KR20080016339A

KR20080016339A - 피부 수화도 측정 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20080016339A
Application number: KR1020060078357A
Authority: KR
Inventors: 장우영; 김홍식; 박정제; 김상룡; 신건수
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-08-18
Filing date: 2006-08-18
Publication date: 2008-02-21
Also published as: US20080045816A1; US8273021B2; KR100862287B1

Abstract

본 발명에 따른 피부 수화도 측정 장치는, 사용자 피부로 소정의 전압을 인가하고, 상기 사용자 피부에 흐르는 전류 신호를 검출하는 전극 모듈; 및 상기 전류 신호 및 선정된(predefined) 페이즈(phase) 신호를 이용하여 상기 사용자 피부의 수화도(skin water content) 및 한선 활동도(activity of sweat duct)를 측정하는 측정 제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

피부 수화도, 한선, 서셉턴스, 컨덕턴스

Description

피부 수화도 측정 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR MEASURING SKIN MOISTURE CONTENT AND METHOD FOR THE OPERATING THE APPARATUS}

도 1은 피부의 생리학적인 구조를 전기적으로 모델링한 회로도.

도 2는 피부 수화도 측정 원리의 개념을 도시한 블록도.

도 3은 피부 수화도 측정 결과에 따른 어드미턴스를 도시한 그래프.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 피부 수화도 측정 장치의 구성을 도시한 블록도.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 피부 수화도 측정 장치의 구성을 도시한 블록도.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 피부 수화도 측정 방법의 흐름을 도시한 순서도.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 피부 수화도 측정 방법의 흐름을 도시한 순서도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

411: R 전극 412: M 전극

413: C 전극 420: 전압 인가부

430: 신호 변환부 440: 신호 인가부

450: 서셉턴스 측정부 460: 컨덕턴스 측정부

본 발명은 피부 수화도 측정 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피부 각질층(Stratum Corneum)의 수분 함유량인 피부 수화도(skin water content)를 측정하는 경우, 한선의 활동도(activity of sweat duct)를 함께 측정하여 상기 한선 활동도가 상기 피부 수화도에 미치는 영향 또는 스트레스를 추정함으로써, 보다 정확한 피부 수화도 측정을 보장하는 피부 수화도 측정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

많은 사람들이 미용에 관심을 갖기 시작하면서, 피부 미용에 대한 관심 또한 나날이 증가하고 있다. 건강한 피부에 대한 욕구는 단지 미용 분야에만 국한되지 않고 오존층의 파괴에 따라 강해지는 자외선 및 각종 공해로부터 피부의 건강을 지키기 위한 의료 분야의 성장에도 영향을 미치고 있다.

피부는 인체 장기 중 최외곽에 존재하고 있는 장기(Organ)이며 외부로부터의 세균 및 유해물질 침입 방지, 방수, 방한, 내부 체온 유지 등의 중요한 기능을 수행한다. 이러한 피부의 기본 기능을 유지하는데 가장 중요한 요소는 각질층의 수분 함유량이다. 흔히 각질층의 피부 수분 함유량을 피부 수화도라고 호칭한다. 적절한 각질층의 수분 함유량이 유지되어야만 외부로부터의 유해 물질의 침입을 방지할 수 있고 내부의 수분 증발량도 억제하여 기본적인 피부의 기능을 수행할 수 있 다.

피부 미용 및 관리의 관점에서도 피부 수화도는 기본적으로 가장 중요한 요소로 취급되고 있다. 따라서, 피부 관리의 기초는 보습 관리로부터 시작하며 자신의 피부 수분량의 정도를 알고 이에 대한 관리를 하는 것이 가장 중요하다고 할 수 있다.

종래의 피부 수화도 측정 방법으로는 전기적 측정 방식, 광학적 측정 방식, MRI를 이용하는 방법 등이 있다. 상기 방법들 중 전기적인 방법이 널리 사용되고 있는데, 특히 저주파수의 정현파를 이용하여 3전극 방식으로 어드미턴스(Admittance)의 교류(AC) 성분인 서셉턴스(Susceptance)를 측정하는 방식이 주로 사용되고 있다.

또한, 피부의 한선 활동도는 피부 전기전도도(GSR: Galvanic Skin Response or EDR: ElectroDermal Response)를 통해 측정할 수 있다. 상기 피부의 한선 활동도는 인체의 감성 상태나 스트레스 정도를 측정하는데 사용될 수 있다. 상기 피부의 한선 활동도는 주로 DC 전압을 통해 측정할 수 있는데, 최근에는 접촉 저항의 영향을 제거하기 위하여 AC 전압을 통해 측정하는 방법 또한 사용되고 있다.

앞서 언급한 바와 같이, 피부 수화도란 피부 각질층만의 수분 함유량을 의미한다. 따라서, 피부 수화도 측정에서 가장 중요한 것은 각질층만의 수분 함유량을 정확하게 측정하는 것이다. 피부에서 각질층 이외의 표피 층이나 진피 층에는 항상 충분한 수분이 존재하고 있다. 따라서, 피부가 외부 환경에 대한 장벽의 역할을 충분히 수행하기 위해서는, 죽은 세포들, 예를 들어 케라틴이나 지질들로 구성 되고 피부의 최외각에 위치하는 각질층 내부에 수분이 얼마나 충분하게 함유되어 있는가가 가장 중요하다.

피부 부위 별로 그 밀도는 다르지만, 각질층 내에는 땀의 이동 경로인 한선(sweat duct)이 존재한다. 한선은 아주 많은 수분을 함유하고 있으므로, 피부 수화도 측정에 영향을 미칠 수 있다. 즉, 피부 수화도는 각질층의 수분 함유량을 의미하는데 상기 피부 수화도 측정 부위에 한선이 존재하여 상기 한선 활동의 영향을 받는다면, 피부 수화도 측정에 오류가 발생할 수 있다.

따라서, 피부 수화도 측정에 있어서 피부의 어떠한 부위를 측정하더라도 한선의 영향을 최소화시켜 각질층만의 수분 함유량을 측정하는 것이 가장 중요한 요소라 할 수 있다. 이에, 피부 수화도 측정시, 한선의 영향을 최소화하여 각질층만의 피부 수분 함유량을 정확하게 측정하고, 상기 한선의 활동도를 포함하는 피부 수화도 정보를 사용자에게 제공할 수 있는 피부 수화도 측정 장치의 개발이 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 피부 수화도를 측정하는 경우, 각질층의 피부 수분 함유량 및 한선 활동도를 동시에 측정하여 상기 한선 활동도를 포함하는 피부 수화도 정보를 사용자에게 제공하는 피부 수화도 측정 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 측정한 한선 활동도를 통해 상기 사용자의 스트레스 정도를 판단하고, 상기 스트레스 정보를 상기 한선 활동도가 고려된 피부 수화도 정보와 함께 사용자에게 제공할 수 있는 피부 수화도 측정 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 이루고 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 피부 수화도 측정 장치는, 사용자 피부로 소정의 전압을 인가하고, 상기 사용자 피부에 흐르는 전류 신호를 검출하는 전극 모듈; 및 상기 전류 신호 및 선정된(predefined) 페이즈(phase) 신호를 이용하여 상기 사용자 피부의 수화도(skin water content) 및 한선 활동도(activity of sweat duct)를 측정하는 측정 제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 측정 제어 모듈은, 상기 전류 신호를 전압 신호로 변환하는 신호 변환부; 상기 전압 신호에 대한 인-페이즈(in-phase) 신호 및 아웃-페이즈(out-phase) 신호를 생성하여 상기 전압 신호에 인가하는 신호 인가부; 상기 전압 신호 및 상기 인-페이즈 신호를 동기시켜 상기 전류 신호의 컨덕턴스(conductance)를 측정하는 컨덕턴스 측정부; 및 상기 전압 신호 및 상기 아웃-페이즈 신호를 동기시켜 상기 전류 신호의 서셉턴스(susceptance)를 측정하는 서셉턴스 측정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 피부 수화도 측정 장치는, 사용자 피부로 소정의 전압을 인가하고, 상기 사용자 피부에 흐르는 전류 신호를 검출하는 전극 모듈; 및 상기 전류 신호의 교류(AC) 신호 및 직류(DC) 신호를 이용하여 상기 사용자 피부의 수화도 및 한선(sweat glands) 활동도를 측정하는 측정 제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 측정 제어 모듈은, 상기 전류 신호를 전압 신호로 변환하는 신호 변환부; 상기 전압 신호를 고대역 필터링하여 교류 전압 신호를 생성하는 고대역 통과 필터(high pass filter); 상기 전압 신호에 대한 아웃-페이즈(out-phase) 신호를 생성하여 상기 교류 전압 신호에 인가하는 신호 인가부; 상기 교류 전압 신호 및 상기 아웃-페이즈 신호를 동기시켜 상기 전류 신호의 서셉턴스(susceptance)를 측정하는 서셉턴스 측정부; 상기 전압 신호를 저대역 필터링하여 직류 전압 신호를 생성하는 저대역 통과 필터(low pass filter); 및 상기 직류 전압 신호로부터 상기 전류 신호의 컨덕턴스(conductance)를 측정하는 컨덕턴스 측정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 피부 수화도 측정 장치는 이동통신 단말기, PDA(Personal Digital Assistant), 휴대형 게임기, MP3 플레이어, PMP(Portable Multimedia Player), DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 단말기, 및 노트북 등의 휴대 단말기 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 즉, 상기 피부 수화도 측정 장치는 상기 휴대 단말기의 일부 구성으로 구현될 수 있다. 또한, 상기 피부 수화도 측정 장치는 상기 휴대 단말기의 일부 구성으로 구현되지 않고, 독립적인 구성을 갖는 단일 물품으로 구현될 수도 있다.

본 발명에 따른 피부 수화도 측정 장치는 피부의 생리학적 구조를 전기적으로 모델링함으로써, 상기 피부의 수화도와 함께 한선 활동도를 각각 측정할 수 있다. 이하에서는 상기 피부의 전기적 모델링에 따른 피부 수화도 및 한선 활동도의 측정 원리를 도 1 내지 도 3을 통해 우선 설명한 후, 도 4 내지 도 7을 통해 본 발명의 각 실시예에 따른 피부 수화도 측정 장치 및 그 방법에 대하여 설명하도록 한다.

도 1은 피부의 생리학적인 구조를 전기적으로 모델링한 회로도이다.

도 2는 피부 수화도 측정 원리의 개념을 도시한 블록도이다.

도 3은 피부 수화도 측정 결과에 따른 어드미턴스를 도시한 그래프이다.

피부 수분을 전기적으로 측정하기 위해서는 우선 피부의 생리학적인 구조를 전기적으로 모델링할 수 있어야 한다. 도 1은 당업계에서 널리 사용되는 Cole-Cole 모델(Dispersion and absorption in dielectrics, J. Soc. Cosmet. Chem., 1941)을 재해석한 Yamamoto-Yamamoto의 모델(The measurement principle for evaluating the performance of drugs and cosmetics by skin impedance, Med. &　Biol. Eng. &　Comput. 1978)을 이용하여 피부를 전기적으로 모델링한 도면이다.

도 1에서, G_DC는 각질층의 한선의 활동을 주로 나타낸다. R_∞는 각질층 아래부터 진피층까지의 전체 라이어블 셀(liable cell)을 전기적으로 모델링한 것으로써 직류 도미넌트(DC dominant)한 특성을 갖는다. Y_POL은 각질층의 분극 현상에 의한 어드미턴스(admittance)성분을 나타내는 것으로써 교류 도미넌트(AC dominant)한 특성을 갖는다. 이 중에서 ωC_POL　성분이 각질층 수분 함유량을 모델링하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 각질층의 수분 함유량을 측정할 때에는 G_DC와 의 R_∞영향을 제거하는 것이 주요한 이슈가 될 수 있다.

상기 ωC_POL 성분만을 측정하기 위해서는 어드미턴스(Admittance) 성분 중 교류(AC) 성분인 서셉턴스(Susceptance) 성분만을 측정해야 한다. 이를 위하여 아날로그 락-인 증폭기(Analog Lock-in amplifier)를 사용할 수 있다.

　　즉, 도 2와 같이 라이어블 셀(liable cell)인 R_∞를 전도체로 가정할 수 있다. 이를 이용하여 인체에 일정한 주파수(ω=2πf)를 갖는 정전압원 신호를 인가하면, 상기 라이어블 셀(liable cell)층의 전도체를 통하여 측정 전극에 접촉한 바로 밑 각질층의 임피던스에 반응하는 전류를 측정할 수 있다. 상기 전류를 이용하면 측정 부위 각질층의 어드미턴스(Admittance)를 측정할 수 있다.

상기 측정 전류를 전압으로 변환한 반응 신호를

Vsig　= |Vsig|sin(ωrt + θsig) ---------------------------[수학식 1]

이라 하고, 상기 반응 신호와 동기(synchronizing)할 90˚ 위상차가 있는 아웃 페이즈(out-phase) 레퍼런스 신호를

V_L _{_90}= |V_L _{_90}|cos(ω_{L_90t}+ θ_{ref_90}) ---------------------------[수학식 2]

이라 하며,

상기 반응 신호와 동기할 0˚ 위상차가 있는 인 페이즈(in-phase) 레퍼런스 신호를

V_L _{_0}= |V_L _{_0}|sin(ω_{L_0t}+ θ_{ref_0}) ------------------------------[수학식 3]

이라 할 수 있다.

이 때, 상기 90˚ 위상차가 있는 레퍼런스 신호와 상기 반응 신호를 승산기 (multiplier)를 통과시켜 동기 시키면 아래와 같은 신호가 된다.

V_PSD　= |Vsig||V_L _{_90}|sin(ωrt + θsig)cos(ωL_90t + θ_{ref_90})

= /2|Vsig||V_L _{_90}|{sin([ωr-ω_{L_90}]t+θsig- θ_{ref_90})

- sin([ωr+ω_{L_90}]t+θsig　+ θ_{ref_90})} ------------[수학식 4]

이 신호를 저대역 통과 필터(LPF)를 통과시키게 되면, 상기 신호에서 교류(AC) 성분은 사라지게 되므로 결과는 V_PSD는 0이 된다.

하지만, 만일 레퍼런스 신호와 측정 신호의 주파수를 동일하게 한다면, 즉, ωr=ω_{L_90}이라면, LPF 출력은

Vout_90　= 1/2|Vsig||V_L _{_90}|sin(θsig- θ_{ref_90}) ---------------[수학식 5]

와 같이 될 수 있다.

이러한 방식으로 상기 인 페이즈 레퍼런스 신호와 상기 반응 신호를 동기시키면,

Vout_0　= 1/2|Vsig||V_L _{_0}|cos(θsig- θ_{ref_0}) -----------------[수학식 6]

의 식이 결과로 산출될 수 있다.

상기 Vout_90 및 Vout_0에 대한 식을 간단히 하기 위하여, |Vsig||V_L| = Vout, θsig- θref　= θout이라 하면,

V_PSD _{_filtered_0}= 1/2Voutcos(θout) ---------------------------[수학식 7]

가 될 수 있다.

상기 Vout_90 및 Vout_0에 대한 식, 즉, 수학식 5 및 수학식 6은 교류(AC) 정전압원을 인가하고 전류를 측정한 전도도 신호를 의미하므로, 결국 어드미턴스를 측정한 것이 된다. 상기 어드미턴스를 그래프로 도시하면 도 3과 같다. 즉, G(conductance)는 인-페이즈(in-phase) 동기 신호와 결합하면 측정 가능하고, B(susceptance)는 쿼더러쳐-페이즈(quadrature-phase) 동기 신호와 결합하면 측정 가능하다.

따라서, 피부의 수화도는 아웃 페이즈(out-phase) 신호를 통해 측정하는 서셉턴스(susceptance)로부터 측정될 수 있다. 또한, 상기 피부의 한선 활동도는 인 페이즈(in-phase) 신호를 통해 측정하는 컨덕턴스(conductance)로부터 측정될 수 있다.

지금까지 도 1 내지 도 3을 통해 설명한 서셉턴스 측정에 따른 피부 수화도 측정 방법 및 컨덕턴스 측정에 따른 피부의 한선 활동도 측정 방법은, 이후 도 4 내지 도 7을 통해 설명하는 본 발명에 따른 피부 수화도 장치의 구성 및 동작 원리로 각각 적용될 수 있다.

본 발명은 상기와 같이 서셉턴스 및 컨덕턴스를 동시에 측정함으로써, 사용자 피부의 수화도 및 한선 활동도를 동시에 측정할 수 있는 피부 수화도 측정 장치 및 방법에 관한 것이다. 상기 서셉턴스 및 컨덕턴스의 측정 원리에 따라 본 발명에 따른 피부 수화도 측정 장치는 두가지 실시예에 따른 구성을 각각 포함할 수 있다.

이하에서는 도 4를 통해 본 발명의 제1 실시예에 따른 피부 수화도 측정 장치의 구성 및 동작을 설명하고, 도 5를 통해 본 발명의 제2 실시예에 따른 피부 수화도 측정 장치의 구성 및 동작을 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 피부 수화도 측정 장치의 구성을 도시한 블록도이다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 피부 수화도 측정 장치는 크게 전극 모듈 및 측정 제어 모듈을 포함한다. 상기 전극 모듈은 하나 이상의 전극부 및 전압 인가부(420)를 포함한다. 상기 측정 제어 모듈은 신호 변환부(430), 신호 인가부(440), 컨덕턴스 측정부(460), 및 서셉턴스 측정부(450)을 포함한다.

상기 전극부는 R 전극(411), M 전극(412), 및 C 전극(413)을 포함한다. 즉, 전극부는 당업계에 널리 알려진 바와 같이 R 전극(Reference Electrode)(411), C 전극(Current Carrying Electrode)(413), 및 M 전극(Measuring Electrode)(412)을 포함하여 구성될 수도 있고, 상기 전극들뿐만 아니라, 피부 수화도 측정을 수행할 수 있는 보다 다양한 종류의 전극을 모두 포함하도록 구현될 수도 있다.

전압 인가부(420)는 상기 전극부로 소정의 양전원 전압을 인가한다. 상기 양전원 전압값은 당업자의 필요에 따라 다양한 값으로 설정될 수 있다. 상기 양전원 전압은 R 전극(411) 및 C 전극(413)를 통해 사용자 피부로 인가된다. 상기 사용자 피부로 인가된 전압이 상기 사용자 피부의 각질층의 임피던스와 반응하는 경우, 소정의 전류 신호가 발생할 수 있다. M 전극(412)은 상기 발생한 전류 신호를 검출하고, 상기 검출된 전류 신호는 신호 변환부(430)로 전송된다.

신호 변환부(430)는 M 전극(412)을 통해 검출한 상기 전류 신호를 전압 신호로 변환한다. 신호 변환부(430)는 상기 전류 신호를 전압 신호로 변환하기 위하여 연산 증폭기(Op-Amp: operational amplifier)를 포함하여 구성될 수 있다.

신호 인가부(440)는 상기 전압 신호에 대한 인 페이즈(in-phase) 신호 및 아웃 페이즈(out-phase) 신호를 생성하여 상기 전압 신호에 인가한다. 즉, 신호 인가부(440)는 상기 전압 신호로부터 서셉턴스를 측정하기 위하여 필요한 아웃 페이즈 신호를 생성하여 서셉턴스 측정부(450)로 전송한다. 상기 아웃 페이즈 신호는 상기 전압 신호와 90도의 위상차를 갖는 신호로서 코사인파(cosine wave)로 구현될 수 있다.

또한, 신호 인가부(440)는 상기 전압 신호로부터 컨덕턴스를 측정하기 위하여 필요한 인 페이즈 신호를 생성하여 컨덕턴스 측정부(460)로 전송한다. 상기 인 페이즈 신호는 상기 전압 신호와 0도의 위상차를 갖는 신호로서 사인파(sine wave)로 구현될 수 있다. 상기 아웃 페이즈 신호 및 인 페이즈 신호의 생성 및 인가를 위하여, 신호 인가부(440)는 오실레이터(oscillator)를 포함하여 구현될 수 있다.

서셉턴스 측정부(450)는 신호 변환부(430)로부터 상기 전압 신호를 수신하고, 신호 인가부(440)로부터 상기 아웃 페이즈 신호를 수신한다. 서셉턴스 측정부(450)는 상기 전압 신호 및 상기 아웃 페이즈 신호를 서로 동기시켜 상기 전류 신호의 서셉턴스를 측정한다. 서셉턴스 측정부(450)는 상기 전압 신호와 상기 아웃 페이즈 신호를 승산기(multiplier)를 통과시킴으로써 서로 동기 시킬 수 있다.

예를 들어, 앞서 도 1 내지 도 3을 통해 설명한 바와 같이, 상기 전압 신호 는 Vsig　= |Vsig|sin(ωrt + θsig)가 될 수 있고, 상기 아웃 페이즈 신호는 V_L _{_90}= |V_{L_90}|cos(ω_{L_90t}+ θ_{ref_90})가 될 수 있다. 서셉턴스 측정부(450)는 상기 전압 신호와 상기 아웃 페이즈 신호를 동기시켜, Vout_90　= 1/2|Vsig||V_L _{_90}|sin(θsig- θ_{ref_90})의 식을 산출할 수 있다. 상기 신호는 교류(AC) 정전압원을 인가하여 전류를 측정한 전도도 신호이므로, 어드미턴스(asmittance)를 측정한 것이고, 이를 렉텡귤러 폼(rectangular form)으로 나타내면 도 3의 그래프로 도시될 수 있다.

도 3의 그래프는 Y = G + iB 의 식으로 표현될 수 있는데, 상기 식에서 Y는 어드미턴스를 의미하고, G는 컨덕턴스를 의미하며, B는 서셉턴스를 의미한다. 여기서, B(서셉턴스)는 상기 아웃 페이즈 신호와 동기시키면 측정가능함을 알 수 있다. 따라서, 서셉턴스 측정부(450)는 상기 전압 신호와 상기 아웃 페이즈 신호를 동기시킴으로써, 상기 전류 신호의 서셉턴스를 측정할 수 있다. 또한, 서셉턴스 측정부(450)는 상기 측정한 서셉턴스를 이용하여 상기 사용자 피부의 수화도 정보를 산출할 수 있다.

이와 같이 전압 신호 및 아웃 페이즈 신호를 동기화시키기 위하여, 서셉턴스 측정부(450)는 소정의 승산기(multiplier)를 포함하는 락-인 앰프(Lock-in Amp)로 구현될 수 있다.

컨덕턴스 측정부(460)은 신호 변환부(430)로부터 상기 전압 신호를 수신하고, 신호 인가부(440)로부터 상기 인 페이즈 신호를 수신한다. 컨덕턴스 측정부(460)는 상기 전압 신호 및 상기 인 페이즈 신호를 서로 동기시켜 상기 전류 신호 의 컨덕턴스를 측정한다. 컨덕턴스 측정부(460)는 상기 전압 신호와 상기 인 페이즈 신호를 승산기(multiplier)를 통과시킴으로써 서로 동기 시킬 수 있다.

예를 들어, 앞서 도 1 내지 도 3을 통해 설명한 바와 같이, 상기 전압 신호는 Vsig　= |Vsig|sin(ωrt + θsig)가 될 수 있고, 상기 인 페이즈 신호는 V_L _{_0}= |V_{L_0}|sin(ω_{L_0t}+ θ_{ref_0})가 될 수 있다. 컨덕턴스 측정부(460)는 상기 전압 신호와 상기 인 페이즈 신호를 동기시켜, Vout_0　= 1/2|Vsig||V_L _{_0}|cos(θsig- θ_{ref_0})의 식을 산출할 수 있다. 상기 신호는 교류(AC) 정전압원을 인가하여 전류를 측정한 전도도 신호이므로, 어드미턴스(asmittance)를 측정한 것이고, 이를 렉텡귤러 폼(rectangular form)으로 나타내면 도 3의 그래프로 도시될 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 도 3의 그래프는 Y = G + iB 의 식으로 표현될 수 있는데, C(컨덕턴스)는 상기 인 페이즈 신호와 동기시키면 측정가능함을 알 수 있다. 따라서, 컨덕턴스 측정부(460)는 상기 전압 신호와 상기 인 페이즈 신호를 동기시킴으로써, 상기 전류 신호의 컨덕턴스를 측정할 수 있다. 또한, 컨덕턴스 측정부(460)는 상기 측정한 컨덕턴스를 이용하여 상기 사용자 피부의 한선 활동도 정보를 산출할 수 있다.

이와 같이 전압 신호 및 인 페이즈 신호를 동기화시키기 위하여, 컨덕턴스 측정부(460)는 소정의 승산기(multiplier)를 포함하는 락-인 앰프(Lock-in Amp)로 구현될 수 있다.

지금까지 도 4를 통해 설명한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 피부 수화도 측정 장치는 양전원 전압이 인가된 사용자 피부로부터 M 전극(412)을 통해 검출한 상기 전류 신호의 서셉턴스 및 컨덕턴스를 각각 측정함으로써, 상기 사용자 피부의 수화도 정보 및 한선 활동도 정보를 동시에 모두 측정할 수 있다. 상기 서셉턴스 및 컨덕턴스의 측정을 위하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 피부 수화도 측정 장치는 소정의 승산기(multiplier)를 포함하는 락-인 앰프(Lock-in Amp)를 둘 이상 포함하여 구성될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따라 사용자 피부로 단전원 전압을 인가하는 경우에 따른 피부 수화도 측정 장치의 구성 및 동작을 도 5를 참조하여 설명하도록 한다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 피부 수화도 측정 장치의 구성을 도시한 블록도이다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 피부 수화도 측정 장치는 크게 전극 모듈 및 측정 제어 모듈을 포함한다. 상기 전극 모듈은 하나 이상의 전극부 및 전압 인가부(520)를 포함한다. 상기 측정 제어 모듈은 신호 변환부(530), 신호 인가부(540), 고대역 통과 필터(HPF: High Pass Filter)(551), 서셉턴스 측정부(552), 저대역 통과 필터(LPF: Low Pass Filter)(561), 및 컨덕턴스 측정부(562)를 포함한다.

상기 전극부는 R 전극(511), M 전극(512), 및 C 전극(513)을 포함한다. 즉, 전극부는 당업계에 널리 알려진 바와 같이 R 전극(Reference Electrode)(511), C 전극(Current Carrying Electrode)(513), 및 M 전극(Measuring Electrode)(512)을 포함하여 구성될 수도 있고, 상기 전극들뿐만 아니라, 피부 수화도 측정을 수행할 수 있는 보다 다양한 종류의 전극을 모두 포함하도록 구현될 수도 있다.

전압 인가부(520)는 상기 전극부로 소정의 단전원 전압을 인가한다. 상기 단전원 전압값은 당업자의 필요에 따라 다양한 값으로 설정될 수 있다. 상기 단전원 전압은 R 전극(511) 및 C 전극(513)를 통해 사용자 피부로 인가된다. 상기 사용자 피부로 인가된 단전원 전압이 상기 사용자 피부의 각질층의 임피던스와 반응하는 경우, 소정의 전류 신호가 발생할 수 있다. M 전극(512)은 상기 발생한 전류 신호를 검출하고, 상기 검출된 전류 신호는 신호 변환부(530)로 전송된다.

신호 변환부(530)는 M 전극(512)을 통해 검출한 상기 전류 신호를 전압 신호로 변환한다. 이 때, 상기 변환된 전압 신호는 교류 성분뿐만 아니라 직류 성분 또한 포함할 수 있다. 이는 전압 인가부(520)를 통해 사용자 피부에 인가된 전압이 단전원 전압이기 때문이다.

즉, 상기 단전원 전압을 V_cc 라 하면, 신호 처리를 위한 VGND(Virtual GND)로써 1/2 V_cc 가 사용될 수 있다. 따라서, 신호 변환부(530)를 통해 변환된 상기 전압 신호는 교류 성분 및 직류 성분을 동시에 포함할 수 있다. 신호 변환부(530)는 상기 전류 신호를 전압 신호로 변환하기 위하여 연산 증폭기(Op-Amp: operational amplifier)를 포함하여 구성될 수 있다.

고대역 통과 필터(551)는 신호 변환부(530)로부터 수신하는 상기 전압 신호를 고대역 필터링하여 교류 전압 신호를 생성한다. 즉, 고대역 통과 필터(551)는 상기 교류 성분 및 직류 성분을 모두 포함하고 있는 상기 전압 신호로부터 교류 성분만을 추출하여 상기 교류 전압 신호를 생성할 수 있다.

신호 인가부(540)는 상기 교류 전압 신호에 대한 아웃 페이즈(out-phase) 신호를 생성하여 상기 교류 전압 신호에 인가한다. 즉, 신호 인가부(540)는 상기 교류 전압 신호로부터 서셉턴스를 측정하기 위하여 필요한 아웃 페이즈 신호를 생성하여 서셉턴스 측정부(552)로 전송한다. 상기 아웃 페이즈 신호는 상기 교류 전압 신호와 90도의 위상차를 갖는 신호로서 코사인파(cosine wave)로 구현될 수 있다. 상기 아웃 페이즈 신호 생성 및 인가를 위하여, 신호 인가부(540)는 오실레이터(oscillator)를 포함하여 구현될 수 있다.

서셉턴스 측정부(552)는 상기 교류 전압 신호 및 상기 아웃 페이즈 신호를 동기시켜 상기 전류 신호의 서셉턴스를 측정한다. 서셉턴스 측정부(552)는 상기 교류 전압 신호와 상기 아웃 페이즈 신호를 승산기(multiplier)를 통과시킴으로써 서로 동기 시킬 수 있다.

예를 들어, 앞서 도 1 내지 도 3을 통해 설명한 바와 같이, 상기 교류 전압 신호는 Vsig　= |Vsig|sin(ωrt + θsig)가 될 수 있고, 상기 아웃 페이즈 신호는 V_{L_90}= |V_L _{_90}|cos(ω_{L_90t}+ θ_{ref_90})가 될 수 있다. 서셉턴스 측정부(552)는 상기 교류 전압 신호와 상기 아웃 페이즈 신호를 동기시켜, Vout_90　= 1/2|Vsig||V_{L_90}|sin(θsig- θ_{ref_90})의 식을 산출할 수 있다. 상기 신호는 교류(AC) 정전압원을 인가하여 전류를 측정한 전도도 신호이므로, 어드미턴스(asmittance)를 측정한 것이고, 이를 렉텡귤러 폼(rectangular form)으로 나타내면 도 3의 그래프로 도시될 수 있다.

도 3의 그래프는 Y = G + iB 의 식으로 표현될 수 있는데, 상기 식에서 Y는 어드미턴스를 의미하고, G는 컨덕턴스를 의미하며, B는 서셉턴스를 의미한다. 여기서, B(서셉턴스)는 상기 아웃 페이즈 신호와 동기시키면 측정 가능함을 알 수 있다. 따라서, 서셉턴스 측정부(552)는 상기 교류 전압 신호와 상기 아웃 페이즈 신호를 동기시킴으로써, 상기 전류 신호의 서셉턴스를 측정할 수 있다. 또한, 서셉턴스 측정부(552)는 상기 측정한 서셉턴스를 이용하여 상기 사용자 피부의 수화도 정보를 산출할 수 있다.

이와 같이 전압 신호 및 아웃 페이즈 신호를 동기화시키기 위하여, 서셉턴스 측정부(552)는 소정의 승산기(multiplier)를 포함하는 락-인 앰프(Lock-in Amp)로 구현될 수 있다.

저대역 통과 필터(561)는 신호 변환부(530)로부터 수신하는 상기 전압 신호를 저대역 필터링하여 직류 전압 신호를 생성한다. 즉, 저대역 통과 필터(561)는 상기 교류 성분 및 직류 성분을 모두 포함하고 있는 상기 전압 신호로부터 직류 성분만을 추출하여 상기 직류 전압 신호를 생성할 수 있다.

컨덕턴스 측정부(562)는 상기 직류 전압 신호로부터 상기 전류 신호의 컨덕턴스를 측정한다. 즉, 앞서 설명한 바와 같이, 한선의 활동도를 측정하는데 사용되는 피부 전기전도도(GSR: Galvanic Skin Response)는 주로 직류(DC) 신호가 인가되는 경우 반응을 나타낸다. 이는 피부의 생리학적인 구조를 전기적으로 모델링한 회로도인 도 1을 통해서도 설명한 바 있다. 따라서, 컨덕턴스 측정부(562)는 상기 직류 전압 신호의 컨덕턴스를 측정하고, 상기 컨덕턴스로부터 상기 사용자 피부의 한선 활동도를 측정할 수 있다.

컨덕턴스 측정부(562)는 상기 컨덕턴스의 측정 및 상기 컨덕턴스에 따른 한선 활동도의 측정을 위하여 소정의 신호 처리 모듈로 구성될 수 있다. 즉, 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 컨덕턴스 측정부(562)는 제1 실시예에서와 같이 승산기를 포함하는 락-인 앰프로 구현되지 않고, 상기 컨덕턴스 및 한선 활동도의 측정을 위한 프로그램이 기록된 소프트웨어 모듈의 형태로 구현될 수 있으므로, 보다 간단한 회로의 구성이 가능하다.

지금까지 도 5를 통해 설명한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 피부 수화도 측정 장치는 단전원 전압을 사용자 피부에 인가하고, 그에 따라 검출되는 전류 신호를 전압 신호로 변환한 후, 상기 전압 신호의 교류 성분으로부터 상기 사용자 피부의 수화도 정보를 산출하고, 상기 전압 신호의 직류 성분으로부터 상기 사용자 피부의 한선 활동도 정보를 산출할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 피부 수화도 측정 방법의 흐름을 도시한 순서도이다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 피부 수화도 측정 장치는 사용자 피부의 수화도 정보 및 한선 활동도 정보를 측정하기 위하여, 사용자 피부로 양전원 전압을 인가한다(단계(611)). 상기 피부 수화도 측정 장치는 상기 양전원 전압의 인가에 따라 상기 사용자 피부에 흐르는 전류 신호를 검출하고(단계(612)), 상기 전류 신호 를 전압 신호로 변환한다(단계(613)).

상기 피부 수화도 측정 장치는 상기 전압 신호에 대한 인-페이즈(in-phase) 신호 및 아웃-페이즈(out-phase) 신호를 생성하여 상기 전압 신호에 각각 인가한다(단계(614)).

상기 피부 수화도 측정 장치는 상기 전압 신호 및 상기 인-페이즈 신호를 서로 동기시켜 상기 전류 신호의 컨덕턴스(conductance)를 측정한다(단계(615)). 또한, 상기 피부 수화도 측정 장치는 상기 전압 신호 및 상기 아웃-페이즈 신호를 동기시켜 상기 전류 신호의 서셉턴스(susceptance)를 측정한다(단계(616)).

상기 피부 수화도 측정 장치는 상기 측정한 컨덕턴스로부터 상기 사용자 피부의 한선 활동도 정보를 산출하고, 상기 측정한 서셉턴스로부터 상기 사용자 피부의 수화도 정보를 산출하여 상기 사용자에게 제공할 수 있다(단계(617)).

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 피부 수화도 측정 방법의 흐름을 도시한 순서도이다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 피부 수화도 측정 장치는 사용자 피부의 수화도 정보 및 한선 활동도 정보를 측정하기 위하여, 사용자 피부로 단전원 전압을 인가한다(단계(711)). 상기 피부 수화도 측정 장치는 상기 단전원 전압의 인가에 따라 상기 사용자 피부에 흐르는 전류 신호를 검출하고(단계(712)), 상기 전류 신호를 전압 신호로 변환한다(단계(713)).

상기 피부 수화도 측정 장치는 상기 전압 신호를 고대역 필터링(high pass filtering)하여 교류 전압 신호를 생성한다(단계(714)). 상기 피부 수화도 측정 장치는 상기 전압 신호에 대한 아웃 페이즈(out-phase) 신호를 생성하여 상기 교류 전압 신호에 인가한다(단계(715)). 상기 피부 수화도 측정 장치는 상기 교류 전압 신호 및 상기 아웃 페이즈 신호를 동기시켜 상기 전류 신호의 서셉턴스(susceptance)를 측정한다(단계(716))

또한, 상기 피부 수화도 측정 장치는 상기 서셉턴스의 측정과 함께, 상기 전압 신호를 저대역 필터링(low pass filtering)하여 직류 전압 신호를 생성한다(단계(717)). 상기 피부 수화도 측정 장치는 상기 직류 전압 신호로부터 상기 전류 신호의 컨덕턴스(conductance)를 측정한다(단계(718)).

상기 피부 수화도 측정 장치는 상기 측정한 컨덕턴스로부터 상기 사용자 피부의 한선 활동도 정보를 산출하고, 상기 측정한 서셉턴스로부터 상기 사용자 피부의 수화도 정보를 산출하여 상기 사용자에게 제공할 수 있다(단계(719)).

도 6 및 도 7을 통하여 설명한 본 발명의 각 실시예에 따른 피부 수화도 측정 방법은 설명의 중복을 피하기 위하여 비록 간단히 설명하였으나, 도 1 내지 도 5를 통해 설명한 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 피부 수화도 측정 장치의 구성 및 동작을 모두 포함하여 구현될 수 있음은 당업자에게 있어 자명하다.

또한, 본 발명에 따른 피부 수화도 측정 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨 어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

본 발명의 피부 수화도 측정 장치 및 그 방법에 따르면, 각질층의 피부 수분 함유량 및 한선 활동도를 동시에 측정하여 상기 한선 활동도에 대한 정보를 포함하 는 피부 수화도 정보를 사용자에게 제공할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 피부 수화도 측정 장치 및 그 방법에 따르면, 상기 측정한 한선 활동도를 통해 상기 사용자의 스트레스 정도를 판단하고, 상기 스트레스 정보를 상기 한선 활동도가 고려된 피부 수화도 정보와 함께 사용자에게 제공할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims

사용자 피부로 소정의 전압을 인가하고, 상기 사용자 피부에 흐르는 전류 신호를 검출하는 전극 모듈; 및

상기 전류 신호 및 선정된(predefined) 페이즈(phase) 신호를 이용하여 상기 사용자 피부의 수화도(skin water content) 및 한선 활동도(activity of sweat duct)를 측정하는 측정 제어 모듈

을 포함하는 것을 특징으로 하는 피부 수화도 측정 장치.
제1항에 있어서,

상기 전극 모듈은

R 전극(Reference Electrode), C 전극(Current Carrying Electrode), 및 M 전극(Measuring Electrode)을 포함하는 하나 이상의 전극부; 및

상기 전극부에 양전원 전압을 인가하는 전압 인가부

를 포함하는 것을 특징으로 하는 피부 수화도 측정 장치.
제2항에 있어서,

상기 전극부는 상기 R 전극 및 상기 C 전극을 통해 상기 사용자 피부에 상기 전압을 인가하고, 상기 전류 신호는 상기 사용자 피부의 각질층(Stratum Corneum)의 임피던스에 의해 발생하며, 상기 M 전극을 통해 상기 전류 신호를 검출하는 것 을 특징으로 하는 피부 수화도 측정 장치.
제1항에 있어서,

상기 측정 제어 모듈은,

상기 전류 신호를 전압 신호로 변환하는 신호 변환부;

상기 전압 신호에 대한 인-페이즈(in-phase) 신호 및 아웃-페이즈(out-phase) 신호를 생성하여 상기 전압 신호에 인가하는 신호 인가부;

상기 전압 신호 및 상기 인-페이즈 신호를 동기시켜 상기 전류 신호의 컨덕턴스(conductance)를 측정하는 컨덕턴스 측정부; 및

상기 전압 신호 및 상기 아웃-페이즈 신호를 동기시켜 상기 전류 신호의 서셉턴스(susceptance)를 측정하는 서셉턴스 측정부

를 포함하는 것을 특징으로 하는 피부 수화도 측정 장치.
제4항에 있어서,

상기 측정 제어 모듈은 상기 전류 신호의 상기 컨덕턴스로부터 상기 사용자 피부의 상기 한선 활동도를 측정하고, 상기 전류 신호의 상기 서셉턴스로부터 상기 사용자 피부의 상기 수화도를 측정하는 것을 특징으로 하는 피부 수화도 측정 장치.
사용자 피부로 소정의 전압을 인가하고, 상기 사용자 피부에 흐르는 전류 신 호를 검출하는 전극 모듈; 및

상기 전류 신호의 교류(AC) 신호 및 직류(DC) 신호를 이용하여 상기 사용자 피부의 수화도 및 한선(sweat glands) 활동도를 측정하는 측정 제어 모듈

을 포함하는 것을 특징으로 하는 피부 수화도 측정 장치.
제6항에 있어서,

상기 전극 모듈은

R 전극(Reference Electrode), C 전극(Current Carrying Electrode), 및 M 전극(Measuring Electrode)을 포함하는 하나 이상의 전극부; 및

상기 전극부에 단전원 전압을 인가하는 전압 인가부

를 포함하는 것을 특징으로 하는 피부 수화도 측정 장치.
제7항에 있어서,

상기 전극부는 상기 R 전극 및 상기 C 전극을 통해 상기 사용자 피부에 상기 전압을 인가하고, 상기 전류 신호는 상기 사용자 피부의 각질층(Stratum Corneum)의 임피던스에 의해 발생하며, 상기 M 전극을 통해 상기 전류 신호를 검출하는 것을 특징으로 하는 피부 수화도 측정 장치.
제6항에 있어서,

상기 측정 제어 모듈은,

상기 전류 신호를 전압 신호로 변환하는 신호 변환부;

상기 전압 신호를 고대역 필터링하여 교류 전압 신호를 생성하는 고대역 통과 필터(high pass filter);

상기 전압 신호에 대한 아웃-페이즈(out-phase) 신호를 생성하여 상기 교류 전압 신호에 인가하는 신호 인가부;

상기 교류 전압 신호 및 상기 아웃-페이즈 신호를 동기시켜 상기 전류 신호의 서셉턴스(susceptance)를 측정하는 서셉턴스 측정부;

상기 전압 신호를 저대역 필터링하여 직류 전압 신호를 생성하는 저대역 통과 필터(low pass filter); 및

상기 직류 전압 신호로부터 상기 전류 신호의 컨덕턴스(conductance)를 측정하는 컨덕턴스 측정부

를 포함하는 것을 특징으로 하는 피부 수화도 측정 장치.
제9항에 있어서,

상기 측정 제어 모듈은 상기 전류 신호의 상기 컨덕턴스로부터 상기 사용자 피부의 상기 한선 활동도를 측정하고, 상기 전류 신호의 상기 서셉턴스로부터 상기 사용자 피부의 상기 수화도를 측정하는 것을 특징으로 하는 피부 수화도 측정 장치.
사용자 피부로 양전원 전압을 인가하고, 상기 사용자 피부에 흐르는 전류 신 호를 검출하는 단계;

상기 전류 신호를 전압 신호로 변환하는 단계;

상기 전압 신호에 대한 인-페이즈(in-phase) 신호 및 아웃-페이즈(out-phase) 신호를 생성하여 상기 전압 신호에 인가하는 단계;

상기 전압 신호 및 상기 인-페이즈 신호를 동기시켜 상기 전류 신호의 컨덕턴스(conductance)를 측정하는 단계; 및

상기 전압 신호 및 상기 아웃-페이즈 신호를 동기시켜 상기 전류 신호의 서셉턴스(susceptance)를 측정하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 피부 수화도 측정 방법.
사용자 피부로 단전원 전압을 인가하고, 상기 사용자 피부에 흐르는 전류 신호를 검출하는 단계;

상기 전류 신호를 전압 신호로 변환하는 단계;

상기 전압 신호를 고대역 필터링(high pass filtering)하여 교류 전압 신호를 생성하는 단계;

상기 전압 신호에 대한 아웃-페이즈(out-phase) 신호를 생성하여 상기 교류 전압 신호에 인가하는 단계;

상기 교류 전압 신호 및 상기 아웃-페이즈 신호를 동기시켜 상기 전류 신호의 서셉턴스(susceptance)를 측정하는 단계;

상기 전압 신호를 저대역 필터링(low pass filtering)하여 직류 전압 신호를 생성하는 단계; 및

상기 직류 전압 신호로부터 상기 전류 신호의 컨덕턴스(conductance)를 측정하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 피부 수화도 측정 방법.
제11항 및 제12항 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.