KR102627145B1

KR102627145B1 - 스펙트럼 측정 장치 및 방법

Info

Publication number: KR102627145B1
Application number: KR1020180092172A
Authority: KR
Inventors: 김상규
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2018-08-08
Filing date: 2018-08-08
Publication date: 2024-01-18
Also published as: KR20200017043A; US10921190B2; US20200049561A1

Abstract

스펙트럼 측정 장치 및 방법이 개시된다. 일 양상에 따른 스펙트럼 측정 장치는, 서로 다른 파장의 광을 피검체에 조사하는 복수의 광원과, 상기 피검체로부터 반사, 산란 또는 투과된 광을 수신하고 수신된 광의 강도(intensity)를 측정하는 광 검출부와, 복수의 광원 각각에 다양한 세기의 전류를 인가하여 측정된 광 검출부의 측정 강도를 기반으로, 상기 피검체의 스펙트럼을 획득하는 프로세서를 포함할 수 있다.

Description

스펙트럼 측정 장치 및 방법{Spectrum measurement apparatus and method}

스펙트럼 측정 기술에 관한 것으로, 특히, 다양한 세기의 전류를 광원에 인가하여 피검체의 스펙트럼을 측정할 수 있는 장치 및 방법과 관련된다.

환경 모니터링, 식품 검사, 의료 진단 분야 등 다양한 응용 분야에서 샘플을 분석하기 위해 흡광도를 이용한다. 특히 소형 분광기를 이용하여 피부의 흡광도를 연속적으로 측정하고 이를 분석하여 다양한 생체 정보를 획득하기 위한 연구가 꾸준히 진행되고 있다.

소형 분광기를 구현하기 위해 분광기 내의 소자의 개수를 줄일 필요가 있다. 이를 위해 적은 수의 광원을 이용하여 정확한 피부 스펙트럼을 측정하기 위한 연구가 진행되고 있다.

다양한 세기의 전류를 광원에 인가하여 피검체의 스펙트럼을 측정할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

일 양상에 따른 스펙트럼 측정 장치는, 서로 다른 파장의 광을 피검체에 조사하는 복수의 광원과, 상기 피검체로부터 반사, 산란 또는 투과된 광을 수신하고 수신된 광의 강도(intensity)를 측정하는 광 검출부와, 복수의 광원 각각에 다양한 세기의 전류를 인가하여 측정된 광 검출부의 측정 강도를 기반으로, 상기 피검체의 스펙트럼을 획득하는 프로세서를 포함할 수 있다.

상기 광 검출부는, 설정된 이득에 따라 상기 수신된 광을 증폭할 수 있다.

스펙트럼 측정 장치는, 상기 프로세서의 제어 신호에 따라 상기 복수의 광원에 인가되는 전류의 세기를 조절하는 구동 전류 조절부를 더 포함할 수 있다.

상기 프로세서는, 상기 광 검출부가 포화되지 않도록 상기 광 검출부의 이득을 조절할 수 있다.

상기 프로세서는, 복수의 광원 각각에 다양한 세기의 전류를 인가하여 측정된 광 검출부의 측정 강도를 기반으로, 상기 광 검출부의 포화 여부를 판단할 수 있다.

상기 프로세서는, 상기 복수의 광원에 다양한 세기의 전류를 인가하여 측정된 광 검출부의 측정 강도 및 광원 스펙트럼을 이용하여 스펙트럼 재건 과정을 통해 상기 피검체의 스펙트럼을 획득할 수 있다.

상기 광원 스펙트럼은, 다양한 세기의 전류가 각 광원에 인가되었을 때 각 광원에서 조사되는 광의 스펙트럼일 수 있다.

상기 프로세서는, 내부 또는 외부 데이터베이스로부터 상기 광원 스펙트럼을 획득하거나, 다양한 세기의 전기적 신호를 각 광원에 인가하여 각 광원에서 조사되는 광의 강도를 측정함으로써 상기 광원 스펙트럼을 획득할 수 있다.

다른 양상에 따른 스펙트럼 측정 방법은, 복수의 광원 각각에 다양한 세기의 전류를 인가하여 피검체에 광을 조사하고 상기 피검체로부터 반사, 산란 또는 투과된 광의 강도를 측정하는 단계와, 상기 측정된 강도 및 광원 스펙트럼을 이용하여 상기 피검체의 스펙트럼을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.

스펙트럼 측정 방법은, 광 검출부가 포화되지 않도록 상기 광 검출부의 이득을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 광 검출부의 이득을 조절하는 단계는, 상기 측정된 강도를 기반으로 상기 광 검출부의 포화 여부를 판단하고, 상기 광 검출부가 포화되면 상기 광 검출부의 이득을 조절할 수 있다.

스펙트럼 측정 방법은, 상기 광원 스펙트럼을 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 광원 스펙트럼을 획득하는 단계는, 내부 또는 외부 데이터베이스로부터 상기 광원 스펙트럼을 획득하거나, 다양한 세기의 전기적 신호를 각 광원에 인가하고 각 광원에서 조사되는 광의 강도를 측정함으로써 상기 광원 스펙트럼을 획득할 수 있다.

또 다른 양상에 따른 성분 분석 장치는, 피검체의 스펙트럼을 획득하는 스펙트럼 측정부와, 상기 피검체의 스펙트럼을 분석하여 상기 피검체의 성분을 분석하는 제1 프로세서를 포함하고, 상기 스펙트럼 측정부는, 서로 다른 파장의 광을 피검체에 조사하는 복수의 광원과, 상기 피검체로부터 반사, 산란 또는 투과된 광을 수신하고 수신된 광의 강도(intensity)를 측정하는 광 검출부와, 복수의 광원 각각에 다양한 세기의 전류를 인가하여 측정된 광 검출부의 측정 강도를 기반으로, 상기 피검체의 스펙트럼을 획득하는 제2 프로세서를 포함할 수 있다.

복수의 광원 각각에 다양한 세기의 전류를 인가하여 피검체의 스펙트럼을 측정함으로써, 제한된 개수의 광원으로 더욱 정확한 스펙트럼을 획득할 수 있다.

도 1은 스펙트럼 측정 장치의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 2는 스펙트럼 측정 장치의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 3은 성분 분석 장치의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 4는 스펙트럼 측정 방법의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 5는 스펙트럼 측정 방법의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 6은 스펙트럼 측정 방법의 또 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 7은 성분 분석 방법의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 8은 LED-PD 구조의 예를 도시한 도면이다.
도 9은 LED-PD 구조의 다른 예를 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

한편, 각 단계들에 있어, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 수행될 수 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.

후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하고, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주 기능별로 구분한 것에 불과하다. 즉, 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있다. 각 구성부는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 1은 스펙트럼 측정 장치의 일 실시예를 도시한 블록도이다.

스펙트럼 측정 장치(100)는 기존의 전자 장치에 탑재된 LED-PD를 활용하여 피검체의 스펙트럼을 측정할 수 있는 장치로, 전자 장치에 탑재될 수 있다. 이때 전자 장치는 휴대폰, 스파트폰, 타블렛, 노트북, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 플레이어, 디지털 카메라, 웨어러블 디바이스 등을 포함할 수 있고, 웨어러블 디바이스는 손목시계형, 손목 밴드형, 반지형, 벨트형, 목걸이형, 발목 밴드형, 허벅지 밴드형, 팔뚝 밴드형 등을 포함할 수 있다. 그러나 전자 장치는 상술한 예에 제한되지 않으며, 웨어러블 디바이스 역시 상술한 예에 제한되지 않는다.

도 1을 참조하면, 스펙트럼 측정 장치(100)는 광원부(110), 광 검출부(120), 구동 전류 조절부(130), 및 프로세서(140)를 포함할 수 있다.

광원부(110)는 피검체에 광을 조사할 수 있다. 광원부(110)는 피검체에 서로 다른 파장의 광을 조사하는 복수의 광원(111, 112)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 각 광원(111, 112)은 서로 다른 파장의 가시광선 또는 근적외선을 피검체에 조사할 수 있다. 그러나, 측정 목적이나 분석하고자 하는 구성 성분의 종류에 따라서 각 광원에서 조사되는 광의 파장은 달라질 수 있다. 그리고 각 광원(111, 112)은 반드시 단일의 발광체로 구성될 필요는 없으며, 다수의 발광체의 집합으로 구성될 수 있다. 일 실시예에 따르면 광원(111, 112)은 발광 다이오드(light emitting diode, LED) 또는 레이저 다이오드(laser diode) 등을 포함할 수 있으나 이는 일 실시예에 불과할 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.

각 광원(111, 112)은 각 광원(111, 112)에 인가되는 전류의 세기에 따라, 피크 파장 및 광량이 조절될 수 있다. 예컨대, 각 광원(111, 112)에 인가되는 전류의 세기가 증가하면, 각 광원(111, 112)에서 조사되는 광량은 증가하며, 각 광원(111, 112)의 피크 파장은 쉬프트(shift)될 수 있다.

한편, 광원부(110)는 각 광원(111, 112)으로부터 조사된 광이 피검체의 필요한 위치를 향하도록 하는 적어도 하나의 광학 요소(예컨대, 거울 등)를 더 포함할 수 있다.

광 검출부(120)는 각 광원(111, 112)에서 조사된 광 중에서 피검체에 반사, 산란 또는 투과된 광을 수신하고 수신된 광의 강도(intensity)를 측정할 수 있다. 이때 광 검출부(120)는 설정된 이득에 따라 수신된 광을 증폭시킬 수 있다. 일 실시예에 따르면, 광 검출부(120)는 포토 다이오드(photo diode), 포토 트랜지스터(photo transistor, PTr) 또는 전자 결합 소자(charge-coupled device, CCD)등을 포함할 수 있다. 광 검출부(130)는 반드시 하나의 소자로 구성될 필요는 없으며, 다수의 소자들이 모여 어레이 형태로 구성될 수도 있다.

한편, 광 검출부(120)는 피검체로부터 반사, 산란 또는 투과된 광이 광 검출부(120)로 향하도록 하는 적어도 하나의 광학 요소(예컨대, 거울 등)를 더 포함할 수 있다.

구동 전류 조절부(130)는 프로세서(140)의 제어 신호에 따라 각 광원(111, 112)에 인가되는 전류의 세기를 조절하여 각 광원(111, 112)에서 출력되는 광의 피크 파장 및 광량을 조절할 수 있다.

프로세서(140)는 스펙트럼 측정 장치(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.

프로세서(140)는 구동 전류 조절부(130)를 제어하여 각 광원(111, 112)에 다양한 세기의 전류를 인가할 수 있다. 예컨대, 프로세서(140)는 1mA에서 200mA까지 소정 크기로 증가시켜가며 각 광원(111, 112)에 전류를 인가할 수 있다. 이때, 시작 전류인 1mA와 종료 전류인 200mA는 일 실시예에 불과할 뿐 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 소정 크기는 시스템의 성능 또는 용도에 따라 다양하게 설정될 수 있다.

프로세서(140)는 광 검출부(120)가 포화되지 않도록 광 검출부(120)의 이득을 조절할 수 있다. 광원(111, 112)에 인가되는 전류의 세기가 증가할수록 광원(111, 112)에서 조사되는 광량은 증가할 수 있다. 또한, 광 검출부(120)에서 측정할 수 있는 광 강도는 유한하므로 광 검출부(120)에서 수신된 광의 강도가 일정 범위 이상이면 광 검출부(120)는 포화될 수 있다. 따라서, 일 실시예에 따르면, 프로세서(140)는 각 광원(111, 112)에 다양한 세기의 전류를 인가하여 측정된 광 검출부(120)의 측정 강도를 기반으로, 광 검출부(120)의 포화 여부를 판단하고 광 검출부(120)가 포화되면 광 검출부(120)의 이득을 조절할 수 있다.

프로세서(140)는 각 광원(111, 112)에 다양한 세기의 전류를 인가하여 측정된 광 검출부(120)의 측정 강도를 기반으로, 피검체의 스펙트럼을 획득할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(140)는 각 광원(111, 112)에 다양한 세기의 전류를 인가하여 측정된 광 검출부(120)의 측정 강도, 및 광원 스펙트럼을 이용하여 스펙트럼 재건 과정을 통해 피검체의 스펙트럼을 획득할 수 있다. 이때, 광원 스펙트럼은 다양한 세기의 전류가 각 광원(111, 112)에 인가되었을 때 각 광원(111, 112)에서 조사되는 광의 스펙트럼으로, 광원 스펙트럼에 대한 정보는 내부 또는 외부 데이터베이스에 미리 저장되어 이로부터 획득될 수도 있으며, 프로세서(140)가 구동 전류 조절부(130)를 제어하여 다양한 세기의 전류를 각 광원(111, 112)에 인가하고 다양한 세기의 인가 전류에 따라 각 광원(111, 112)에서 조사되는 광의 강도를 측정함으로써 획득할 수도 있다.

일 실시예에 따르면, 프로세서(140)는 수학식 1을 이용하여 피검체의 스펙트럼을 획득할 수 있다.

여기서, 은 피검체의 스펙트럼을, 는 광원 스펙트럼을, 는 광 검출부의 파장별 감도(sensitivity)를, 는 광 검출부의 측정 강도를 각각 나타낼 수 있다.

한편, 일 실시예에 따르면, 프로세서(140)는 광 검출부(120)가 포화되지 않는 전류의 세기를 고려하여 각 광원(111, 112)에 다양한 세기의 전류를 인가할 수 있도록 구동 전류 조절부(130)를 제어할 수 있다. 예컨대, 광원(111)에 300mA의 전류를 인가하였을 때 광 검출부(120)가 포화된다고 가정하면, 프로세서(140)는 구동 전류 조절부(130)를 제어하여 1mA에서 300mA까지 소정 크기로 증가시켜가며 광원(111)에 전류를 인가할 수 있다. 또한, 광원(112)에 250mA의 전류를 인가하였을 때 광 검출부(120)가 포화된다고 가정하면, 프로세서(140)는 구동 전류 조절부(130)를 제어하여 1mA에서 250mA까지 소정 크기로 증가시켜가며 광원(112)에 전류를 인가할 수 있다. 이때, 광 검출부(120)가 포화되는 각 광원(111, 112)의 인가 전류에 대한 정보는 미리 측정되어 내부 또는 외부 데이터베이스에 저장될 수 있다.

한편, 광원부(110) 및 광 검출부(120)는 스펙트럼 측정 장치(100)가 탑재되는 전자 장치에 이미 존재하는 구성일 수 있다. 즉, 일 실시예에 따른 스펙트럼 측정 장치(100)는 별개의 광원부(110) 및 광 검출부(120)를 추가하지 않고, 스펙트럼 측정 장치(100)가 탑재되는 전자 장치에 이미 존재하는 광원부(110) 및 광 검출부(120)를 이용하여 스펙트럼을 측정할 수 있다.

도 2는 스펙트럼 측정 장치의 다른 실시예를 도시한 도면이다.

스펙트럼 측정 장치(200)는 전자 장치에 탑재될 수 있다. 이때 전자 장치는 휴대폰, 스파트폰, 타블렛, 노트북, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 플레이어, 디지털 카메라, 웨어러블 디바이스 등을 포함할 수 있고, 웨어러블 디바이스는 손목시계형, 손목 밴드형, 반지형, 벨트형, 목걸이형, 발목 밴드형, 허벅지 밴드형, 팔뚝 밴드형 등을 포함할 수 있다. 그러나 전자 장치는 상술한 예에 제한되지 않으며, 웨어러블 디바이스 역시 상술한 예에 제한되지 않는다.

도 2를 참조하면, 스펙트럼 측정 장치(100)는 광원부(210), 광 검출부(220), 구동 전류 조절부(230), 프로세서(240), 입력부(250), 저장부(260), 통신부(270) 및 출력부(280)를 포함할 수 있다. 여기서, 광원부(210), 광 검출부(220), 구동 전류 조절부(230), 프로세서(240)는 도 1의 광원부(110), 광 검출부(120), 구동 전류 조절부(130), 프로세서(140)와 동일하므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

입력부(250)는 사용자로부터 다양한 조작신호를 입력 받을 수 있다. 일 실시예에 따르면, 입력부(250)는 키 패드(key pad), 돔 스위치(dome switch), 터치 패드(touch pad)(감압식, 정전용량식, 전자기공명식, 능동 정전기식 등), 조그 휠(Jog wheel), 조그 스위치(Jog switch), H/W 버튼 등을 포함할 수 있다. 특히, 터치 패드가 디스플레이와 상호 레이어 구조를 이룰 경우, 이를 터치 스크린이라 부를 수 있다.

저장부(260)는 스펙트럼 측정 장치(200)의 동작을 위한 프로그램 또는 명령들을 저장할 수 있고, 스펙트럼 측정 장치(200)에 입력되는 데이터 및 생체 스펙트럼 측정 장치(200)로부터 출력되는 데이터를 저장할 수 있다. 또한, 저장부(260)는 스펙트럼 측정 장치(200)에서 처리된 데이터 및 스펙트럼 측정 장치(200)의 데이터 처리에 필요한 데이터를 저장할 수 있다.

저장부(260)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드 디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예컨대, SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), PROM(Programmable Read Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 등 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 또한, 스펙트럼 측정 장치(200)는 인터넷 상에서 저장부(260)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage) 등 외부 저장 매체를 운영할 수도 있다.

통신부(270)는 외부 장치와 통신을 수행할 수 있다. 예컨대, 통신부(270)는 스펙트럼 측정 장치(200)에서 취급하는 데이터 또는 스펙트럼 측정 장치(200)의 처리 결과 데이터 등을 외부 장치로 전송하거나, 외부 장치로부터 피검체의 스펙트럼 측정에 필요하거나 도움이 되는 다양한 데이터를 수신할 수 있다.

이때, 외부 장치는 스펙트럼 측정 장치(200)에서 취급하는 데이터 또는 스펙트럼 측정 장치(200)의 처리 결과 데이터 등을 사용하는 의료 장비, 결과물을 출력하기 위한 프린트 또는 디스플레이 장치일 수 있다. 이외에도 외부 장치는 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터, 휴대폰, 스마트폰, 태블릿, 노트북, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 플레이어, 디지털 카메라, 웨어러블 디바이스 등 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

통신부(270)는 블루투스(bluetooth) 통신, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신, 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC), WLAN 통신, 지그비(Zigbee) 통신, 적외선(Infrared Data Association, IrDA) 통신, WFD(Wi-Fi Direct) 통신, UWB(ultra-wideband) 통신, Ant+ 통신, WIFI 통신, RFID(Radio Frequency Identification) 통신, 3G 통신, 4G 통신 및 5G 통신 등을 이용하여 외부 장치와 통신할 수 있다. 그러나, 이는 일 예에 불과할 뿐이며, 이에 한정되는 것은 아니다.

출력부(280)는 스펙트럼 측정 장치(200)에서 취급하는 데이터 또는 스펙트럼 측정 장치(200)의 처리 결과 데이터 등을 출력할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 출력부(280)는 스펙트럼 측정 장치(200)에서 취급하는 데이터 또는 스펙트럼 측정 장치(200)의 처리 결과 데이터 등을 청각적 방법, 시각적 방법 및 촉각적 방법 중 적어도 하나의 방법으로 출력할 수 있다. 이를 위해 출력부(280)는 디스플레이, 스피커, 진동기 등을 포함할 수 있다.

도 3은 성분 분석 장치의 일 실시예를 도시한 도면이다.

성분 분석 장치(300)는 전자 장치에 탑재될 수 있다. 이때 전자 장치는 휴대폰, 스파트폰, 타블렛, 노트북, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 플레이어, 디지털 카메라, 웨어러블 디바이스 등을 포함할 수 있고, 웨어러블 디바이스는 손목시계형, 손목 밴드형, 반지형, 벨트형, 목걸이형, 발목 밴드형, 허벅지 밴드형, 팔뚝 밴드형 등을 포함할 수 있다. 그러나 전자 장치는 상술한 예에 제한되지 않으며, 웨어러블 디바이스 역시 상술한 예에 제한되지 않는다.

도 3을 참조하면, 성분 분석 장치(300)는 스펙트럼 측정부(310) 및 프로세서(320)를 포함할 수 있다. 여기서, 스펙트럼 측정부(310)는 도 1 및 도 2를 참조하여 전술한 스펙트럼 측정 장치(100, 200)와 동일하므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

프로세서(320)는 스펙트럼 측정부(310)에서 측정된 피검체의 스펙트럼을 분석하여 피검체의 성분을 분석할 수 있다. 여기서 성분은 피검체의 종류에 따라 다양할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 프로세서(320)는 흡수 스펙트럼 분석법을 이용하여 피검체의 성분을 분석할 수 있다.

흡수 스펙트럼 분석법은 피검체에 광대역(broadband) 광을 조사한 후, 피검체 밖으로 확산 반사(diffused reflection)을 통해 다시 방출되는 광을 분석하여 피검체내 성분이 흡수한 광량을 계산하여 성분을 예측하는 방법일 수 있다.

프로세서(320)는 분석된 성분을 기반으로 피검체를 식별하고, 식별된 피검체의 물성을 판단할 수 있다. 프로세서(320)는 피검체 종류 별 성분에 대한 정보 및 각 성분의 양과 물성의 관계 정보를 이용하여 피검체를 식별하고 식별된 피검체의 물성을 판단할 수 있다. 이때 피검체 종류 별 성분에 대한 정보 및 각 성분의 양과 물성의 관계 정보는 내부 또는 외부 데이터베이스에 저장될 수 있다.

스펙트럼 측정부(310)와 프로세서(320)는 유선 또는 무선으로 서로 연결될 수 있다. 예를 들어, 성분 분석 장치(300)는 스펙트럼 측정부(310)와 프로세서(320)가 유선 연결된 소형 휴대용 기기로 구현될 수 있다. 또는, 프로세서(320)가 모바일 단말에 탑재되어 스펙트럼 측정부(310)와 무선 통신하도록 구현될 수도 있다.

도 4는 스펙트럼 측정 방법의 일 실시예를 도시한 도면이다. 도 4의 스펙트럼 측정 방법은 도 1 및 도 2의 스펙트럼 측정 장치(100, 200)에 의해 수행될 수 있다.

도 4를 참조하면, 스펙트럼 측정 장치는 다양한 세기의 전류를 서로 다른 파장의 광을 조사하는 복수의 광원 각각에 인가하여 피검체에 광을 조사하고, 피검체로부터 반사, 산란 또는 투과된 광의 강도를 측정할 수 있다(410). 여기서, 각 광원은 서로 다른 파장의 가시광선 또는 근적외선을 피검체에 조사하며, 인가되는 전류의 세기에 따라 각 광원에서 조사되는 광량은 증가 또는 감소하며 각 광원의 피크 파장은 쉬프트(shift)될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 스펙트럼 측정 장치는 1mA에서 200mA까지 소정 크기로 증가시켜가며 각 광원에 전류를 인가할 수 있다. 이때, 시작 전류인 1mA와 종료 전류인 200mA는 일 실시예에 불과할 뿐 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 소정 크기는 시스템의 성능 또는 용도에 따라 다양하게 설정될 수 있다.

스펙트럼 측정 장치는 각 광원에 다양한 세기의 전류를 인가하여 측정된 측정 강도를 기반으로, 피검체의 스펙트럼을 획득할 수 있다(420). 일 실시예에 따르면, 스펙트럼 측정 장치는 각 광원에 다양한 세기의 전류를 인가하여 측정된 광 검출부의 측정 강도, 및 광원 스펙트럼을 이용하여 스펙트럼 재건 과정을 통해 피검체의 스펙트럼을 획득할 수 있다. 이때, 광원 스펙트럼은 다양한 세기의 전류가 각 광원에 인가되었을 때 각 광원에서 조사되는 광의 스펙트럼일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 스펙트럼 측정 장치는 수학식 1을 이용하여 피검체의 스펙트럼을 획득할 수 있다.

도 5는 스펙트럼 측정 방법의 다른 실시예를 도시한 도면이다. 도 5의 스펙트럼 측정 방법은 도 1 및 도 2의 스펙트럼 측정 장치(100, 200)에 의해 수행될 수 있다. 여기서, 단계 520 및 단계 530은 도 4의 단계 410 및 단계 420과 각각 동일하므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 5를 참조하면, 스펙트럼 측정 장치는 광원 스펙트럼을 획득할 수 있다(510). 예컨대, 스펙트럼 측정 장치는 내부 또는 외부 데이터베이스로부터 광원 스펙트럼을 획득하거나, 다양한 세기의 전류를 각 광원에 인가하고 다양한 세기의 인가 전류에 따라 각 광원에서 조사되는 광의 강도를 측정함으로써 광원 스펙트럼을 획득할 수 있다.

도 6은 스펙트럼 측정 방법의 또 다른 실시예를 도시한 도면이다. 도 6의 스펙트럼 측정 방법은 도 1 및 도 2의 스펙트럼 측정 장치(100, 200)에 의해 수행될 수 있다. 여기서, 단계 610 및 단계 630은 도 4의 단계 410 및 단계 420과 각각 동일하므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 6을 참조하면, 스펙트럼 측정 장치는 단계 610에서 측정된 광 검출부의 측정 강도를 기반으로, 광 검출부의 포화 여부를 판단하고(620), 광 검출부가 포화되면 광 검출부의 이득을 조절할 수 있다. 또한, 스펙트럼 측정 장치는 단계 620의 판단 결과 광 검출부가 포화되지 않으면, 단계 630으로 진행하여 단계 610에서 측정된 광 검출부의 측정 강도를 이용하여 피검체의 스펙트럼을 획득할 수 있다.

도 7은 성분 분석 방법의 일 실시예를 도시한 도면이다. 도 7의 성분 분석 방법은 도 3의 성분 분석 장치(300)에 의해 수행될 수 있다.

도 7을 참조하면, 성분 분석 장치는 다양한 세기의 전류를 서로 다른 파장의 광을 조사하는 복수의 광원 각각에 인가하여 피검체에 광을 조사하고, 피검체로부터 반사, 산란 또는 투과된 광의 강도를 측정할 수 있다(710).

성분 분석 장치는 각 광원에 다양한 세기의 전류를 인가하여 측정된 측정 강도를 기반으로, 피검체의 스펙트럼을 획득할 수 있다(720).

성분 분석 장치는 획득된 피검체의 스펙트럼을 분석하여 피검체의 성분을 분석할 수 있다(730). 여기서 성분은 피검체의 종류에 따라 다양할 수 있다. 예컨대, 성분 분석 장치는 흡수 스펙트럼 분석법을 이용하여 피검체의 성분을 분석할 수 있다.

한편, 추가적 실시예에 따르면, 성분 분석 장치는 분석된 성분을 기반으로 피검체를 식별하고, 식별된 피검체의 물성을 판단할 수 있다.

도 8은 LED-PD 구조의 예를 도시한 도면이다. 도 8의 LED-PD 구조는 도 1의 광원부(110) 및 광 검출부(120)의 구조의 일 실시예일 수 있다.

도 8을 참조하면, LED-PD 구조는 4개의 LED로 이루어진 LED 어레이와 1개의 포토 다이오드(PD)로 형성될 수 있다. LED는 각각 λ₁, λ₂, λ₃, λ₄의 피크 파장을 가질 수 있으며, 인가되는 전류의 세기에 따라 피크 파장은 변경될 수 있다. 여기서, λ₁은 적외선 파장, λ₂는 적색(red) 파장, λ₃은 녹색(green) 파장, λ₄는 청색(blue) 파장일 수 있다.

각 LED는 소정의 제어 신호 및 인가된 전류에 순차적으로 구동하면서 인가된 전류에 대응하는 피크 파장의 광을 피검체(OBJ)에 조사하고, 포토 다이오드(PD)는 피검체(OBJ)로부터 되돌아오는 광을 검출한다.

도 8에 도시된 바와 같이, 포토 다이오드(PD)는 LED 어레이의 외곽에 배치될 수 있다.

한편, 도 8은 LED가 4개인 것으로 도시하나 이는 일 실시예에 불과할 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.

도 9은 LED-PD 구조의 다른 예를 도시한 도면이다. 도 9의 LED-PD 구조는 도 1의 광원부(110) 및 광 검출부(120)의 구조의 일 실시예일 수 있다.

도 9를 참조하면, LED-PD 구조는 n개의 LED로 이루어진 LED 어레이와 1개의 포토 다이오드(PD)로 형성될 수 있다. LED는 각각 λ₁, λ₂, λ₃,…, λ_n의 피크 파장을 가질 수 있으며, 인가되는 전류의 세기에 따라 피크 파장은 변경될 수 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, LED 어레이는 포토 다이오드(PD)의 외곽에서 포토 다이오드(PD)의 주위를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 예컨대, LED 어레이는 포토 다이오드(PD)를 중심으로 포토 다이오드(PD)의 주위를 둘러싸도록 동심원 모양으로 배치될 수 있다.

본 발명의 일 양상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있다. 상기의 프로그램을 구현하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함할 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 디스크 등을 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 작성되고 실행될 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 실시 예에 한정되지 않고 특허 청구범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.

100: 스펙트럼 측정 장치
110: 광원부
111, 112: 광원
120: 광 검출부
130: 구동 전류 조절부
140: 프로세서

Claims

서로 다른 파장의 광을 피검체에 조사하는 복수의 광원;
상기 피검체로부터 반사, 산란 또는 투과된 광을 수신하고 수신된 광의 강도(intensity)를 측정하는 광 검출부;
복수의 광원 각각에 다양한 세기의 전류를 인가하여 측정된 광 검출부의 측정 강도를 기반으로, 상기 피검체의 스펙트럼을 획득하는 프로세서; 를 포함하고,
상기 광 검출부는,
설정된 이득에 따라 상기 수신된 광을 증폭하는,
스펙트럼 측정 장치.
삭제
서로 다른 파장의 광을 피검체에 조사하는 복수의 광원;
상기 피검체로부터 반사, 산란 또는 투과된 광을 수신하고 수신된 광의 강도(intensity)를 측정하는 광 검출부;
복수의 광원 각각에 다양한 세기의 전류를 인가하여 측정된 광 검출부의 측정 강도를 기반으로, 상기 피검체의 스펙트럼을 획득하는 프로세서; 및
상기 프로세서의 제어 신호에 따라 상기 복수의 광원에 인가되는 전류의 세기를 조절하는 구동 전류 조절부를 포함하는,
스펙트럼 측정 장치.
서로 다른 파장의 광을 피검체에 조사하는 복수의 광원;
상기 피검체로부터 반사, 산란 또는 투과된 광을 수신하고 수신된 광의 강도(intensity)를 측정하는 광 검출부; 및
복수의 광원 각각에 다양한 세기의 전류를 인가하여 측정된 광 검출부의 측정 강도를 기반으로, 상기 피검체의 스펙트럼을 획득하는 프로세서; 를 포함하고,
상기 프로세서는,
상기 광 검출부가 포화되지 않도록 상기 광 검출부의 이득을 조절하는,
스펙트럼 측정 장치.
제4항에 있어서,
상기 프로세서는,
복수의 광원 각각에 다양한 세기의 전류를 인가하여 측정된 광 검출부의 측정 강도를 기반으로, 상기 광 검출부의 포화 여부를 판단하는,
스펙트럼 측정 장치.
서로 다른 파장의 광을 피검체에 조사하는 복수의 광원;
상기 피검체로부터 반사, 산란 또는 투과된 광을 수신하고 수신된 광의 강도(intensity)를 측정하는 광 검출부; 및
복수의 광원 각각에 다양한 세기의 전류를 인가하여 측정된 광 검출부의 측정 강도를 기반으로, 상기 피검체의 스펙트럼을 획득하는 프로세서; 를 포함하고,
상기 프로세서는,
상기 복수의 광원에 다양한 세기의 전류를 인가하여 측정된 광 검출부의 측정 강도 및 광원 스펙트럼을 이용하여 스펙트럼 재건 과정을 통해 상기 피검체의 스펙트럼을 획득하는,
스펙트럼 측정 장치.
제6항에 있어서,
상기 광원 스펙트럼은,
다양한 세기의 전류가 각 광원에 인가되었을 때 각 광원에서 조사되는 광의 스펙트럼인,
스펙트럼 측정 장치.
제6항에 있어서,
상기 프로세서는,
내부 또는 외부 데이터베이스로부터 상기 광원 스펙트럼을 획득하거나, 다양한 세기의 전기적 신호를 각 광원에 인가하여 각 광원에서 조사되는 광의 강도를 측정함으로써 상기 광원 스펙트럼을 획득하는,
스펙트럼 측정 장치.
삭제
복수의 광원 각각에 다양한 세기의 전류를 인가하여 피검체에 광을 조사하고, 광 검출부를 통해 상기 피검체로부터 반사, 산란 또는 투과된 광의 강도를 측정하는 단계;
상기 광 검출부가 포화되지 않도록 상기 광 검출부의 이득을 조절하는 단계; 및
상기 측정된 강도 및 광원 스펙트럼을 이용하여 상기 피검체의 스펙트럼을 획득하는 단계; 를 포함하는,
스펙트럼 측정 방법.
제10항에 있어서,
상기 광 검출부의 이득을 조절하는 단계는,
상기 측정된 강도를 기반으로 상기 광 검출부의 포화 여부를 판단하고, 상기 광 검출부가 포화되면 상기 광 검출부의 이득을 조절하는,
스펙트럼 측정 방법.
복수의 광원 각각에 다양한 세기의 전류를 인가하여 피검체에 광을 조사하고 상기 피검체로부터 반사, 산란 또는 투과된 광의 강도를 측정하는 단계; 및
상기 측정된 강도 및 광원 스펙트럼을 이용하여 상기 피검체의 스펙트럼을 획득하는 단계; 를 포함하고,
상기 광원 스펙트럼은,
다양한 세기의 전류가 각 광원에 인가되었을 때 각 광원에서 조사되는 광의 스펙트럼인,
스펙트럼 측정 방법.
복수의 광원 각각에 다양한 세기의 전류를 인가하여 피검체에 광을 조사하고 상기 피검체로부터 반사, 산란 또는 투과된 광의 강도를 측정하는 단계;
광원 스펙트럼을 획득하는 단계; 및
상기 측정된 강도 및 상기 광원 스펙트럼을 이용하여 상기 피검체의 스펙트럼을 획득하는 단계를 포함하는,
스펙트럼 측정 방법.
제13항에 있어서,
상기 광원 스펙트럼을 획득하는 단계는,
내부 또는 외부 데이터베이스로부터 상기 광원 스펙트럼을 획득하거나, 다양한 세기의 전기적 신호를 각 광원에 인가하고 각 광원에서 조사되는 광의 강도를 측정함으로써 상기 광원 스펙트럼을 획득하는,
스펙트럼 측정 방법.
피검체의 스펙트럼을 획득하는 스펙트럼 측정부;
상기 피검체의 스펙트럼을 분석하여 상기 피검체의 성분을 분석하는 제1 프로세서; 를 포함하고,
상기 스펙트럼 측정부는,
서로 다른 파장의 광을 피검체에 조사하는 복수의 광원;
상기 피검체로부터 반사, 산란 또는 투과된 광을 수신하고 수신된 광의 강도(intensity)를 측정하는 광 검출부;
복수의 광원 각각에 다양한 세기의 전류를 인가하여 측정된 광 검출부의 측정 강도를 기반으로, 상기 피검체의 스펙트럼을 획득하는 제2 프로세서; 를 포함하는,
성분 분석 장치.