KR20170059338A

KR20170059338A - 광학 측정 장치 및 이를 구비하는 전자 기기

Info

Publication number: KR20170059338A
Application number: KR1020150163602A
Authority: KR
Inventors: 이승준; 김동호; 배정목; 신의석; 이우창
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2015-11-20
Filing date: 2015-11-20
Publication date: 2017-05-30
Also published as: US10624541B2; US20190231192A1; US20170143209A1; US10307063B2; KR102444674B1

Abstract

광학 측정 장치 및 이를 구비한 전자 기기가 개시된다. 일 실시예에 따른 광학 측정 장치는 광원(light source), 광경로 조정기(light beam path adjuster), 광 검출기(light detector) 및 제어기(controller)를 포함한다. 광원은 소정의 진행 방향으로 측정광을 조사하며, 광경로 조정기는 광원으로부터 조사되어 피측정 대상으로 입사되는 측정광의 진행 경로를 변경시킬 수 있다. 그리고 광 검출기는 상기 광경로 조정기를 통과한 측정광이 상기 피측정 대상으로부터 반사되어 나오는 반사광을 수신한다. 또한, 제어기는 광 검출기가 수신한 반사광의 제1 유효 광로 길이와 기설정된 타깃 광로 길이를 비교하여, 후속 측정광에 의한 반사광의 제2 유효 광로 길이가 타깃 광로 길이와 일치하도록 광경로 조정기의 동작을 제어한다.

Description

광학 측정 장치 및 이를 구비하는 전자 기기{OPTICAL MEASURING APPARATUS AND ELECTRONIC DEVICE INCLUDING THE SAME}

피측정 대상 내부의 구성성분의 분석 등에 사용될 수 있는 광학 측정 장치에 관한 것이다.

피측정 대상 내부의 특정 성분의 분석, 예컨대 혈당 측정을 위한 방법 중의 하나로 적외선이나 근적외선(Near Infrared Ray, NIR) 등을 이용하는 광학적 측정 방법이 알려져 있다. 광학적 측정 방법을 이용하면, 피측정 대상에 대한 침습 없이도 그 내부에 존재하는 구성성분에 대한 검출 및/또는 분석이나 이를 통한 진단이 가능하다. 이러한 광학적 측정 방법으로는 투과광이나 반사광 스펙트럼의 특정 파장에서의 흡광율을 분석하여 특정 성분에 대한 검출 및/또는 분석을 하는 스펙트럼 분석법 등이 있으며, 대표적인 예로 FTIR(Fourier Transform Infrared Spectrometer) 대형분광기를 이용한 분광 분석법 등이 있다.

스펙트럼 분석법에서는 광원에서 조사된 측정광, 예컨대 근적외선이 피측정 대상에서 반사되어 나오는 반사광을 검출하여 분석한다. 반사광은 표면에서 반사되는 광은 물론 피측정 대상의 내부를 소정의 거리만큼 투과된 후에 반사되어 나오는 광도 포함된다. 후자의 경우에, 피측정 대상의 내부에서 측정광이 통과하는 소정의 거리를 광로 길이(optical path length)라고 한다. 반사광에는 측정광이 광로 길이만큼 피측정 대상의 내부를 지나면서 얻은 구성성분 등에 정보가 포함되어 있으므로, 정확한 정보를 얻기 위해서는 반사광에 노이즈가 적게 포함되어야 하는 것은 별론, 측정 목적에 요구되는 광로 길이만큼 측정광이 피측정 대상의 내부를 충분하게 통과해야 한다. 하지만 광로 길이가 지나치게 길어지면 광 검출부에서 수신되는 반사광의 세기가 약해지고 그에 따라서 스펙트럼 신호가 줄어들 수 있기 때문에, 측정하고자 하는 구성성분의 종류 및/또는 측정 목적 등에 맞게 광로 길이는 일정하게 유지되는 것이 바람직하다.

이를 위하여 다양한 광로 길이를 제공할 수 있는 광학 측정 장치가 제안되어 있다. 예를 들어, 미국공개특허공보 US 2015/0045636 A1에는 다수의 광 이미터(light emitter) 또는 다수의 광 검출기(light detector)를 구비하고 있는 화이버 프로브(fiber probe)가 개시되어 있는데, 이에 의하면 실제 측정에 사용하는 광 이미터와 광 검출기 사이의 거리가 달라지도록 하여 광로 길이를 조절할 수 있다.

한편, 최근 스마트 폰(smart phone) 등과 같은 휴대용 전자 기기(portable electronic device)나 스마트 밴드(smart band), 스마트 와치(smart watch), 스마트 글라스(smart glass)와 같은 웨어러블 전자 기기(wearable electronic device)에 바이오 관련 기능의 탑재가 증가하고 있다. 전술한 광학 측정 장치도 이러한 바이오 관련 기능의 하나로서 전자 기기에 탑재되는 것이 고려되고 있다. 사용자들은 전자 기기에 탑재된 광학 측정 장치를 이용하여 때와 장소에 상관 없이 간편하게 혈당 등과 같은 피하 구성성분에 대한 측정이나 분석 등을 할 수 있다.

그런데, 광학 측정 장치가 탑재된 휴대용 전자 기기나 웨어러블 전자 기기는 피측정 대상(예컨대, 피부)과의 대면 상태(interfacing status)가 사용자에 따라서 달라질 수 있을 뿐만 아니라 동일한 사용자라도 측정 당시의 상황(예컨대, 전자 기기가 접촉하는 피부의 위치, 접촉 각도, 접촉 긴밀도 등)에 따라서 그 대면 상태가 달라질 수 있다. 예를 들어, 사용자에 따라서 스마트 워치를 착용하는 위치는 물론 스마트 워치와 피부 사이의 밀착 정도는 착용시마다 달라질 수 있는 것이 일반적이다. 그리고 일단 착용된 스마트 워치라고 하더라도, 스마트 워치와 피부 사이의 대면 상태는 시간에 따라 달라질 수 있다.

따라서 휴대용 전자 기기나 웨어러블 전자 기기에 광학 측정 장치가 탑재될 경우에, 측정 목적이나 구성성분에 부합하는 타깃 광로 길이만큼 광로 길이를 확보하는 것과 함께 측정시마다 광로 길이가 일정하게 유지되도록 하는 것이 보다 중요한 이슈가 된다.

미국공개특허공보 US 2015/0045636 A1

피측정 대상과의 대면 상태에 상관 없이 일정한 광로 길이를 보장할 수 있는 광학 측정 장치 및 이를 구비하는 전자 기기를 제공한다.

측정하고자 하는 구성성분의 종류나 측정 목적에 따라서 광로 길이를 조절할 수 있는 광학 측정 장치 및 이를 구비하는 전자 기기를 제공한다.

광로 길이를 조절할 수 있을 뿐만 아니라 구조가 간단하고 소형 및 박형으로 제조할 수 있는 광학 측정 장치 및 이를 구비하는 전자 기기를 제공한다.

전술한 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 광학 측정 장치는 광원(light source), 광경로 조정기(light beam path adjuster), 광 검출기(light detector) 및 제어기(controller)를 포함한다. 광원은 소정의 진행 방향으로 측정광을 조사하며, 광경로 조정기는 광원으로부터 조사되어 피측정 대상으로 입사되는 측정광의 진행 경로를 변경시킬 수 있다. 그리고 광 검출기는 상기 광경로 조정기를 통과한 측정광이 상기 피측정 대상으로부터 반사되어 나오는 반사광을 수신한다. 또한, 제어기는 광 검출기가 수신한 반사광의 제1 유효 광로 길이와 기설정된 타깃 광로 길이를 비교하여, 후속 측정광에 의한 반사광의 제2 유효 광로 길이가 타깃 광로 길이와 일치하도록 광경로 조정기의 동작을 제어한다.

전술한 과제를 해결하기 위한 다른 실시예에 따른 광학 측정 장치는 역시 광원(light source), 광경로 조정기(light beam path adjuster), 광 검출기(light detector) 및 제어기(controller)를 포함한다. 광원은 소정의 진행 방향으로 측정광을 조사하며, 광경로 조정기는 연속된 굴절 인터페이스를 형성하는 서로 혼합되지 않는 두 액체(two immiscible liquids to form a continuous interface) 사이의 경계면에서의 굴절각을 변경하여 피측정 대상으로 입사되는 측정광의 진행 경로를 변경시킨다. 그리고 광 검출기는 광경로 조정기를 통과한 측정광이 피측정 대상으로부터 반사되어 나오는 반사광을 수신한다. 또한, 제어기는 광 검출기가 수신한 반사광의 제1 유효 광로 길이와 기설정된 타깃 광로 길이를 비교하여, 후속 측정광에 의한 반사광의 제2 유효 광로 길이가 타깃 광로 길이와 일치하도록 광경로 조정기의 동작을 제어한다.

전술한 과제를 해결하기 위한 일 실시예 따른 웨어러블 전자 기기는 측정광을 조사하고 조사된 측정광이 피부에 반사되어 나오는 반사광을 검출하기 위한 광학 측정 장치와 이 광학 측정 장치가 검출한 반사광으로서 기설정된 타깃 광로 길이를 갖도록 피드백 방식으로 제어된 반사광을 이용하여 생체 신호를 분석하기 위한 생체 신호 분석기를 포함한다. 여기서, 광학 측정 장치는 역시 광원(light source), 광경로 조정기(light beam path adjuster), 광 검출기(light detector) 및 제어기(controller)를 포함한다. 광원은 소정의 진행 방향으로 측정광을 조사하며, 광경로 조정기는 연속된 굴절 인터페이스를 형성하는 서로 혼합되지 않는 두 액체(two immiscible liquids to form a continuous interface) 사이의 경계면에서의 굴절각을 변경하여 피측정 대상으로 입사되는 측정광의 진행 경로를 변경시킨다. 그리고 광 검출기는 광경로 조정기를 통과한 측정광이 피측정 대상으로부터 반사되어 나오는 반사광을 수신한다. 또한, 제어기는 광 검출기가 수신한 반사광의 제1 유효 광로 길이와 기설정된 타깃 광로 길이를 비교하여, 후속 측정광에 의한 반사광의 제2 유효 광로 길이가 타깃 광로 길이와 일치하도록 광경로 조정기의 동작을 제어한다.

광학 측정 장치를 이용하면, 피측정 대상 내부의 구성성분 등에 대한 분석의 정확도를 향상시킬 수가 있을 뿐만 아니라 구성성분 등의 경시적 변화(예컨대, 매일 또는 매주 단위의 혈당 변화)를 정확하게 파악할 수 있다. 그리고 유효 광로 길이를 임의로 조정할 수 있어서, 광학 측정 장치는 다양한 측정 목적으로 활용될 수 있다. 또한, 광학 측정 장치는 피측정 대상에 대한 현재 대면 상태가 구성성분의 분석에 적합하지 않은 상태이면 사용자에게 재착용 및/또는 바른 착용법과 같은 안내(guide)를 줄 수 있다. 아울러, 전기적인 제어만으로 측정광의 진행 경로를 변경할 수 있으므로, 광학 측정 장치는 소형 및 박형으로 제조가 가능하다.

도 1은 일 실시예에 따른 광학 측정 장치의 구성을 보여 주는 블록도이다.
도 2는 마이크로 가변 옵틱스(micro variable optics)를 도시적으로 보여 주는 사시도이다.
도 3a 내지 도 3c는 마이크로 가변 옵틱스를 이용하여 측정광의 굴절각을 조정하는 원리를 도식적으로 보여 주는 도면이다.
도 4는 도 1의 광학 측정 장치를 이용한 측정 절차의 일례를 보여 주는 흐름도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 전자 기기의 구성의 일례를 걔략적으로 보여 주는 블록도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 보다 상세히 설명한다. 그러나 이러한 도면은 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 그리고 이러한 예시에 기초하여 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 통상의 기술자에게는 당연할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어 및 단어들은 실시예에서의 기능을 고려하여 선택된 용어들로서, 그 용어의 의미는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 후술하는 실시예들에서 사용된 용어는, 본 명세서에 구체적으로 정의된 경우에는 그 정의에 따르며, 구체적인 정의가 없는 경우는 통상의 기술자들이 일반적으로 인식하는 의미로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 일 실시예에 따른 광학 측정 장치의 구성을 보여 주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 광학 측정 장치(100)는 광원(light source, 110), 광경로 조정기(beam path adjuster, 120), 광 검출기(light detector, 130) 및 제어기(controller, 140)를 포함한다.

광원(110)은 소정의 제어 신호에 따라서 측정광을 조사한다. 제어 신호는 광학 측정 장치(100)의 동작을 제어하는 제어 수단에 의하여 생성되어 광원(110)으로 전달될 수 있다. 제어 수단은 후술하는 제어기(140)의 일 기능으로 구현될 수 있지만, 여기에만 한정되는 것은 아니다. 제어 신호에 따라서 광원(110)은 측정을 위하여 소정 파장의 광, 예컨대 근적외선(Near Infrared Ray, NIR)을 방사한다. 하지만, 측정 목적이나 측정하고자 하는 구성성분의 종류에 따라서 광원(110)으로부터 조사되는 광의 파장은 달라질 수 있다. 그리고 광원(110)은 반드시 단일의 발광체로 구성될 필요는 없으며, 다수 개의 발광체의 집합으로 구성될 수도 있다. 후자의 경우에, 다수 개의 발광체는 측정 목적에 적합하도록 서로 다른 파장의 광을 방출하거나 또는 모두 동일한 파장의 광을 방출할 수도 있다.

측정을 위하여 광원(110)은 소정의 방향으로 측정광을 조사한다. 즉, 소정의 시간 동안 광원(110)으로부터 조사되는 측정광이 진행하는 방향은 일정하며 변경되지 않는다. 일례로 광경로 조정기(120)에 의하여 측정광이 굴절되지 않고 그대로 직진한다고 가정하자. 이 경우에, 만일 도 1에 도시된 바와 같이 광학 측정 장치(100)가 피측정 대상에 대하여 평행하도록 배치된다면, 광원(110)으로부터의 측정광은 피측정 대상의 광원 대면 지점(A)으로 입사한다. 하지만, 광학 측정 장치(100)가 피측정 대상에 대하여 평행하도록 배치되지 않고 한쪽 방향으로 경사가 있게 대면하고 있는 경우라면, 광원 대면 지점은 지점 A가 아닌 지점 B 또는 지점 C가 될 수도 있다.

다만, 이것이 광원(110)으로부터 조사되는 측정광의 방향이 영구적으로 고정되어 있다거나 광학 측정 장치(100)에 광원(110)으로부터의 광 출력 방향을 바꾸기 위한 수단이 구비되어 있지 않다는 것을 의미하지는 않는다. 예컨대, 외부(사용자)로부터의 추가 조작이 있거나 또는 측정 목적이나 측정하고자 하는 구성 성분의 종류가 바뀌는 경우 등에 광원(110)으로부터의 광 출력 방향도 바뀔 수가 있도록 하기 위한 수단이 광원(110)에 추가로 구비될 수도 있다.

광경로 조정기(120)는 광원(110)으로부터 일정한 방향으로 조사되어서 피측정 대상으로 입사되는 측정광의 진행 경로를 변경시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 광경로 조정기(120)는 초기 상태에서는 제1 방향으로 측정광을 통과시킬 수 있다. 그리고 제어기(140)에 의한 제어에 따라서 광경로 조정기(120)는 제1 방향이 아닌 다른 방향으로 측정광이 진행되도록 할 수 있다.

예를 들어, 초기 상태와 같이 제어기(140)에 의한 제어 신호가 없는 경우에, 광경로 조정기(120)는 광원(110)으로부터 조사된 측정광이 그대로 직진하여 피측정 대상의 광원 대면 지점(A)에 입사되도록 할 수 있다. 그리고 광경로 조정기(120)는 제어기(140)에 의한 제어 신호에 따라서 이 광원 대면 지점(A)과는 다른 임의의 지점(예컨대, 지점 B나 지점 C)으로 측정광이 입사되도록 그 진행 방향을 변경시킬 수 있다. 제어기(140)에 의한 광경로 조정기(120)의 동작 제어에 관해서는 뒤에서 상세히 설명한다.

진행 방향을 변경하기 위한 한 가지 방법으로, 광경로 조정기(120)는 통과하는 측정광을 소정의 각도로 굴절시켜서 피측정 대상의 다른 지점에 입사되도록 할 수 있다. 이에 의하면, 제어기(140)에 의한 제어 신호에 따라서 광경로 조정기(120)에 의한 굴절각이 변경되며, 그에 따라서 광경로 조정기(120)를 통과한 측정광의 진행 경로도 변경될 수 있다. 예를 들어, 광경로 조정기(120)에 의한 굴절각은 0°가 될 수 있으며 이 경우에는 측정광의 진행 경로는 변경되지 않고 그대로 피측정 대상의 광원 대면 지점(A)으로 직진할 수 있다. 그리고 광경로 조정기(120)에 의한 굴절각은 θ₂ 또는 -θ₃가 될 수 있으며 이 경우에는 측정광의 진행 경로는 변경되어서 광원 대면 지점(A)과는 다른 지점(B, C)으로 측정광이 입사될 수 있다.

도 2는 측정광의 굴절각을 변경시키는 방식으로 동작하는 광경로 조정기(120)의 일례인 마이크로 가변 옵틱스(micro variable optics, 120')를 도시적으로 보여 주는 사시도이다. 도 2를 참조하면, 마이크로 가변 옵틱스(120')는 용기(122), 용기(122)에 담겨 있으며 서로 혼합되지 않는 두 액체(124a, 124b), 및 전극들(126)을 포함한다. 이러한 마이크로 가변 옵틱스(120')의 일례는 권용주(Youngjoo Kwon) 등에 의한 논문 "DEVELOPMENT OF MICRO VARIABLE OPTICS ARRAY" (MEMS 2014, San Francisco, CA, USA, January 26 - 30, 2014, pp. 72-75)에 개시되어 있으며, 상기 논문은 참조에 의하여 본 명세서에 전체가 결합된다. 광경로 조정기(120)는 하나의 마이크로 가변 옵틱스(120')만을 포함하여 구성되거나 또는 복수의 마이크로 가변 옵틱스(120')들의 어레이를 포함하여 구성될 수 있다.

용기(122)는 두 액체(124a, 124b)를 담기 위한 것이다. 용기(122)의 크기는 특별한 제한이 없지만, 마이크로 스케일의 미세한 크기를 가질 수도 있다. 용기(122)는 전체가 투명한 재질로 형성되거나 또는 적어도 측정광이 입력되는 방향과 출력되는 방향으로 사용되는 표면(도 2에서는 상면과 하면)만은 투명한 재질로 형성될 수 있다. 그리고 용기(122)의 내면, 즉 두 액체(124a, 124b)가 접촉하는 면(적어도 4개의 측벽의 내면)은 전기 습윤 특성(Electro-wetting property)을 이용할 수 있도록 유전체 물질(dielectric material)로 형성된 유전막이 단일층 또는 복수층으로 코팅되어 있을 수도 있다. 이러한 유전체 물질은 테프론(Teflon), 패럴린(parylene), 실리콘 질화물(SiN_x) 등이 있으나, 여기에만 한정되는 것은 아니다.

두 액체(124a, 124b)는 서로 혼합되지 않는 액체이다. 따라서 용기(122)에 담겨 있는 두 액체(124a, 124b) 사이에는 경계면(124c)이 존재하게 된다. 그리고 용기(122)의 형상에 따라서 경계면(124c)의 방향도 변경될 수 있다. 측정광이 입사되는 방향에 대한 경계면(124c)의 방향에 따라서 측정광은 그대로 통과하거나 또는 소정의 각도로 굴절될 수 있으므로, 이러한 경계면(124c)은 측정광의 굴절면으로서 기능한다.

그리고 두 액체(124a, 124b) 중에서 하나는 도전성 액체(conductive liquid)이고 다른 하나는 절연성 액체(insulating liquid)이다. 일례로, 도 2에 도시되어 있는 두 액체(124a, 124b) 중에서 위쪽에 위치하는 제1 액체(124a)가 도전성 액체이고, 아래쪽에 위치하는 제2 액체(124b)가 절연성 액체일 수 있다. 하지만, 이것은 예시적이며 두 액체(124a, 124b)의 전기적 특성이 반대가 될 수 있다는 것은 자명하다.

도전성 액체는 순수한 물이거나 또는 소정의 전해질이 함유되어 있는 물일 수 있다. 그리고 절연성 액체는 오일일 수 있다. 하지만, 여기에만 한정되는 것은 아니며, 도전성 액체나 절연성 액체로 사용될 수 있는 종류에는 특별한 제한이 없다. 다만, 도전성 액체는 후술하는 전기 습윤 현상을 이용하여 그 퍼짐 정도를 정밀하게 제어할 수 있는 액체인 것이 보다 유용하다.

용기(122)의 외벽에는 복수의 전극들(126)이 구비되어 있다. 또는, 복수의 전극들(126), 보다 구체적으로는 적어도 내면이 유전막으로 코팅되어 있는 복수의 전극들(126)이 용기(122)의 일부(도 2에서는 용기(122)를 구성하는 4개의 측벽)로서 기능할 수도 있다. 복수의 전극들(126)은 2개 이상으로서 각각 독립적으로 전압 인가가 가능하도록 구성될 수 있다. 도 2에서는 4개의 전극들(126)이 육면체 형상의 용기의 각 측벽에 구비되어 있거나 또는 측벽으로서 기능하는 것으로 도시되어 있는데, 이것이 예시적인 것이며 더 많은 수의 전극들로 구성되거나 또는 측벽 이외의 다른 위치에도 전극이 추가로 구비될 수 있다.

이러한 독립적으로 전압 인가가 가능한 복수의 전극들(126)은 두 액체(124a, 124b) 중에서 도전성 액체(124a)의 전기 습윤 현상을 이용하기 위한 구동 수단으로서 기능한다. 전기 습윤 현상에 따라서 복수의 전극들(126)에 각각 소정의 전압이 인가되어서 용기(122)의 내부에 전기장이 유발되면, 도전성 액체(124a)는 유전체막, 즉 용기(122)의 내벽에 대한 퍼짐성이 변화하게 된다. 그리고 인가되는 전압의 세기나 방향이 변경되면, 퍼짐성의 변화 정도와 변화 방향을 제어하는 것도 가능하다.

이와 같이, 도전성 액체(124a)의 퍼짐성이 변화하면, 도전성 액체(124a)가 분포되는 영역이 변하여 결국 두 액체(124a, 124b)가 각각 용기(122) 내부에서 차지하는 공간도 변경되게 된다. 그리고 그에 따라서 두 액체(124a, 124b) 사이의 경계면(124c)의 방향이 변경될 수 있다. 결국, 전극들(126)에 인가되는 전압을 조정함으로써 경계면(124c)의 방향을 변경시키는 것이 가능하다. 또한, 이러한 경계면(124c)의 방향 변경을 정밀하게 제어함으로써, 경계면(124c)이 측정광에 대하여 연속된 굴절 경계면(continuous refractive interface)을 형성하도록 할 수 있다.

도 3a 내지 도 3c는 하나 또는 어레이의 도 2에 도시된 마이크로 가변 옵틱스(120')를 이용하여 측정광의 굴절각을 조정하는 원리를 도식적으로 보여 주는 도면이다. 도 3a 내지 도 3c에서 참조번호 124a와 124b는 각각 도 2에서 제1 액체와 제2 액체에 대응하며, 참조번호 124c는 이들 두 액체(124a, 124b) 사이의 경계면을 나타낸다. 도 3a 내지 도 3c에 의하면 각 도면에서의 경계면(124c)이 서로 다르다는 것을 알 수 있는데, 이것은 내부에 생성되는 전기장의 크기 및/또는 방향을 변경할 경우에 도전성 액체(124a)의 전기 습윤 현상에 따라서 유발시킬 수 있음은 전술한 바와 같다.

먼저 도 3a를 참조하면, 입사되는 측정광은 수평 방향인 경계면(124c)에서 굴절이 일어나지 않고 직진하여 마이크로 가변 옵틱스로부터 출력된다. 그리고 도 3b를 참조하면, 경계면(124c)의 방향이 우상 방향으로 변경됨에 따라서 입사되는 측정광도 경계면(124c)에서 소정의 각도(θ₃)만큼 왼쪽으로 굴절되어 마이크로 가변 옵틱스로부터 출력되는 것을 알 수 있다. 또한, 도 3c를 참조하면, 경계면(124c)의 방향이 우하 방향으로 변경됨에 따라서 입사되는 측정광도 경계면(124c)에서 소정의 각도(θ₂)만큼 오른쪽으로 굴절되어 마이크로 가변 옵틱스로부터 출력되는 것을 알 수 있다.

도 2에 도시되어 있는 마이크로 가변 옵틱스(120')와 같이 광경로 조정기(120)가 전기적으로만 구동될 뿐이고 추가적으로 물리적인 구동 수단이 필요하지 않은 장치이면, 소형 및 박형으로 제조가 가능하고 따라서 휴대용 전자 기기나 웨어러블 전자 기기 등의 일 모듈로 장착되기에 용이한 장점이 있다. 예를 들어, 만일 도 3b나 도 3c에서 마이크로 가변 옵틱스(120')의 최대 굴절각, 즉 진행방향이 조정될 수 있는 최대 범위가 15°라고 가정하고 또한 광원 대면 지점(A, 도 1 참조)으로부터 최대 0.2mm 이격되어 있는 지점으로 측정광이 입사되도록 하려면, 마이크로 가변 옵틱스(120')에 요구되는 높이는 약 0.74mm에 불과하다. 이에 의하면, 광학 측정 장치(100)는 전체가 약 1mm 정도의 얇은 두께로 제조될 수 있다.

도 1의 광경로 조정기(120)는, 입사되는 측정광의 진행 경로를 조정할 수 있다면, 도 2에 도시된 마이크로 가변 옵틱스(120')에 한정되지 않으며 다양하게 구현될 수 있다. 일례로, 광경로 조정기(120)는 적어도 하나의 반사각이 조정될 수 있는 반사경들의 조합과 적어도 하나의 반사경을 구동(반사경에 의한 반사각을 변경)시킬 수 있는 구동 수단을 구비하는 장치일 수 있다. 다른 예로, 광경로 조정기(120)는 소정 크기의 굴절각을 갖는 굴절 장치와 이 굴절 장치에 의한 굴절 방향이 변경되도록 굴절 장치를 조정(예컨대, 축회전)할 수 있는 조정 수단을 구비하는 장치일 수도 있다.

또 다른 예로, 광경로 조정기(120)는 전기장의 세기에 따라서 굴절율이 달라지도록 하여 광 경로를 변경시킬 수 있는 액정과 이 액정에 전기장을 유발하기 위한 구동 전극을 구비하는 장치일 수도 있다. 이러한 액정을 포함하는 장치의 일례는 Shi와 McManamon 등에 의한 논문 "Liquid crystal optical phase plate with a variable in-plane gradient" (Journal of Applied Physics 104, 033109 (2008))에 개시가 되어 있으며, 위 논문은 참조에 의하여 본 명세서에 전체가 결합된다.

광 검출기(130)는 광경로 조정기(120)를 통과한 측정광이 피측정 대상으로부터 반사되어 나오는 반사광을 수신한다. 여기서, 반사광이란 입사되는 측정광이 피측정 대상의 표면에서 반사되어 나오는 광에만 한정되는 것은 아니며, 실질적으로 피측정 대상의 내부를 소정의 거리만큼 통과하여 나오는 투과광도 반사광에 포함된다. 그리고 이러한 투과광은 피측정 대상의 내부에 대한 정보를 포함하고 있으므로 혈당 등과 같은 피측정 대상 내부의 구성성분 등을 분석하는데 활용될 수 있다.

광 검출기(130)는 광원(110)으로부터 소정의 거리만큼 이격되어 고정되도록 배치되어 있다. 즉, 광 검출기(130)와 광원(110) 사이의 거리는 원칙적으로 변경될 수 없다. 이에 의하면, 측정광이 피측정 대상의 내부를 통과하는 길이인 유효 광로 길이(effective light path length)의 크기는 광원(110)으로부터의 측정광이 피측정 대상에 입사되는 지점이 어디인지에 따라서 달라질 수 있다. 그리고 광경로 조정기(120)에 의한 측정광의 진행 경로가 일정하게 설정되어 있는 상태라면, 측정광이 피측정 대상에 입사되는 지점은 광학 측정 장치(100)와 피측정 대상과의 사이의 대면 상태에 따라서 달라질 수 있다는 것은 전술한 바와 같다. 따라서 반사광의 유효 광로 길이는 광학 측정 장치(100)와 피측정 대상의 대면 상태에 따라서 달라질 수 있다.

광 검출기(130)에 의하여 수신된 반사광에 대해서는 유효 광로 길이가 계산될 수 있다. 유효 광로 길이는 공지된 다양한 방법을 이용하여 계산될 수 있으며, 여기에 특별한 제한은 없다. 예를 들어, 공지된 CLS(Classical Least Square) 방식을 이용하여 피측정 대상, 예컨대 피부 내의 물 성분을 통과한 유효 광로 길이를 계산할 수 있다. 이러한 유효 광로 길이의 계산은 광 검출기(130)에 의하여 수행되거나 또는 제어기(14)나 광학 측정 장치(100)를 구성하는 다른 구성요소에 의하여 수행될 수 있다.

그리고 광 검출기(130)에 의하여 수신된 반사광은 피측정 대상의 내부에 존재하는 구성성분(예컨대, 혈당)의 분석을 위하여 활용될 수 있다. 즉, 광 검출기(130)가 수신한 반사광은 공지된 스펙트럼 분석법 등과 같은 기법을 통하여 피측정 대상 내부의 구성성분을 분석하는데 활용될 수 있다. 이를 위하여, 광학 측정 장치(100)에는 스펙트럼 분석기(spectrum analyzer) 등과 같은 분석 수단이 추가로 구비될 수 있다. 그리고 이러한 분석 수단도 광 검출기(130) 또는 제어기(140)의 일 기능으로 구현되거나, 광학 측정 장치(100)의 다른 구성요소로 구현될 수도 있다. 또한 분석 수단의 종류나 기능 등에 대해서 특별한 제한이 없다.

그리고 분석 수단에 의한 최종 결과물, 예컨대 구성성분에 대한 측정치나 이러한 측정치에 기초하여 진단을 하는 기능은 이러한 분석 수단의 일 기능으로 구현될 수 있다. 또는, 최종 측정치를 구하거나 또는 이에 기초한 진단을 하는 기능은 광학 측정 장치(100)가 설치되는 전자 기기의 일 기능으로 구현이 될 수도 있다. 예를 들어, 광학 측정 장치(100)가 설치된 모바일 전자 기가나 웨어러블 전자 기기의 구동 시스템(Operating System, OS)의 일 기능 및/또는 이 전자 기기에 설치되어 있는 특정 어플리케이션의 기능으로 구현될 수도 있다.

계속해서 도 1을 참조하면, 제어기(140)는 광 검출기(130)가 수신한 반사광의 유효 광로 길이를 이용하여 피드백 방식으로 광경로 조정기(120)의 동작을 제어한다. 예를 들어, 제어기(140)는 광 검출기(130)가 수신한 반사광의 유효 광로 길이(이하, '제1 유효 광로 길이'라고 한다)를 기설정된 타깃 광로 길이와 비교하여, 후속 측정광에 의한 반사광의 유효 광로 길이(이하, '제2 유효 광로 길이'라고 한다)는 타깃 광로 길이(l_t)와 일치하도록 광경로 조정기(120)의 동작을 제어할 수 있다.

여기서, '유효 광로 길이'는 측정광이 피측정 대상의 내부를 실질적으로 통과한 거리를 가리킨다는 것은 전술한 바와 같다. 도 1에서 광경로 조정기(120)가 측정광을 그대로 직진하도록 제어기(140)에 의하여 제어된 상태일 경우에 유효 광로 길이는 l₁이 된다. 그리고 광경로 조정기(120)가 측정광을 θ₂만큼 굴절시키도록 제어기(140)에 의하여 제어된 상태일 경우에 유효 광로 길이는 l₂가 되며, 광경로 조정기(120)가 측정광을 -θ₃만큼 굴절시키도록 제어기(140)에 의하여 제어된 상태일 경우에 유효 광로 길이는 l₃가 된다.

그리고 타깃 광로 길이(l_t)는 측정 목적을 달성할 수 있도록 측정광이 피측정 대상을 통과해야 하는 소정의 거리를 가리킨다. 따라서 타깃 광로 길이(l_t)는 측정 목적이나 측정하고자 하는 구성성분의 종류 등에 따라서 달라질 수 있는데, 그 구체적인 값은 미리 결정되어 있을 수 있다.

광경로 제어기(120)의 제어를 위하여, 우선 제어기(140)는 광경로 조정기(120)를 초기 상태로 둔 다음 제1 측정광이 통과되도록 한다. 예를 들어, 제어기(140)는 광경로 조정기(120)가 측정광을 그대로 직진하도록 설정된 상태, 즉 굴절각이 0°인 상태를 초기 상태로 두거나 또는 광경로 조정기(120)에 어떠한 구동력도 가해지지 않은 상태, 예컨대 도 2의 전극들(126)에 아무런 전압이 인가되지 않은 상태를 초기 상태로서 둘 수 있다. 하지만, 이것은 예시적인 것이며, 광경로 조정기(120)의 굴절각이 소정의 크기를 갖는 상태 또는 광경로 조정기(120)에 소정 크기의 구동력이 가해진 상태가 초기 상태로 될 수도 있다. 이하, 광경로 조정기(120)에 어떠한 구동력도 가해지지 않았으며 그 결과 측정광이 그대로 직진하도록 설정된 상태를 초기 상태라고 가정하고 제어기(140)에 대하여 계속 설명하기로 한다.

계속해서 제어기(140)는 제1 반사광의 유효 광로 길이(l₁), 즉 제1 유효 광로 길이를 미리 설정된 타깃 광로 길이(l_t)와 비교하고, 비교 결과에 기초하여 결정되는 값에 따라서 광경로 조정기(120)의 동작을 제어한다. 일례로, 제어기(140)는 제1 유효 광로 길이(l₁)가 타깃 광로 길이(l_t)와 일치하는지 비교한 다음, 두 값이 일치하지 않을 경우에는 제2 유효 광로 길이는 타깃 광로 길이(l_t)와 일치하도록 광경로 조정기(120)의 동작을 제어할 수 있다. 여기서, '두 값이 일치한다'는 것의 의미는 정확하게 두 값이 같아지는 것에 한정되지 않으며, 통상적으로 허용 가능한 범위 내에서 두 값이 소정의 범위 이내(예컨대, 반사광을 이용하여 구성성분의 분석에 유용한 정도의 범위 이내)에서 차이가 나는 것도 포함한다.

이 경우에, 광경로 조정기(120)에 의한 광경로 조정값, 즉 어떤 방향으로 그리고 어느 정도의 크기만큼 제어할지는 제1 유효 광로 길이(l₁)와 타깃 광로 길이(l_t) 사이의 차이, 즉 광로 길이 차이에 기초하여 미리 설정된 소정의 알고리즘에 따라서 결정될 수 있다. 보다 구체적으로, 광로 길이 차이(l₁-l_t)가 소정 크기의 음수, 예컨대 l₁-l₃라면, 광경로 조정기(120)에 의한 광경로 조정값은 -θ₃의 굴절각이 되도록 하여 제2 유효 광로 길이는 제1 유효 광로 길이에 비하여 광로 길이 차이의 크기(l₃-l₁)만큼 더 커지도록 할 수 있다. 이 경우에 제2 측정광은 지점 C쪽으로 입사될 수 있다. 또한, 광로 길이 차이(l₁-l_t)가 소정 크기의 양수, 예컨대 l₁-l₂라면, 광경로 조정기(120)에 의한 광경로 조정값은 θ₂의 굴절각이 되도록 하여 제2 유효 광로 길이는 제1 유효 광로 길이에 비하여 광로 길이 차이(l₁-l₂)만큼 더 작아지도록 할 수 있다. 이 경우에 제2 측정광은 지점 B쪽으로 입사된다.

이러한 제어기(140)에 의한 광경로 조정기(120)에 대한 제어는 제1 유효 광로 길이(l₁)와 타깃 광로 길이(l_t) 사이의 차이인 광로 길이 차이가 소정의 임계치보다 작은 경우에만 수행될 수 있다. 보다 구체적으로, 광로 길이 차이가 임계치보다 작은 경우에, 제어기(140)는 전술한 바와 같이 제2 유효 광로 길이가 타깃 광로 길이가 같아지도록 광경로 조정기(120)를 제어한다.

반면, 광로 길이 차이가 임계치보다 큰 경우에는 제어기(140)는 광경로 조정기(120)의 동작을 제어하지 않는다. 왜냐하면, 이 경우에는 광로 길이 차이가 너무 커서 광경로 조정기(120)를 이용하여 측정광의 진행 경로를 최대한으로 조정을 하더라도 제2 유효 광로 길이가 타깃 광로 길이(l_t)와 같아지는 것이 불가능하거나 또는 광경로 조정값이 너무 크기 때문에 진행 경로가 너무 변경되어서 반사광이 광 검출기(130)에 의하여 충분한 세기로 검출되지 않는 등과 같이, 광경로 조정기(120)를 제어하여 다시 측정을 할 실효성이 없기 때문이다.

이 경우에, 제어기(140)는 측정이 불가능하다는 것을 지시하는 취지의 측정 불가 알림 메시지가 출력되도록 할 수 있다. 여기서, 측정 불가 알림 메시지 종류나 형식에 대해서는 특별한 제한이 없다. 예를 들어, 측정 불가 알림 메시지는 단순히 측정이 불가능하다는 사실을 알리는 취지의 알림 메시지나 경고 메시지이거나 및/또는 사용자에게 다시 측정할 것을 요구하는 요청 메시지일 수 있다. 후자의 일례로 만일 광학 측정 장치(100)가 휴대용 전자 기기의 일 구성요소일 경우에는, 휴대용 전자 기기와 피측정 대상 사이의 대면 상태를 변경하여 다시 측정할 것을 요청하는 재측정 요청 메시지일 수 있다. 그리고 후자의 다른 예로 만일 광학 측정 장치(100)가 웨어러블 전자 기기의 일 구성요소일 경우에는, 해당 웨어러블 전자 기기를 다시 착용할 것을 요청하는 재착용 요청 메시지일 수 있다.

다음으로 도 1의 광학 측정 장치(100)를 이용하여 측정을 하는 측정 절차에 관하여 설명한다. 도 4는 이러한 측정 절차의 일례를 보여 주는 흐름도이다.

도 1 및 도 4를 참조하면, 우선 피측정 대상에 대하여 광학 측정 장치(100)를 소정의 대면 상태로 배치한다(S10). 일례로, 광학 측정 장치(100)가 휴대용 전자 기기의 일 구성요소일 경우에, 사용자는 이 휴대용 전자 기기에서 광학 측정 장치(100)가 구비된 부분을 피측정 대상에 근접하게 배치하거나 또는 접촉되도록 배치할 수 있다. 또는, 광학 측정 장치(100)가 웨어러블 전자 기기의 일 구성요소일 경우에, 사용자는 이 웨어러블 전자 기기를 손목(예컨대, 스마트 시계인 경우)이나 눈(예컨대, 스마트 글라스인 경우) 등과 같은 소정의 위치에 착용할 수 있다.

그리고 광학 측정 장치(100)의 광원(110)으로부터 제1 측정광이 방출되도록 하여 피측정 대상에 측정광을 조사한다(S11). 이 때, 광경로 조정기(120)는 측정광이 광원(100)으로부터 직진하여 피측정 대상의 광원 대면 지점(A)에 입사되도록 할 수 있는데, 이것이 예시적이라는 것은 전술한 바와 같다. 그리고 광학 측정 장치(100)는 광 검출기(130)를 통하여 이 제1 측정광에 의한 제1 반사광을 수신한 다음, 수신된 제1 반사광에 대한 스펙트럼 분석 등을 통하여 제1 유효 광로 길이(l₁)를 구한다(S12).

그리고 광학 측정 장치(100)는 단계 S12에서 구한 유효 광로 길이(l₁)가 타깃 광로 길이(l_t)와 일치하는지를 판단한다(S13). 여기서, 두 값이 일치한다는 것은 두 값이 정확하게 같다는 것에 한정되지 않고 두 값의 차이가 허용 가능한 범위 이내인 경우도 포함된다는 것은 전술한 바와 같다. 만일, 단계 S13에서 유효 광로 길이(l₁)가 타깃 광로 길이(l_t)와 일치하는 것으로 판단되면, 광학 측정 장치(100)는 제1 반사광에 대한 스펙트럼 분석 등을 통하여 피측정 대상의 내부에 존재하는 구성성분(예컨대, 피하 조직에서의 혈당)에 대한 분석 등을 진행한다(S18).

반면, 단계 S13에서의 판단 결과, 유효 광로 길이(l₁)가 타깃 광로 길이(l_t)와 일치하지 않으면, 광학 측정 장치(100)는 광경로 조정기(120)에 의하여 조정될 광경로의 크기를 나타내는 광경로 조정값(θ)을 계산한다(S14). 그리고 이러한 계산된 광경로 조정값(θ)과 미리 설정된 임계치(θ_th)와 크기를 비교하다(S15). 비교 결과, 광경로 조정값(θ)이 미리 설정된 임계치(θ_th)보다 작은 경우에는 단계 S14에서 계산된 광경로 조정값(θ)에 대응하도록 광경로 조정기(120)의 굴절각을 제어하며, 이후에는 피측정 대상에 제2 측정광을 조사하여 단계 S11 이후의 과정을 반복하여 진행한다. 그리고 유효 광로 길이(l₁)가 타깃 광로 길이(l_t)와 일치할 때가지 필요하다면 이러한 반복은 2회 이상 수행될 수도 있다.

반면, 단계 S15에서의 비교 결과, 광경로 조정값(θ)이 미리 설정된 임계치(_th)보다 큰 경우에는 광학 측정 장치(100)는 측정 불가 알림 메시지(예컨대, 광학 측정 장치(100)와 피측정 대상과의 대면 상태를 변경시킬 것을 알리는 재측정 메시지 또는 재착용 메시지)를 출력한다. 그리고 이러한 측정 불가 알림 메시지가 출력되면, 광학 측정 장치의 피측정 대상에 대한 대면 상태가 변경되도록 사용자는 휴대용 전자 기기를 다시 피측정 대상에 근접시키거나 또는 웨어러블 전자 기기를 재착용할 수 있다.

도 5는 도 1의 광학 측정 장치(100)를 포함하는 전자 기기의 구성의 일례를 걔략적으로 보여 주는 블록도이다. 도 5에 도시된 전자 기기는 휴대용 전자 기기나 또는 웨어러블 전자 기기일 수 있는데, 여기에만 한정되는 것은 아니다. 도 5를 참조하면, 전자 기기는 광학 측정 장치(100) 및 생체 신호 분석기(200)를 포함하는데, 광학 측정 장치(100)에 대해서는 도 1 내지 도 4를 참조하여 위에서 상세하게 설명하였으므로, 여기에서 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

생체 신호 분석기(200)는 광학 측정 장치(100)에서 측정한 측정 결과를 이용하여 혈당 등과 같은 생체 신호를 분석한다. 여기서, 광학 측정 장치(100)에서 측정한 측정 결과는 도 4를 참조하여 설명한 측정 방법에 따라서 유효 광로 길이가 타깃 광로 길이와 일치되도록 한 상태(즉, 도 4에서 단계 S18)에서 측정한 데이터이다. 따라서 측정 결과는 제1 반사광을 분석하여 얻은 데이터이거나 또는 제1 반사광의 유효 광로 길이에 기초하여 소정의 굴절각으로 광경로 제어기에 의한 굴절각을 제어하여 수신한 제2 반사광을 분석하여 얻은 데이터일 수도 있다. 이러한 측정 결과는 수신된 반사광에 대한 스펙트럼 분석 데이터일 수 있다.

이상의 설명은 실시예에 불과할 뿐, 이에 의하여 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 기술 사상은 특허청구범위에 기재된 발명에 의해서만 특정되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. 따라서 전술한 실시예가 다양한 형태로 변형되어 구현될 수 있다는 것은 통상의 기술자에게 자명하다.

100: 광학 측정 장치
110: 광원
120: 광경로 조정기
120': 마이크로 가변 옵틱스
122: 용기
124a, 124b: 서로 혼합되지 않는 두 액체
126: 전극
130: 광 검출기
140: 제어기

Claims

소정의 진행 방향으로 측정광을 조사하는 광원(light source);
상기 광원으로부터 조사되어 피측정 대상으로 입사되는 측정광의 진행 경로를 변경시킬 수 있는 광경로 조정기(light beam path adjuster);
상기 광경로 조정기를 통과한 측정광이 상기 피측정 대상으로부터 반사되어 나오는 반사광을 수신하는 광 검출기(light detector); 및
상기 광 검출기가 수신한 반사광의 제1 유효 광로 길이와 기설정된 타깃 광로 길이를 비교하여, 후속 측정광에 의한 반사광의 제2 유효 광로 길이가 상기 타깃 광로 길이와 일치하도록 상기 광경로 조정기의 동작을 제어하는 제어기(controller)를 포함하는 광학 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어기는 상기 제1 유효 광로 길이와 상기 타깃 광로 길이 사이의 광로 길이 차이를 구하고, 상기 광로 길이 차이에 기초하여 결정되는 광경로 조정값에 따라서 상기 광경로 조정기의 동작을 제어하는 광학 측정 장치.
제2항에 있어서,
상기 제어기는 미리 설정되어 있는 알고리즘을 이용하여 상기 광로 길이 차이로부터 상기 광경로 조정값을 계산하여 구하는 광학 측정 장치.
제2항에 있어서,
상기 제어기는 광로 길이 차이의 값에 대응하는 광경로 조정값이 계산되어 있는 데이터베이스를 이용하여 상기 광경로 조정값을 결정하는 광학 측정 장치.
제2항에 있어서,
상기 제어기는 상기 광로 길이 차이 또는 상기 광경로 조정값이 기설정된 임계치보다 작은 경우에만 상기 광경로 조정기의 동작을 제어하는 광학 측정 장치.
제5항에 있어서,
상기 제어기는 상기 광로 길이 차이 또는 상기 광경로 조정값이 상기 임계치보다 큰 경우에는 측정이 불가능하다는 것을 지시하는 측정 불가 알림 메시지를 출력하는 광학 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 광경로 조정기는 연속된 굴절 인터페이스를 형성하는 서로 혼합되지 않는 두 액체(two immiscible liquids to form a continuous refractive interface)를 사용하여 상기 진행 경로를 변경하는 광학 측정 장치.
제7항에 있어서, 상기 광경로 조정기는
하나의 용기에 담겨 있어서 경계면을 형성하고 서로 혼합되지 않는 상기 두 액체; 및
상기 측정광의 진행 방향에 대한 상기 경계면의 방향을 변경시켜서 굴절각을 조정하는 굴절각 조정부를 포함하는 광학 측정 장치.
제8항에 있어서,
상기 두 액체는 각각 전도성 액체와 절연성 액체이고,
상기 굴절각 조정부는 상기 전도성 액체의 전기 습윤 특성(electro-wetting property)에 따라서 상기 경계면의 방향이 변경되도록 상기 용기의 내부에 소정 크기의 전기장을 유발하는 복수의 전극들을 포함하는 광학 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 광원으로부터 조사되는 측정광의 진행 방향은 변경될 수 없고,
상기 광 검출기는 상기 광원으로부터 소정의 거리만큼 이격되어 고정 배치되어 있는 광학 측정 장치.
소정의 진행 방향으로 측정광을 조사하는 광원(light source);
연속된 굴절 인터페이스를 형성하는 서로 혼합되지 않는 두 액체(two immiscible liquids to form a continuous interface) 사이의 경계면에서의 굴절각을 변경하여 피측정 대상으로 입사되는 상기 측정광의 진행 경로를 변경시킬 수 있는 광경로 조정기(light beam path adjuster);
상기 광경로 조정기를 통과한 측정광이 상기 피측정 대상으로부터 반사되어 나오는 반사광을 수신하는 광 검출기(light detector); 및
상기 광 검출기가 수신한 반사광의 제1 유효 광로 길이와 기설정된 타깃 광로 길이를 비교하여, 후속 측정광에 의한 반사광의 제2 유효 광로 길이가 상기 타깃 광로 길이와 일치하도록 상기 광경로 조정기의 동작을 제어하는 제어기(controller)를 포함하는 광학 측정 장치.
제11항에 있어서, 상기 제어기는
상기 제1 유효 광로 길이와 상기 타깃 광로 길이 사이의 광로 길이 차이를 구하고, 상기 광로 길이 차이에 기초하여 결정되는 광경로 조정값에 따라서 상기 광경로 조정기의 동작을 제어하되,
상기 광로 길이 차이가 상기 임계치보다 작은 경우만 상기 광경로 조정기의 동작을 제어하는 광학 측정 장치.
제12항에 있어서,
상기 제어기는 상기 광로 길이 차이가 기설정된 임계치보다 큰 경우에는 측정이 불가능하다는 것을 지시하는 측정 불가 알림 메시지를 출력하는 광학 측정 장치.
제13항에 있어서,
상기 광학 측정 장치는 웨어러블 전자 기기에 구비되어 있으며,
상기 측정 불가 알림 정보는 상기 사용자에게 상기 웨어러블 전자 기기를 다시 착용할 것을 요청하는 재착용 요청 메시지를 포함하는 광학 측정 장치.
제11항에 있어서, 상기 광경로 조정기는
상기 두 액체인 전도성 액체와 절연성 액체를 담고 있는 용기; 및
상기 전도성 액체의 전기 습윤 특성(electro-wetting property)에 따라서 상기 경계면의 방향이 변경되도록 상기 용기의 내부에 소정 크기의 전기장을 유발하는 복수의 전극들을 포함하는 광학 측정 장치.
제11항에 있어서,
상기 광 검출기가 수신한 반사광의 스펙트럼을 분석하여 상기 유효 광로 길이를 구하기 위한 스펙트럼 분석기(spectrum analyzer)를 더 포함하는 광학 측정 장치.
측정광을 조사하고 조사된 측정광이 피부에 반사되어 나오는 반사광을 검출하기 위한 광학 측정 장치; 및
상기 광학 측정 장치가 검출한 반사광으로서 기설정된 타깃 광로 길이를 갖도록 피드백 방식으로 제어된 반사광을 이용하여 생체 신호를 분석하기 위한 생체 신호 분석기를 포함하고,
상기 광학 측정 장치는
소정의 진행 방향으로 측정광을 조사하는 광원(light source);
투명하고 서로 혼합되지 않는 두 액체 사이의 경계면에서의 굴절각을 변경하여 피측정 대상으로 입사되는 상기 측정광의 진행 경로를 변경시킬 수 있는 광경로 조정기(light beam path adjuster);
상기 광경로 조정기를 통과한 측정광이 상기 피측정 대상으로부터 반사되어 나오는 반사광을 수신하는 광 검출기(light detector); 및
상기 광 검출기가 수신한 반사광의 유효 광로 길이가 상기 타깃 광로 길이에 일치하지 않으면, 후속 측정광에 의한 반사광의 유효 광로 길이가 상기 타깃 광로 길이에 일치하도록 상기 광경로 조정기의 동작을 제어하는 제어기(controller)를 포함하는 웨어러블 전자 기기.
제17항에 있어서,
상기 광원으로부터 조사되는 측정광의 진행 방향은 변경될 수 없고,
상기 광 검출기는 상기 광원으로부터 소정의 거리만큼 이격되어 고정 배치되어 있는 웨어러블 전자 기기.
제17항에 있어서, 상기 제어기는
상기 광로 길이 차이가 상기 임계치보다 작은 경우만 상기 광경로 조정기의 동작을 제어하고, 또한
상기 광로 길이 차이가 기설정된 임계치보다 큰 경우에는 측정이 불가능하다는 것을 지시하는 측정 불가 알림 정보를 출력하는 웨어러블 전자 기기.
제19항에 있어서,
상기 측정 불가 알림 정보는 상기 사용자에게 상기 웨어러블 전자 기기를 다시 착용할 것을 요청하는 재착용 요청 메시지인 웨어러블 전자 기기.