KR20150067002A - 모듈러 센서 플랫폼 - Google Patents

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KR20150067002A
KR20150067002A KR1020140109654A KR20140109654A KR20150067002A KR 20150067002 A KR20150067002 A KR 20150067002A KR 1020140109654 A KR1020140109654 A KR 1020140109654A KR 20140109654 A KR20140109654 A KR 20140109654A KR 20150067002 A KR20150067002 A KR 20150067002A
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제임스 슈슬러
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 모듈러 센서 플랫폼에 관한 것이다. 본 발명의 모듈러 센서 플랫폼은 디스플레이, 프로세서, 메모리, 및 통신 인터페이스를 포함한 기본 모듈, 기본 모듈에 교체될 수 있게 결합되고, 다른 타입의 밴드들로 교체될 수 있는 밴드, 및 사용자로부터의 데이터를 수집하고, 상기 밴드로 교체 가능하게 결합되고, 상기 기본 모듈과 통신하며, 다른 타입의 센서 모듈들로 교체 가능한 센서 모듈을 포함하고, 센서 모듈은 센서 모듈에 교체될 수 있게 결합되는 복수의 센서 유닛들을 더 포함하고, 복수의 센서 유닛들 각각은 다른 타입의 센서 유닛으로 교체될 수 있다.

Description

모듈러 센서 플랫폼{MODULAR SENSOR PLATFORM}
본 발명은 센서 시스템에 관한 것으로, 특히 센서 기능의 추가 또는 교체가 가능한 모듈러 센서 플랫폼에 관한 것이다.
웨어러블 장치들은 인기가 증가하고 있다. 예를 들면, 센서들이 장착된 웨어러블 장치들은 활동 데이터(지속성, 걸음수, 칼로리 소모량), 수면 상태, 생체 데이터(예를 들면, 심박동수, 땀, 피부 온도 등)와 같은 사용자 데이터의 추적에 이용될 수 있다고 알려져 있다. 일반적으로, 센서 장착형 웨어러블 장치들은 사용자의 손목에 착용될 수 있도록 밴드들 또는 시계들과 같은 형태로 구현된다. 그러나, 기존의 웨어러블 센서 장치들은 기능의 상실에 따라 사용자에 의해 전체 기기를 교체 또는 폐기를 필요로 하고, 비록 일상적인 마모에 의해 낡은 센서와 같은 관련된 작은 구성요소에 의한 기능 상실에도 전체 기기를 교체 또는 폐기를 필요로 하였다. 또한, 사용자들은 새롭거나 다른 추적 기능들을 새로운 장치에서 이용할 수 있게 되면, 그 장치를 종종 교체한다.
따라서, 센서 기능의 추가 또는 교체 모두를 수용할 수 있는 웨어러블 센서 장치들을 위한 개선된 아키텍쳐를 필요로 한다.
본 발명의 목적은 센서 기능의 추가 또는 교체가 가능한 모듈러 센서 플랫폼을 제공함에 있다.
본 발명에 따른 모듈러 센서 플랫폼은 전원 관리 유닛, 디스플레이, 프로세서, 메모리, 및 통신 인터페이스를 포함한 기본 모듈, 상기 기본 모듈에 교체될 수 있게 결합되고, 다른 타입의 밴드들로 교체될 수 있는 밴드, 및 사용자로부터의 데이터를 수집하고, 상기 밴드로 교체 가능하게 결합되고, 상기 기본 모듈과 통신하며, 다른 타입의 센서 모듈들로 교체 가능한 센서 모듈을 포함하고, 상기 센서 모듈은 상기 센서 모듈에 교체될 수 있게 결합되는 복수의 센서 유닛들을 더 포함하고, 상기 복수의 센서 유닛들 각각은 다른 타입의 센서 유닛으로 교체될 수 있다.
이 실시예에 있어서, 상기 센서 유닛들은 상기 밴드에 교체될 수 있게 결합되는 센서 플레이트에 수용된다.
이 실시예에 있어서, 상기 센서 플레이트는 하루 중 일부 시간 동안 제 1 타입의 밴드에 착용되고, 상기 하루 중 나머지 일부 시간 동안 제 2 타입의 밴드에 착용된다.
이 실시예에 있어서, 상기 센서 플레이트는 상기 센서 플레이트에 포함된 센서 유닛들에 대해 다른 타입을 갖는 센서 플레이트로 교체될 수 있다.
이 실시예에 있어서, 상기 센서 유닛들 중의 적어도 일부는 상기 센서 플레이트에 교체될 수 있게 결합되고, 상기 센서 유닛들 각각은 다른 센서 유닛으로 교체될 수 있다.
이 실시예에 있어서, 상기 센서 유닛들은 광 센서 어레이, 온도계, 전기 피부 반응(GSR) 센서 어레이, 바이오 임피던스(BioZ) 센서 어레이, 및 심전도 검사(ECG) 센서 어레이 중 적어도 하나를 포함한 조합이다.
이 실시예에 있어서, 상기 광 센서 어레이는 이산 광 센서들의 어레이를 포함하고, 상기 이산 광 센서들 각각은 적어도 하나의 광검출기의 조합과 상기 광검출기로 인접하게 위치한 적어도 두 개의 매칭된 광 소스들을 포함하고, 상기 광 소스들은 발광 다이오드를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 광 센서 어레이는 상기 밴드에 정렬되고, 혈관에 걸쳐서 위치하고, 상기 바이오 임피던스(BioZ) 센서 어레이는 상기 밴드에 정렬되고, 혈관에 걸쳐서 위치한다.
이 실시예에 있어서, 상기 센서 모듈은 상기 센서 유닛들에 결합되는 센서 컴퓨터 유닛을 더 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 센서 컴퓨터 유닛은 심전도 검사(ECG)와 바이오 임피던스(BioZ) 아날로그 프론트 엔드(AFE), 전기 피부 반응(GSR) 아날로그 프론트 엔드(AFE), 광 센서 아날로그 프론트 엔드(AFE), 프로세서, 아날로그 디지털 컨버터(ADC), 메모리, 3축 가속도계, 압력 센서, 및 배터리를 포함한다.
본 발명의 모듈러 센서 플랫폼은 추가 또는 교체가 용이한 형태의 탈착 가능한 센서 모듈을 포함함에 따라 센서 기능의 추가 또는 교체 모두를 수용할 수 있다.
도 1a와 도 1b는 본 발명에 따른 모듈러 센서 플랫폼을 예시적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 모듈러 센서 플랫폼과 기본 모듈에 포함된 구성 요소들을 예시적으로 도시한 도면, 및
도 3은 본 발명에 따른 센서 모듈의 구성 요소들을 예시적으로 도시한 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하고, 동일한 참조 번호들은 명세서 전체에서 동일한 구성 요소들을 나타낸다. 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 하기에서 설명하기로 한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 통해 이해하기 쉽게 설명될 것이다. 그러나 본 발명의 개념은 하기에서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 더 정확히 말하면, 이러한 실시예들을 제공함으로써, 기재는 완전하고 완벽해질 것이고, 해당 기술분야의 당업자의 기술수준에 의해 충분히 전달될 것이고, 본 발명의 개념은 첨부된 청구항들에 의해서만 정의될 수 있다. 도면들에서, 레이어들 또는 영역들의 두께는 명확히 하기 위해 과장되었다.
본 발명을 설명하기 위한 문맥에서, 단수 표현, 복수 표현, 및 상기와 같이 다른 대상을 나타내는 지시어구(특히, 다음의 청구항들의 문맥에서)의 사용은 여기에서 다른 설명이 없거나 문맥에 의해 명확히 부정되지 않는 한 단수와 복수 모두를 보호하기 위한 것이다. '구성하는', '가지는', '포함한', 및 '함유되는'과 같은 용어들은 설명이 없는 한, 제한을 두지 않는 용어들로 해석된다.
여기에서 사용된 '구성요소' 또는 '모듈'의 용어는 특정한 작업들을 수행하는 주문형 반도체(ASIC: Application Specific Integrated Circuit), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA: Field Programmable Gate Array)와 같은 소프트웨어 또는 하드웨어 구성요소들로 한정되지 않는 것을 의미한다. 구성요소 또는 모듈은 하나 또는 그 이상의 프로세서들에서 실행되도록 구성되고, 어드레스 기억 매체 내에 상주할 수 있다. 그러므로, 구성요소 또는 모듈은, 예를 들어, 소프트웨어 구성요소, 객체 지향 소프트웨어 구성요소, 클래스 구성요소들, 및 태스크 구성요소들, 프로세스들, 기능들, 특성들, 절차들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어들, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스들, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들과 같은 구성요소들을 포함할 수 있다. 이러한 구성요소들을 위해 제공되는 기능들과, 구성요소들 또는 모듈들은 보다 적은 구성요소들과 구성요소들 또는 모듈들로 조합되거나, 부가적인 구성요소들과 구성요소들 또는 모듈들로 더 분리될 수도 있다.
다르게 정의되지 않는 한, 여기에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 자명한 기술의 하나에 의해 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 여기에서 제공된 모든 예시들 또는 예시적인 용어들의 사용은 단지 본 발명을 보다 명확히 하기 위한 의도로 사용되는 것으로, 다른 설명이 없는 한 본 발명의 권리범위를 한정하지 않는다. 또한, 다른 정의가 없다면, 모든 용어들은 일반적으로 사용되는 사전들에서 정의된 모든 용어들이 지나치게 해석되지 않는다.
본 발명의 실시예들은 모듈러 센서 플랫폼(modular sensor platform)을 제공한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 디스플레이, 프로세서, 메모리, 및 통신 인터페이스를 포함하는 기본 모듈, 상기 기본 모듈에 교체될 수 있게 결합되고, 다른 타입의 밴드들로 교체될 수 있는 밴드, 사용자로부터 데이터를 수집하는 센서 모듈을 포함한다. 일 실시예에서, 센서 모듈은 밴드에 교체될 수 있게 결합되고, 센서 모듈은 센서 모듈들의 다른 타입으로 교체될 수 있다. 다른 실시예에서, 센서 모듈은 복수의 센서 유닛들을 포함하고, 복수의 센서 유닛들은 센서 모듈로 교체될 수 있게 결합될 수 있고, 개별 센서 유닛들은 서로 다른 타입의 센서 유닛들로 교체될 수 있다.
여기서 개시된 방법과 시스템에 따르면, 모듈러 센서 플랫폼은 다른 사용예를 위해 다른 엔티티들에 의해 분리되어 제조되고 판매되는 밴드 모듈들, 밴드들, 및 센서 유닛들의 가능한 다른 타입들이 제공될 수 있다. 그 결과, 사용자들은 그것들의 적합한 수요에 따라 기본 모듈들, 센서 모듈들, 밴드들, 및 센서 유닛들의 다른 조합들로 혼합되거나 매치(mix and match)하는 것이 허용될 수 있다. 더욱이, 생리학적 센싱에 관련된 분야에서 개발자들 또는 연구자들은 센서 그 자체에 대한 개발에 집중할 수 있고, 알려진 구성에서 전원, 계산, 및 통신을 제공하는 표준 지원 플랫폼을 이용할 수 있는 이점을 갖는다.
도 1a와 도 1b는 본 발명에 따른 모듈러 센서 플랫폼을 예시적으로 도시한 도면이다. 모듈러 센서 플랫폼(10)은 기본 모듈(12), 밴드(16), 및 밴드(16)에 결합된 센서 모듈(14)을 포함한다.
도 1a를 참조하면, 모듈러 센서 플랫폼(10)은 사용자의 손목에 착용될 수 있는 시계와 같은 형태의 웨어러블 센서 디바이스와 같이 구현될 수 있다.
센서 모듈(14)은 밴드(16) 내에 위치할 수 있고, 센서 모듈(14)은 사용자로부터 생리적인 데이터를 수집하기 위해 사용자의 피부에 접촉하며, 사용자의 손목에 뒷면이 위치된다. 기본 모듈(12)은 밴드(16)에 부착되고, 기본 모듈(12)은 센서 모듈(14)로부터 수집된 센서 데이터를 포함한 데이터를 디스플레이하고 계산들을 수행하고, 시간의 디스플레이와 같은 기능들을 수행하기 위해 손목의 상단에 위치한다. 일 실시예로 밴드(16)는 기본 모듈(12)에 통합될 수 있다. 다른 실시예로, 밴드(16)는 센서 모듈(14)에 통합될 수 있다. 또 다른 실시예로, 밴드(16)는 기본 모듈(12)과 센서 모듈(14) 모두로부터 분리될 수 있다.
도 1b를 참조하면, 기본 모듈(12)은 디스플레이(18)와 기본 계산 유닛(20)을 포함한다. 프로세서, 메모리, 통신 인터페이스, 및 센서들(예를 들어, 가속계, 온도계와 같은)의 집합을 포함한 기본 계산 유닛(20)은 도 2를 참조하여 더 상세히 설명한다.
모듈러 센서 플랫폼(10)은 컴포넌트들의 다른 타입들로 쉽게 교환될 수 있는 플랫폼의 컴포넌트들을 허용한다. 예를 들면, 일 실시예로, 밴드(16)는 기본 모듈(12)에 교체될 수 있게 결합되고, 밴드(16)는 다른 타입의 밴드들(예를 들어, 다른 크기, 다른 모양, 및/또는 다른 물질들)로 교체될 수 있다. 교체 밴드들은 최초 밴드(16)의 엔티티들과 동일하거나 다른 엔티티들에 의해 만들어질 수 있다. 일 실시예로, 밴드(16)는 기본 모듈(12)의 기본 계산 유닛(20)의 삽입을 위해 비어있는 부분을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예로, 센서 모듈(14)은 사용자로부터 생리적인, 활동 데이터(activity data) 및/또는 수면 정역학(sleep statistics)을 수집하고, 기본 모듈(12)과 통신한다. 센서 모듈(14)은 밴드(16)에 교체될 수 있게 결합되고, 센서 모듈(14)은 센서 모듈들의 다른 타입으로 교체될 수 있다.
일 실시예에서, 센서 모듈(14)은 복수의 센서 유닛들(24)을 더 포함할 수 있고, 복수의 센서 유닛들(24)은 센서 모듈(14)에 교체될 수 있게 결합된다. 개별적인 센서 유닛들(24) 중 적어도 일부는 센서 유닛들의 다른 타입들로 교체될 수 있다. 다른 실시예에서, 센서 유닛들(24)은 센서 모듈(14)에 영구적으로 부착될 수 있다.
일 실시예에서, 센서 유닛들(24)은 센서 플레이트(26)에 수용될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 센서 플레이트(26)는 밴드(16)에 교체될 수 있게 결합될 수 있고, 센서 플레이트(26)와 모든 센서 유닛들(24)에 대해 다른 타입의 센서 플레이트(26)에 교체될 수 있다. 예를 들어, 센서 플레이트(26)가 다른 크기의 손목에 수용되기 위해 다른 크기의 센서 플레이트(26)로 교체될 수 있다. 일 실시예에서, 교체 센서 플레이트(26)는 최초 센서 플레이트(26)와 동일하거나 다른 엔티티에 의해 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 센서 유닛들(24)의 적어도 일부는 센서 플레이트(26)에 추가로 교체될 수 있게 결합될 수 있고, 센서 유닛들(24)은 새롭거나 다른 타입들의 센서 유닛들로 개별적으로 교체될 수 있다. 예를 들면, 전극-타입 센서들은 시간이 지나면 낡아서 파손될 수 있다. 새로운 스마트 시계 전체를 구매하는 것보다 사용자는 존재하는 센서 플레이트(26)에 새로운 센서 유닛들(24)의 새로운 하나로 낡은 센서 유닛들(24)을 간단히 교체될 수 있다.
다른 실시예에서, 센서 플레이트(26)는 밴드(16)로부터 교체될 수 있고, 존재하는 센서 플레이트(26)는 다른 타입의 밴드(16)와 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 센서 플레이트(26)는 낮(하루 중 일부의 시간) 동안 착용될 수 있는 플라스틱(plastic) 밴드(16)로부터 교체될 수 있고, 잠자는(하루 중 다른 일부의 시간) 동안 착용될 수 있는 천(felt) 밴드에 삽입될 수 있다. 이와 같이, 센서 플레이트(26)는 하루를 기준으로 서로 다른 시간 범위 내에서 서로 다른 타입의 밴드들에 삽입될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 센서 플레이트(26)는 밴드(16)로부터 교체될 수 있고, 센서 플레이트(26) 상에 다른 타입의 센서 유닛들(24)을 갖고, 다른 크기의 센서 유닛들(24) 또는 센서 플레이트(26)에 다르게 배치된 센서 유닛들(24)을 포함한다.
일 실시예에서, 센서 플레이트(26)는 알려진 여러 기법들을 사용하여 밴드(16)에 부착될 수 있다. 예를 들면, 일 실시예에서, 센서 플레이트(26)는 스냅 기법(예를 들면, 탭들, 슬롯들, 마그넷들과 같은)을 통해 밴드(16)에 부착될 수 있다. 다른 실시예에서, 센서 플레이트(26)는 나사들을 통해 밴드(16)에 부착될 수 있다.
도 1b를 참조하면, 일 실시예에서, 모듈러 센서 플랫폼(10)은 적어도 하나의 배터리(22)를 더 포함한다. 일 실시예에서, 배터리는 기본 모듈(12) 내에 수용될 수 있다. 다른 실시예에서, 배터리는 밴드(16)에 수용될 수 있다.
따라서, 복수의 다른 센서 모듈들은 다른 엔티티들에 의해 제조되고 판매될 수 있다. 즉, 다른 엔티티들은 다른 사용 분야들을 위해 센서 모듈들의 다른 타입으로 제조될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 모듈러 센서 플랫폼은 다른 타입의 기본 모듈들, 밴드들, 센서 플레이트들, 및 센서 유닛들이 각각 제조되거나 판매될 수 있다. 결국, 모듈러 센서 플랫폼은 사용자들에 의해 그것의 필요에 적합하게 기본 모듈들, 센서 모듈들, 밴드들, 및 센서 유닛들이 혼합되거나 매치될 수 있다.
본 발명의 추가적인 다른 실시예에 따르면, 사용자는 하나의 기본 모듈(12)을 착용하고, 다중 센서 모듈들(14)과 함께 무선으로 통신할 수 있다. 다중 센서 모듈들(14)은 신체 영역 네트워크로부터 사용자의 다른 신체 일부들로 착용된다. 센서 모듈들(14) 각각에 의해 수집된 데이터는 기본 모듈(12)이 액티브 모드일 때, 저장 및/또는 분석을 위해 주기적으로 기본 모듈(12)로 주기적으로 이동할 수 있다. 센서 데이터의 전달은 절전을 위해 더 자주 슬립 모드로 동작하는 기본 모듈(12)로 주기적으로만 허용된다. 그렇지 않으면, 기본 모듈(12)이 액티브 모드에 남아 있다면, 데이터는 센서 모듈(14)로부터 기본 모듈(12)로 연속적으로 흘러갈 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기본 모듈을 포함한 모듈러 센서 플랫폼과 구성 요소들을 도시한 도면이다.
일 실시예에서, 모듈러 센서 플랫폼(10')은 교체용 밴드(16')를 포함하고, 교체용 센서 모듈(14')은 교체용 밴드(16')에 부착된다. 교체용 센서 모듈(14')은 교체용 밴드(16')에 부착된 교체용 센서 플레이트(26')를 포함하고, 교체용 센서 유닛(24')은 교체용 센서 플레이트(26')에 부착된다. 교체용 센서 모듈(14')은 센서 컴퓨터 유닛(28')도 포함할 수 있다.
모듈러 센서 플랫폼(10')은 기본 계산 유닛(200), 교체용 배터리(201), 영구 배터리(203)를 더 포함한다. 일 실시예에서, 기본 계산 유닛(200)은 통신 인터페이스(205)를 통해 센서 컴퓨터(28')와 통신할 수 있다. 일 실시예에서, 통신 인터페이스(205)는 직렬 인터페이스를 포함할 수 있다.
기본 계산 유닛(200)은 프로세서(202), 메모리(206), 입/출력(I/O)(208), 디스플레이(18'), 통신 인터페이스(210), 센서들(214), 및 전원 관리 유닛(220)을 포함할 수 있다.
프로세서(202), 메모리(206), 입력/출력(이하 'I/O'라 칭하기로 함)(208), 디스플레이(18'), 통신 인터페이스(210), 및 센서들(214)은 시스템 버스(미도시)를 통해 함께 결합될 수 있다. 프로세서(202)는 하나 도는 그 이상의 코어들을 갖는 단일 프로세서 또는 하나 또는 그 이상의 코어들을 갖는 멀티프로세서들을 포함할 수 있다. 프로세서(202)는 운영체제(OS) 및 다양한 어플리케이션들(204)을 실행시킬 수 있다. 예를 들어, 운영체제는 리눅스와 안드로이드를 포함할 수 있으나, 그것들로 한정되지 않는다.
메모리(206)는 일예로, 디램(DRAM), 에스램(SRAM), 롬(ROM), 캐쉬(cache), 가상 메모리(virtual memory) 및 플래시 메모리(flash memory)를 포함한 다른 메모리 타입들을 포함한 하나 또는 그 이상의 메모리들을 포함할 수 있다. I/0(208)는 입력 정보와 출력 정보에 대한 컴포넌트들의 집합을 포함할 수 있다. 예를 들어, I/0(208)를 포함한 구성요소는 마이크로폰과 스피커를 포함한다. 통신 인터페이스(210)는 네트워크 상의 무선 통신을 위해 무선 네트워크 인터페이스 컨트롤러(또는 유사한 구성요소)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 무선 통신의 타입들을 예를 들면, 블루투스 로우 에너지(BLE: Bluetooth Low Energy)와 무선랜(WLAN: wireless local area network)을 포함할 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 무선 통신의 타입들을 예를 들면, 광대역통신망(WAN: Wide Area Network) 인터페이스, 또는 3세대 이동통신(3G: third generation), 4세대 이동통신(4G: forth generation), 또는 롱텀에볼루션(LTE: Long Term Evolution)과 같은 셀룰러 네트워크를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 디스플레이(18')는 기본 계산 유닛(200)과 함께 통합될 수 있는 반면에 다른 실시예에서, 디스플레이(18')는 기본 계산 유닛(200)으로부터 외부에 위치할 수 있다. 센서들(214)은 예를 들어, 가속기(accelerometer)/자이로스코프(gyroscope)(214A), 온도계(214B)와 같은 미세전자기계 시스템(MEMs) 센서 타입을 포함할 수 있다.
전원 관리 유닛(220)은 교체용 배터리(201) 또는 영구 배터리(203)에 결합될 수 있고, 기본 계산 유닛(200)의 전원 기능을 통제하는 마이크로 컨트롤러를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 전원 관리 유닛(220)은 전원 인터페이스(222)를 통해 교체용 센서 모듈(14')의 배터리 전원의 공급을 제어할 수도 있다. 또한, 전원 관리 유닛(220)은 파워 서플라이를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 센서 모듈의 구성요소들을 도시한 블록 다이어그램을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 센서 모듈(14")은 센서 플레이트(26")에 고정된 복수의 센서 유닛들(24")과 센서 컴퓨터 유닛(28")을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 센서 유닛들(24")은 광 센서 어레이(301), 온도계(303), 전기 피부 반응(GSR: galvanic skin response) 센서 어레이(305), 바이오 임피던스(BioZ: Bioimpedance) 센서 어레이(307), 및 심전도 검사(ECG: electrocardiography) 센서 어레이(309)를 포함할 수 있고, 그것들의 조합을 포함할 수도 있다.
일 실시예에서, 광 센서 어레이(301)는 관련된 혈류, 맥박, 및/또는 혈액 산소 레벨을 측정할 수 있는 광 혈류 측정기(PPG: photoplethysmography) 센서 어레이를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 광 센서 어레이(301)는 이산 광 센서들의 어레이를 포함할 수 있다. 여기서, 이산 광센서들 각각은 적어도 하나의 광검출기와 광검출기에 인접하게 위치한 적어도 두 개의 매칭 광 소스들(예를 들면, 발광다이오드(LED: Light Emitting Diode)들)의 조합이다. 이러한 실시예에서, 광 센서 어레이(301)는 밴드(16) 상에 배열될 수 있다. 그러한 광 센서 어레이(301)는 노동맥(요골 동맥)(Radial artery) 또는 자동맥(척골 동맥)(Ulnar artery)과 같은 혈관에 걸쳐 위치한다.
온도계(20)는 온도 또는 온도 기울기(temperature gradient)를 측정할 수 있다. 전기 피부 반응(GSR: galvanic skin response) 센서 어레이(305)는 수분 레벨에 변화하는 피부의 전기 전도도(electrical conductance)를 측정할 수 있는 넷 또는 그 이상의 전기 피부 반응(GSR) 센서들을 포함할 수 있다. 바이오 임피던스(BioZ) 센서 어레이(307)는 조직을 통해 전기적 전류의 흐름에 따른 생체 전기 임피던스 또는 대항(opposition)을 측정할 수 있는 넷 또는 그 이상의 바이오 임피던스 센서들을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 바이오 임피던스 센서 어레이(307)는 노동맥(Radial artery) 또는 자동맥(Ulnar artery)과 같은 혈관에 걸쳐지기 위한 밴드(16) 상에 위치되거나 정렬될 수 있다. 일 실시예에서, 하나 또는 그 이상의 전극들을 포함한 바이오 임피던스 센서들은 하나 또는 그 이상의 전기 피부 반응(GSR) 센서들(305)과 다중화될 수 있다. 심전도 검사(ECG) 센서(305)는 일정 시간의 기간 동안 사용자의 심장의 전기적인 동작을 측정할 수 있다.
일 실시예에서, 심전도 검사(ECG)(309), 바이오 임피던스 센서 어레이(307), 전기 피부 반응(GSR)(305), 온도계(303), 및 광 센서 어레이(301)는 센서 유닛(24")으로부터 데이터를 수신하고 제어하는 센서 컴퓨터 유닛(28")에 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 센서 컴퓨터 유닛(28")은 밴드(16)의 일부일 수 있다(미도시). 다른 실시예에서, 센서 컴퓨터 유닛(28")은 센서 플레이트(26")의 일부일 수 있다.
또 다른 실시예에서, 센서 어레이는 센서 유닛들에 고정되거나 교체될 수 있는 것끼리 나누어질 수 있고, 센서 어레이를 포함한 센서 유닛들의 일부는 밴드(16)에 고정되는 반면에 다른 일부는 센서 플레이트(26")에 교체될 수 있게 부착된다. 예를 들어, 심전도 센서의 경우, 하나의 전극은 밴드(16)의 외부에 고정되는 반면, 다른 전극은 센서 플레이트(26")에 교체될 수 있게 부착된다.
센서 컴퓨터 유닛(28")은 심전도 검사(ECG) 및 바이오 임피던스 아날로그 프런트 엔드(analog front end, 이하 'AFE'라 칭하기로 함)(302), 전기 피부 반응(GSR) AFE(304), 광 센서 AFE(306), 프로세서(308), 및 아날로그 디지털 변환기(ADC: Analog-to-Digital Converter)(310), 메모리(312), 3축 가속도계(314), 압력 센서(316), 및 배터리(318)를 포함한다.
여기에서 사용된, AFE는 센서들과, 아날로그 디지털 변환기(ADC)(310) 또는 프로세서(308) 사이를 인터페이스하는 아날로그 신호 처리 회로를 포함한다. 심전도 검사(ECG) 및 바이오 임피던스 AFE(302)는 심전도 검사(ECG)(309)와 바이오 임피던스 센서 어레이(307)와 함께 신호들을 교환한다. GSR AFE(304)는 GSR 센서 어레이(305)와 함께 신호들을 교환한다. 그리고, 광 센서 AFE(306)은 광 센서 어레이(301)와 함께 신호들을 교환한다. 일 실시예에서, GSR AFE(304), 광 센서 AFE(306), 가속도계(314), 및 압력 센서(316)는 아날로그 디지털 변환기(ADC)(310)에 버스(320)를 통해 결합될 수 있다. 아날로그 디지털 변환기(310)는 전압과 같은 물리적 양을 진폭을 나타내는 디지털 넘버로 변환할 수 있다.
일 실시예에서, ECG 및 바이오 임피던스(BioZ) AFE(302), 메모리(312), 프로세서(308), 및 아날로그 디지털 변환기(310)는 마이크로컨트롤러(322)의 구성요소들을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따른, 프로세서(308)는 예를 들면, ARM Holdings에 의한 Cortex 32-bit RISC ARM 프로세서 코어와 같은 축소 명령 세트 컴퓨터(RISC: reduced instruction set computer)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 프로세서(308)는 센서 캘리브레이션과 데이터 획득 기능들을 수행할 수 있는 캘리브레이션 및 데이터 획득 컴포넌트(324)를 실행시킬 수 있다. 일 실시예에서, 센서 캘리브레이션 기능은 혈관으로 하나 이상의 센서 어레이들의 자기 정렬(self-aligning)을 위한 프로세스를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 센서 캘리브레이션은 센서로부터 데이터를 수신하기 이전에 시작되거나 동작 동안 주기적인 구간에서 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 센서 컴퓨터 유닛(28")의 동작 동안 기본 계산 유닛(20)으로 다음 전송을 위해 메모리(312) 내 센서 데이터는 수집되거나 저장될 수 있다.
상술한 바와 같이, 모듈러 센서 플랫폼이 기재되었다. 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예는 하드웨어, 소프트웨어, 프로그램 명령을 포함한 컴퓨터 읽기 매체, 또는 그것들의 조합으로 구현될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 소프트웨어는 메모리, 하드 디스크, 또는 CD/DVD-ROM과 같은 컴퓨터-읽기 가능 매체에 어떤 형태로 저장되거나 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 따라서, 첨부된 청구항들의 범위와 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서 통상의 기술 분야의 하나에 의해 다양한 실시예들이 만들어질 수 있다.
100, 10': 모듈러 센서 플랫폼 12: 기본 모듈
14: 센서 모듈 16: 밴드
18: 디스플레이 20: 기본 계산 유닛
22: 배터리 24: 센서 유닛들
26: 센서 플레이트 28: 센서 컴퓨터 유닛
14': 교체용 센서 모듈 16': 교체용 밴드
18': 디스플레이 24': 교체용 센서 유닛들
26': 교체용 센서 플레이트 28', 28": 센서 컴퓨터 유닛들
200: 기본 계산 유닛 201: 교체용 배터리
202: 프로세서 203: 영구 배터리
206: 메모리 208: 입력/출력
210: 통신 인터페이스 214: 센서들
220: 전원 관리 유닛 14": 센서 모듈
26": 센서 플레이트 301: 광 센서 어레이
302: ECG 및 BioZ AFE 303: 온도계
304: GSR AFE 305: GSR
306: 광 센서 AFE 307: BioZ 센서 어레이
308: 프로세서 309: ECG
310: ADC 312: 메모리
314: 가속계 316: 압력 센서
318: 배터리 322: 마이크로 컨트롤러

Claims (10)

  1. 전원 관리 유닛, 디스플레이, 프로세서, 메모리, 및 통신 인터페이스를 포함한 기본 모듈;
    상기 기본 모듈에 교체될 수 있게 결합되고, 다른 타입의 밴드들로 교체될 수 있는 밴드; 및
    사용자로부터의 데이터를 수집하고, 상기 밴드로 교체 가능하게 결합되고, 상기 기본 모듈과 통신하며, 다른 타입의 센서 모듈들로 교체 가능한 센서 모듈을 포함하고,
    상기 센서 모듈은 상기 센서 모듈에 교체될 수 있게 결합되는 복수의 센서 유닛들을 더 포함하고, 상기 복수의 센서 유닛들 각각은 다른 타입의 센서 유닛으로 교체될 수 있는 모듈러 센서 플랫폼.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서 유닛들은 상기 밴드에 교체될 수 있게 결합되는 센서 플레이트에 수용되는 모듈러 센서 플랫폼.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 센서 플레이트는 하루 중 일부 시간 동안 제 1 타입의 밴드에 착용되고, 상기 하루 중 나머지 일부 시간 동안 제 2 타입의 밴드에 착용되는 모듈러 센서 플랫폼.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 센서 플레이트는 상기 센서 플레이트에 포함된 센서 유닛들에 대해 다른 타입을 갖는 센서 플레이트로 교체될 수 있는 모듈러 센서 플랫폼.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 센서 유닛들 중의 적어도 일부는 상기 센서 플레이트에 교체될 수 있게 결합되고, 상기 센서 유닛들 각각은 다른 센서 유닛으로 교체될 수 있는 모듈러 센서 플랫폼.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 센서 유닛들은 광 센서 어레이, 온도계, 전기 피부 반응(GSR) 센서 어레이, 바이오 임피던스(BioZ) 센서 어레이, 및 심전도 검사(ECG) 센서 어레이 중 적어도 하나를 포함한 조합인 모듈러 센서 플랫폼.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 광 센서 어레이는 이산 광 센서들의 어레이를 포함하고,
    상기 이산 광 센서들 각각은 적어도 하나의 광검출기의 조합과 상기 광검출기로 인접하게 위치한 적어도 두 개의 매칭된 광 소스들을 포함하고, 상기 광 소스들은 발광 다이오드를 포함하는 모듈러 센서 플랫폼.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 광 센서 어레이는 상기 밴드에 정렬되고, 혈관에 걸쳐서 위치하고, 상기 바이오 임피던스(BioZ) 센서 어레이는 상기 밴드에 정렬되고, 혈관에 걸쳐서 위치하는 모듈러 센서 플랫폼.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서 모듈은 상기 센서 유닛들에 결합되는 센서 컴퓨터 유닛을 더 포함하는 모듈러 센서 플랫폼.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 센서 컴퓨터 유닛은 심전도 검사(ECG)와 바이오 임피던스(BioZ) 아날로그 프론트 엔드(AFE), 전기 피부 반응(GSR) 아날로그 프론트 엔드(AFE), 광 센서 아날로그 프론트 엔드(AFE), 프로세서, 아날로그 디지털 컨버터(ADC), 메모리, 3축 가속도계, 압력 센서, 및 배터리를 포함하는 모듈러 센서 플랫폼.
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