 출력 모듈의 기능들, 동작들 및 단계들은 실시예 1과 동일하다.
Claims (22)
- 시스템에 있어서:
명령들의 세트를 포함하는 적어도 하나의 저장 장치; 및
상기 적어도 하나의 저장 장치와 통신하는 적어도 하나의 프로세서로서, 상기 명령들의 세트를 실행할 때, 상기 적어도 하나의 프로세서에는 상기 시스템이 동작들을 수행하도록 지시되고, 상기 동작들은:
제 1 신호 검출 장치로부터, 제 1 신호원으로부터 방출된 제 1 광 빔과 연관된, 생체의 제 1 신호를 수신하는 것;
제 2 신호 검출 장치로부터, 상기 제 1 광 빔과 연관되지만 상기 제 1 신호와 다른, 상기 생체의 제 2 신호를 수신하는 것; 및
상기 제 1 신호 및 상기 제 2 신호에 기초하여 상기 생체의 활력 신호를 결정하는 것을 포함하고,
상기 제 1 신호는 빔 스플리터에 의해 투과된 한 부분이고, 상기 제 2 신호는 상기 빔 스플리터에 의해 투과된 다른 부분이고, 두 부분들은 상기 생체에 의해 반사된 신호로부터 분할되는, 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 신호원은 제 1 장소에 위치되고, 상기 제 1 신호 검출 장치는 제 2 장소에 위치되고, 상기 제 2 신호 검출 장치는 제 3 장소에 위치되는, 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 신호는 상기 생체의 광혈량계(photoplethysmograph:PPG) 신호 및 제 1 움직임 신호를 포함하는, 시스템. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 2 신호는 상기 생체의 제 2 움직임 신호를 포함하는, 시스템. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 장소와 상기 제 2 장소 사이의 거리는 상기 제 1 장소와 상기 제 3 장소 사이의 거리보다 큰, 시스템. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 장소와 상기 생체의 표면 사이의 거리는 상기 제 3 장소와 상기 생체의 표면 사이의 거리보다 작은, 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 신호는 또한 상기 생체에 제 2 신호원에 의해 방출된 제 2 광 빔과 연관되고, 상기 제 2 신호원은 제 4 장소에 위치되는, 시스템. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 2 신호의 투과 방향은 구성요소를 이용하여 변경되고, 상기 구성요소는 상기 제 2 신호 검출 장치와 상기 생체 사이에 위치되는, 시스템. - 제 8 항에 있어서,
상기 구성요소는 렌즈 또는 광 가이드를 포함하는, 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 생체에 상기 제 1 신호원에 의해 방출된 상기 제 1 광 빔은 편광된 광인, 시스템. - 삭제
- 활력 신호를 측정하기 위한 방법에 있어서:
제 1 신호 검출 장치로부터, 제 1 신호원으로부터 방출된 제 1 광 빔과 연관된, 생체의 제 1 신호를 수신하는 단계;
제 2 신호 검출 장치로부터, 상기 제 1 광 빔과 연관되지만 상기 제 1 신호와 다른, 상기 생체의 제 2 신호를 수신하는 단계; 및
상기 제 1 신호 및 상기 제 2 신호에 기초하여 상기 생체의 활력 신호를 결정하는 단계를 포함하고,
상기 제 1 신호는 빔 스플리터에 의해 투과된 한 부분이고, 상기 제 2 신호는 상기 빔 스플리터에 의해 투과된 다른 부분이고, 두 부분들은 상기 생체에 의해 반사된 신호로부터 분할되는, 활력 신호를 측정하기 위한 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 제 1 신호원은 제 1 장소에 위치되고, 상기 제 1 신호 검출 장치는 제 2 장소에 위치되고, 상기 제 2 신호 검출 장치는 제 3 장소에 위치되는, 활력 신호를 측정하기 위한 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 제 1 신호는 상기 생체의 광혈량계 신호 및 제 1 움직임 신호를 포함하는, 활력 신호를 측정하기 위한 방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 제 2 신호는 상기 생체의 제 2 움직임 신호를 포함하는, 활력 신호를 측정하기 위한 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 1 장소와 상기 제 2 장소 사이의 거리는 상기 제 1 장소와 상기 제 3 장소 사이의 거리보다 큰, 활력 신호를 측정하기 위한 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 1 장소와 상기 생체의 표면 사이의 거리는 상기 제 3 장소와 상기 생체의 표면 사이의 거리보다 작은, 활력 신호를 측정하기 위한 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 제 2 신호는 또한 상기 생체에 제 2 신호원에 의해 방출된 제 2 광 빔과 연관되고, 상기 제 2 신호원은 제 4 장소에 위치되는, 활력 신호를 측정하기 위한 방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 제 2 신호의 투과 방향은 구성요소를 이용하여 변경되고, 상기 구성요소는 상기 제 2 신호 검출 장치와 상기 생체 사이에 위치되는, 활력 신호를 측정하기 위한 방법. - 제 19 항에 있어서,
상기 구성요소는 렌즈 또는 광 가이드를 포함하는, 활력 신호를 측정하기 위한 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 생체에 상기 제 1 신호원에 의해 방출된 상기 제 1 광 빔은 편광된 광인, 활력 신호를 측정하기 위한 방법. - 삭제
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