KR20180128492A - 비-박동성 혈액량 측정을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 사용자의 생리학적 신호들 중 하나 이상을 결정하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 사용자의 생리학적 신호들 중 하나 이상은 박동성 혈액량 변화를 측정함으로써 결정될 수 있다. 신호 내에 포함된 움직임 아티팩트는 비-박동성 혈액량 변화를 측정함으로써 그리고 비-박동성 혈액 정보를 고려하도록 신호를 조정함으로써 취소되거나 감소될 수 있다. 비-박동성 혈액량 변화는 적어도 한 세트의 광 방출기-광 센서를 사용하여 측정될 수 있다. 광 방출기는 광 센서에 가까이 근접하게 (예를 들어, 1 mm 이하로 떨어져) 위치될 수 있고, 그에 의해 하나 이상의 혈관 및/또는 소동맥과 상호작용하지 않고서 광 방출기에 의해 방출된 광을 혈액량으로 제한할 수 있다. 일부 예에서, 시스템은 사용자의 가속도를 측정하도록 구성된 가속도계를 추가로 포함할 수 있고, 가속도 신호는 움직임 아티팩트를 보상하기 위해 추가로 사용될 수 있다.
Description
관련 출원들과의 상호 참조
본 출원은, 2016년 5월 10일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/334,363호에 대해 우선권을 주장하며, 그 전체가 참조로 통합된다.
기술분야
본 발명은 대체적으로 PPG(photoplethysmogram) 시스템용 아키텍처(architecture)에 관한 것이며, 더 구체적으로는, 박동이 거의 없거나 전혀 없는 혈액 정보를 포함하는 신호를 생성할 수 있고 비-박동성 혈액량 변화(non-pulsatile blood volume change)를 측정할 수 있는 PPG 시스템에 관한 것이다.
사용자의 생리학적 신호(예를 들어, 맥박수 또는 동맥산소 포화도)는 PPG 시스템에 의해 결정될 수 있다. 기본 형태에서, PPG 시스템은 사용자의 조직을 조명하는 하나 이상의 광원 및 조직의 표면하(subsurface) 부피에 진입하여 검사(probe)하는 광을 수신하는 하나 이상의 광 검출기를 채용할 수 있다. 광원 및 광 검출기는 조직과 접촉하고 있을 수 있거나, 조직 표면에 대해 원격에 있을(즉, 접촉하지 않을) 수 있다. 수신된 광은 박동성 혈류와의 상호작용의 결과로서 시간에 따라 변조될 수 있는 진폭을 갖는 광, 및 변조될 수 있는 진폭(즉, "노이즈" 또는 "아티팩트(artifact)") 및/또는 변조될 수 없는 진폭(즉, DC)을 갖는, 박동 조직 부피를 간접적으로 샘플링할 수 있는 비-신호 기생 광을 포함할 수 있다.
PPG 시스템이 사용자의 생리학적 신호를 결정하기 위해 박동성 혈류를 측정하지만, 이러한 측정은, 예를 들어, 사용자의 움직임, 사용자의 신체 내로부터의 움직임(예를 들어, 정맥 혈액량 정보에 영향을 미칠 수 있는 힘줄 움직임 및/또는 근육 움직임), 디바이스의 기울어짐 및/또는 당김, 주변 광 변동, 또는 이들의 임의의 조합에 의해 도입된 노이즈에 의해 변질될 수 있다. 일부 PPG 시스템이 그러한 노이즈를 보정하기 위해 가속도계 측정치를 이용할 수 있지만, 가속도계 측정치는 전체 주기적 움직임으로 제한될 수 있다. 사용자의 움직임이 전체 주기적 움직임으로 제한되지 않을 수 있는 것을 고려하면, 해부학적 움직임으로부터의 박동성 혈액량 변화를 구별할 수 있는 PPG 시스템이 요구될 수 있다. 일부 예에서, 해부학적 움직임은 비-박동성 혈액량 변화를 측정함으로써 측정될 수 있다.
본 발명은 사용자의 생리학적 신호들 중 하나 이상을 결정하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 사용자의 생리학적 신호들 중 하나 이상은 박동성 혈액량 변화를 측정함으로써 결정될 수 있다. 신호 내에 포함된 움직임 아티팩트는 비-박동성 혈액량 변화를 측정함으로써 그리고 비-박동성 혈액 정보를 고려하도록 신호를 조정함으로써 취소되거나 감소될 수 있다. 비-박동성 혈액량 변화는 적어도 한 세트의 광 방출기-광 센서를 사용하여 측정될 수 있다. 광 방출기는 광 센서에 가까이 근접하게 (예를 들어, 1 mm 이하로 떨어져) 위치될 수 있고/있거나 특정 파장(예를 들어, 600 nm 초과)의 광을 방출하여, 그에 의해 광 방출기에 의해 방출된 광을 정맥 혈액량(비-박동성 혈액량) 변화에 대한 상호작용으로 제한할 수 있다. 일부 예에서, 시스템은 사용자의 가속도를 측정하도록 구성된 가속도계를 추가로 포함할 수 있고, 가속도 신호는 움직임 아티팩트의 보상을 위해 추가로 사용될 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 예가 구현될 수 있는 시스템을 도시한다.
도 2a는 본 발명의 예에 따른, 사용자의 생리학적 신호를 측정하기 위한 광 센서 및 광 방출기를 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 평면도를 도시한다.
도 2b는 본 발명의 예에 따른, 사용자의 생리학적 신호를 측정하기 위한 광 센서 및 광 방출기를 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 단면도를 도시한다.
도 3a는 본 발명의 예에 따른, 사용자의 생리학적 신호를 측정하기 위한 광 센서 및 광 방출기를 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 평면도를 도시한다.
도 3b는 본 발명의 예에 따른, 사용자의 생리학적 신호를 측정하기 위한 광 센서 및 광 방출기를 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 단면도를 도시한다.
도 3c는 본 발명의 예에 따른, 광 센서 및 광 방출기에 결합되고 사용자의 생리학적 신호의 추정을 위해 이용되는 예시적인 회로부를 도시한다.
도 3d는 본 발명의 예에 따른, 사용자의 생리학적 신호를 추정하기 위한 예시적인 프로세스 흐름을 도시한다.
도 4a는 본 발명의 예에 따른, 사용자의 생리학적 신호를 측정하는 데 이용되는 노이즈 보정을 위한 전용 센서 및 광 방출기 세트를 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 평면도를 도시한다.
도 4b는 본 발명의 예에 따른, 사용자의 생리학적 신호를 측정하는 데 이용되는 노이즈 보정을 위한 전용 광 센서 및 광 방출기 세트를 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 단면도를 도시한다.
도 4c 및 도 4d는 본 발명의 예에 따른, 동일한 공동 내의 광 방출기에 광학적으로 결합되지만 격리부(isolation)에 의해 분할된 광 센서를 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 단면도를 도시한다.
도 5a는 본 발명의 예에 따른, 사용자의 생리학적 신호를 측정하는 데 이용되는 노이즈 보정을 위한 적어도 하나의 별개의 광 센서 및 광 방출기 세트를 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 평면도를 도시한다.
도 5b는 본 발명의 예에 따른, 사용자의 생리학적 신호를 측정하는 데 이용되는 노이즈 보정을 위한 적어도 하나의 별개의 광 센서 및 광 방출기 세트를 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 단면도를 도시한다.
도 5c는 본 발명의 예에 따른, 동일한 공동 내의 광 방출기에 광학적으로 결합되지만 격리부에 의해 분할된 광 센서를 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 단면도를 도시한다.
도 6a는 본 발명의 예에 따른, 사용자의 생리학적 신호를 측정하는 데 이용되는 노이즈 보정을 위해 사용되는 공통 광 방출기에 광학적으로 결합된 광 센서를 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 평면도를 도시한다.
도 6b는 본 발명의 예에 따른, 사용자의 생리학적 신호를 측정하는 데 이용되는 노이즈 보정을 위해 사용되는 공통 광 방출기에 광학적으로 결합된 광 센서를 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 단면도를 도시한다.
도 6c는 본 발명의 예에 따른, 사용자의 생리학적 신호를 측정하는 데 이용되는 노이즈 보정을 위해 사용되는 공통 광 방출기에 광학적으로 결합된 광 센서를 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 단면도를 도시한다.
도 6d는 본 발명의 예에 따른, 경사진(angled) 격리부를 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 단면도를 도시한다.
도 7a는 본 발명의 예에 따른, 적어도 2개의 상이한 공동을 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 평면도를 도시하는데, 각각의 공동은 적어도 하나의 광 센서 및 복수의 광 방출기를 포함할 수 있다.
도 7b는 본 발명의 예에 따른, 적어도 2개의 상이한 공동을 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 단면도를 도시하는데, 각각의 공동은 적어도 하나의 광 센서 및 복수의 광 방출기를 포함할 수 있다.
도 7c는 본 발명의 예에 따른, 적어도 2개의 상이한 공동을 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 단면도를 도시하는데, 각각의 공동은 격리부에 의해 분할되는 적어도 하나의 광 센서 및 복수의 광 방출기를 포함한다.
도 8a는 본 발명의 예에 따른, 적어도 2개의 상이한 공동을 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 평면도를 도시하는데, 각각의 공동은 적어도 하나의 광 센서 및 복수의 광 방출기를 포함한다.
도 8b는 본 발명의 예에 따른, 적어도 2개의 상이한 공동을 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 단면도를 도시하는데, 각각의 공동은 적어도 하나의 광 센서 및 복수의 광 방출기를 포함한다.
도 8c는 본 발명의 예에 따른, 적어도 2개의 상이한 공동을 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 단면도를 도시하는데, 각각의 공동은 격리부에 의해 분할되는 적어도 하나의 광 센서 및 복수의 광 방출기를 포함한다.
도 8d 내지 도 8f는 본 발명의 예에 따른, 전자 디바이스를 위한 광 방출기, 광 센서, 및 격리부에 대한 예시적인 구성의 평면도를 도시한다.
도 9a는 본 발명의 예에 따른, 복수의 파장에 걸쳐 측정된 예시적인 옥시헤모글로빈 및 데옥시헤모글로빈 흡광도 신호들을 도시한다.
도 9b는 본 발명의 예에 따른 예시적인 전자 디바이스에 포함된 복수의 광 센서에서 측정된 예시적인 신호를 도시한다.
도 10a는 본 발명의 예에 따른 움직임 아티팩트 제거를 위한 예시적인 회로도를 도시한다.
도 10b는 본 발명의 예에 따른 움직임 아티팩트 제거를 위한 예시적인 프로세스를 도시한다.
도 11a는 본 발명의 예에 따른 움직임 아티팩트 제거를 위한 예시적인 회로도를 도시한다.
도 11b는 본 발명의 예에 따른 움직임 아티팩트 제거를 위한 예시적인 프로세스를 도시한다.
도 12a 내지 도 12c는 본 발명의 예에 따른 예시적인 측정 모드를 도시한다.
도 13a는 본 발명의 예에 따른, PPG 시스템의 시간-기반 동작을 예시하는 예시적인 프로세스를 도시한다.
도 13b는 본 발명의 예에 따른, 움직임 검출을 위한 광 방출기-광 센서 세트를 포함하는 PPG 시스템의 동작을 예시하는 예시적인 프로세스를 도시한다.
도 13c는 본 발명의 예에 따른, 움직임 검출을 위한 가속도계를 포함하는 PPG 시스템의 동작을 예시하는 예시적인 프로세스를 도시한다.
도 13d는 본 발명의 예에 따른, PPG 시스템의 동작을 예시하는 예시적인 프로세스를 도시한다.
도 14는 본 발명의 예에 따른, 사용자의 생리학적 상태와 연관된 신호를 측정하기 위한 광 방출기 및 광 센서를 포함하는 컴퓨팅 시스템의 예시적인 블록도를 도시한다.
도 15는 본 발명의 예에 따른, 전자 디바이스가 호스트에 연결된 예시적인 구성을 도시한다.
도 16a는 본 발명의 예에 따른 웨어러블 디바이스의 하측 또는 후방 표면의 사시도를 도시한다.
도 16b는 개인의 피부 표면과 접촉하는 도 16a의 후방 표면의 개략 측면도를 도시한다.
도 17a는 본 발명의 예에 따른 웨어러블 디바이스의 하측 또는 후방 표면의 다른 변형예의 사시도를 도시한다.
도 17b는 개인의 피부 표면과 접촉하는 도 17a의 후방 표면의 개략 측면도를 도시한다.
도 18a 및 도 18b는 본 발명의 예에 따른 웨어러블 디바이스의 하측 또는 후방 표면의 다른 변형예의 사시도를 도시한다.
도 18c는 개인의 피부 표면과 접촉하는 도 18a의 후방 표면의 개략 측면도를 도시한다.
도 19a는 본 발명의 예에 따른 웨어러블 디바이스의 하측 또는 후방 표면의 다른 변형예의 사시도를 도시한다.
도 19b는 개인의 피부 표면과 접촉하는 도 19a의 후방 표면의 개략 측면도를 도시한다.
도 20은 돌출부의 하나의 변형예의 단면도를 도시한다.
도 21a는 돌출부 및 프레넬 렌즈(Fresnel lens)를 포함하는 디바이스의 하나의 변형예의 단면도를 도시한다.
도 21b는 돌출부 및 프레넬 렌즈를 포함하는 디바이스의 다른 변형예의 단면도를 도시한다.
도 22a는 격리부 또는 광학 장벽을 포함하는 돌출부의 하나의 변형예의 단면도를 도시한다.
도 22b는 격리부 또는 광학 장벽, 및 돌출부와 광 방출기 및 광 센서 사이에 배치된 프레넬 렌즈를 포함하는 디바이스의 하나의 변형예의 단면도를 도시한다.
도 22c는 격리부 또는 광학 장벽, 및 돌출부와 복수의 광 방출기 및 광 센서 사이에 배치된 프레넬 렌즈를 포함하는 웨어러블 디바이스(예컨대, 도 22d에 도시된 디바이스)의 하나의 변형예의 선 22C-22C를 가로질러 취해진 단면도를 도시한다.
도 22d는 프레넬 렌즈의 하나의 변형예를 포함하는 웨어러블 디바이스의 하측의 평면도를 도시한다.
도 22e는 프레넬 렌즈의 다른 변형예를 포함하는 디바이스의 하측의 평면도를 도시한다.
도 23a 내지 도 23c는 본 발명의 예에 따른, 노이즈 기준 및 PPG 채널들을 공동-국소화(co-localizing)하기 위한 광 방출기의 예시적인 구성의 단면도를 도시한다.
도 2a는 본 발명의 예에 따른, 사용자의 생리학적 신호를 측정하기 위한 광 센서 및 광 방출기를 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 평면도를 도시한다.
도 2b는 본 발명의 예에 따른, 사용자의 생리학적 신호를 측정하기 위한 광 센서 및 광 방출기를 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 단면도를 도시한다.
도 3a는 본 발명의 예에 따른, 사용자의 생리학적 신호를 측정하기 위한 광 센서 및 광 방출기를 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 평면도를 도시한다.
도 3b는 본 발명의 예에 따른, 사용자의 생리학적 신호를 측정하기 위한 광 센서 및 광 방출기를 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 단면도를 도시한다.
도 3c는 본 발명의 예에 따른, 광 센서 및 광 방출기에 결합되고 사용자의 생리학적 신호의 추정을 위해 이용되는 예시적인 회로부를 도시한다.
도 3d는 본 발명의 예에 따른, 사용자의 생리학적 신호를 추정하기 위한 예시적인 프로세스 흐름을 도시한다.
도 4a는 본 발명의 예에 따른, 사용자의 생리학적 신호를 측정하는 데 이용되는 노이즈 보정을 위한 전용 센서 및 광 방출기 세트를 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 평면도를 도시한다.
도 4b는 본 발명의 예에 따른, 사용자의 생리학적 신호를 측정하는 데 이용되는 노이즈 보정을 위한 전용 광 센서 및 광 방출기 세트를 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 단면도를 도시한다.
도 4c 및 도 4d는 본 발명의 예에 따른, 동일한 공동 내의 광 방출기에 광학적으로 결합되지만 격리부(isolation)에 의해 분할된 광 센서를 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 단면도를 도시한다.
도 5a는 본 발명의 예에 따른, 사용자의 생리학적 신호를 측정하는 데 이용되는 노이즈 보정을 위한 적어도 하나의 별개의 광 센서 및 광 방출기 세트를 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 평면도를 도시한다.
도 5b는 본 발명의 예에 따른, 사용자의 생리학적 신호를 측정하는 데 이용되는 노이즈 보정을 위한 적어도 하나의 별개의 광 센서 및 광 방출기 세트를 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 단면도를 도시한다.
도 5c는 본 발명의 예에 따른, 동일한 공동 내의 광 방출기에 광학적으로 결합되지만 격리부에 의해 분할된 광 센서를 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 단면도를 도시한다.
도 6a는 본 발명의 예에 따른, 사용자의 생리학적 신호를 측정하는 데 이용되는 노이즈 보정을 위해 사용되는 공통 광 방출기에 광학적으로 결합된 광 센서를 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 평면도를 도시한다.
도 6b는 본 발명의 예에 따른, 사용자의 생리학적 신호를 측정하는 데 이용되는 노이즈 보정을 위해 사용되는 공통 광 방출기에 광학적으로 결합된 광 센서를 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 단면도를 도시한다.
도 6c는 본 발명의 예에 따른, 사용자의 생리학적 신호를 측정하는 데 이용되는 노이즈 보정을 위해 사용되는 공통 광 방출기에 광학적으로 결합된 광 센서를 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 단면도를 도시한다.
도 6d는 본 발명의 예에 따른, 경사진(angled) 격리부를 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 단면도를 도시한다.
도 7a는 본 발명의 예에 따른, 적어도 2개의 상이한 공동을 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 평면도를 도시하는데, 각각의 공동은 적어도 하나의 광 센서 및 복수의 광 방출기를 포함할 수 있다.
도 7b는 본 발명의 예에 따른, 적어도 2개의 상이한 공동을 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 단면도를 도시하는데, 각각의 공동은 적어도 하나의 광 센서 및 복수의 광 방출기를 포함할 수 있다.
도 7c는 본 발명의 예에 따른, 적어도 2개의 상이한 공동을 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 단면도를 도시하는데, 각각의 공동은 격리부에 의해 분할되는 적어도 하나의 광 센서 및 복수의 광 방출기를 포함한다.
도 8a는 본 발명의 예에 따른, 적어도 2개의 상이한 공동을 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 평면도를 도시하는데, 각각의 공동은 적어도 하나의 광 센서 및 복수의 광 방출기를 포함한다.
도 8b는 본 발명의 예에 따른, 적어도 2개의 상이한 공동을 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 단면도를 도시하는데, 각각의 공동은 적어도 하나의 광 센서 및 복수의 광 방출기를 포함한다.
도 8c는 본 발명의 예에 따른, 적어도 2개의 상이한 공동을 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 단면도를 도시하는데, 각각의 공동은 격리부에 의해 분할되는 적어도 하나의 광 센서 및 복수의 광 방출기를 포함한다.
도 8d 내지 도 8f는 본 발명의 예에 따른, 전자 디바이스를 위한 광 방출기, 광 센서, 및 격리부에 대한 예시적인 구성의 평면도를 도시한다.
도 9a는 본 발명의 예에 따른, 복수의 파장에 걸쳐 측정된 예시적인 옥시헤모글로빈 및 데옥시헤모글로빈 흡광도 신호들을 도시한다.
도 9b는 본 발명의 예에 따른 예시적인 전자 디바이스에 포함된 복수의 광 센서에서 측정된 예시적인 신호를 도시한다.
도 10a는 본 발명의 예에 따른 움직임 아티팩트 제거를 위한 예시적인 회로도를 도시한다.
도 10b는 본 발명의 예에 따른 움직임 아티팩트 제거를 위한 예시적인 프로세스를 도시한다.
도 11a는 본 발명의 예에 따른 움직임 아티팩트 제거를 위한 예시적인 회로도를 도시한다.
도 11b는 본 발명의 예에 따른 움직임 아티팩트 제거를 위한 예시적인 프로세스를 도시한다.
도 12a 내지 도 12c는 본 발명의 예에 따른 예시적인 측정 모드를 도시한다.
도 13a는 본 발명의 예에 따른, PPG 시스템의 시간-기반 동작을 예시하는 예시적인 프로세스를 도시한다.
도 13b는 본 발명의 예에 따른, 움직임 검출을 위한 광 방출기-광 센서 세트를 포함하는 PPG 시스템의 동작을 예시하는 예시적인 프로세스를 도시한다.
도 13c는 본 발명의 예에 따른, 움직임 검출을 위한 가속도계를 포함하는 PPG 시스템의 동작을 예시하는 예시적인 프로세스를 도시한다.
도 13d는 본 발명의 예에 따른, PPG 시스템의 동작을 예시하는 예시적인 프로세스를 도시한다.
도 14는 본 발명의 예에 따른, 사용자의 생리학적 상태와 연관된 신호를 측정하기 위한 광 방출기 및 광 센서를 포함하는 컴퓨팅 시스템의 예시적인 블록도를 도시한다.
도 15는 본 발명의 예에 따른, 전자 디바이스가 호스트에 연결된 예시적인 구성을 도시한다.
도 16a는 본 발명의 예에 따른 웨어러블 디바이스의 하측 또는 후방 표면의 사시도를 도시한다.
도 16b는 개인의 피부 표면과 접촉하는 도 16a의 후방 표면의 개략 측면도를 도시한다.
도 17a는 본 발명의 예에 따른 웨어러블 디바이스의 하측 또는 후방 표면의 다른 변형예의 사시도를 도시한다.
도 17b는 개인의 피부 표면과 접촉하는 도 17a의 후방 표면의 개략 측면도를 도시한다.
도 18a 및 도 18b는 본 발명의 예에 따른 웨어러블 디바이스의 하측 또는 후방 표면의 다른 변형예의 사시도를 도시한다.
도 18c는 개인의 피부 표면과 접촉하는 도 18a의 후방 표면의 개략 측면도를 도시한다.
도 19a는 본 발명의 예에 따른 웨어러블 디바이스의 하측 또는 후방 표면의 다른 변형예의 사시도를 도시한다.
도 19b는 개인의 피부 표면과 접촉하는 도 19a의 후방 표면의 개략 측면도를 도시한다.
도 20은 돌출부의 하나의 변형예의 단면도를 도시한다.
도 21a는 돌출부 및 프레넬 렌즈(Fresnel lens)를 포함하는 디바이스의 하나의 변형예의 단면도를 도시한다.
도 21b는 돌출부 및 프레넬 렌즈를 포함하는 디바이스의 다른 변형예의 단면도를 도시한다.
도 22a는 격리부 또는 광학 장벽을 포함하는 돌출부의 하나의 변형예의 단면도를 도시한다.
도 22b는 격리부 또는 광학 장벽, 및 돌출부와 광 방출기 및 광 센서 사이에 배치된 프레넬 렌즈를 포함하는 디바이스의 하나의 변형예의 단면도를 도시한다.
도 22c는 격리부 또는 광학 장벽, 및 돌출부와 복수의 광 방출기 및 광 센서 사이에 배치된 프레넬 렌즈를 포함하는 웨어러블 디바이스(예컨대, 도 22d에 도시된 디바이스)의 하나의 변형예의 선 22C-22C를 가로질러 취해진 단면도를 도시한다.
도 22d는 프레넬 렌즈의 하나의 변형예를 포함하는 웨어러블 디바이스의 하측의 평면도를 도시한다.
도 22e는 프레넬 렌즈의 다른 변형예를 포함하는 디바이스의 하측의 평면도를 도시한다.
도 23a 내지 도 23c는 본 발명의 예에 따른, 노이즈 기준 및 PPG 채널들을 공동-국소화(co-localizing)하기 위한 광 방출기의 예시적인 구성의 단면도를 도시한다.
예들의 다음 설명에서, 첨부된 도면들이 참조되며, 실시될 수 있는 특정 예들이 도면들 내에서 예시로서 도시된다. 다양한 예들의 범주를 벗어나지 않으면서 다른 예들이 이용될 수 있고 구조적 변경이 행해질 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
본 발명은 사용자의 생리학적 신호들 중 하나 이상을 결정하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 사용자의 생리학적 신호들 중 하나 이상은 박동성 혈액량 변화를 측정함으로써 결정될 수 있다. 신호 내에 포함된 움직임 아티팩트는 비-박동성 혈액량 변화를 측정함으로써 그리고 비-박동성 혈액 정보를 고려하도록 신호를 조정함으로써 취소되거나 감소될 수 있다. 사용자의 더 깊은 조직은, 예를 들어 근육 이동, 힘줄 이동, 비-박동성 혈액 이동, 또는 이들의 조합으로 인해 움직임 아티팩트에 더 민감할 수 있다. 움직임 아티팩트의 효과는 사용자의 표피 층에서, 근육 및 힘줄의 부재로 인해, 덜 두드러질 수 있다. 일부 예에서, 비-박동성 혈액량 변화는 적어도 한 세트의 광 방출기-광 센서를 사용하여 측정될 수 있다. 광 방출기는 측정되는 조직 내의 깊이를 제한하기 위해 광 센서에 가까이 근접하게 (예를 들어, 1 mm 이하로 떨어져) 위치될 수 있다. 광은 옥시헤모글로빈에 덜 감응성인 하나 이상의 파장(예를 들어, 600 nm 초과)에서 방출될 수 있으며, 이는 정맥 혈액량 변화에 대한 광의 상호작용을 감소시킬 수 있다. 일부 예에서, 시스템은 사용자의 가속도를 측정하도록 구성된 가속도계를 추가로 포함할 수 있고, 가속도 신호는 움직임 아티팩트의 보상을 위해 추가로 사용될 수 있다.
본 발명의 예에 따른 방법 및 장치의 대표적인 응용예가 이 섹션에서 설명된다. 이 예들은 단지 맥락을 부가하고 설명된 예의 이해를 돕기 위하여 제공된다. 따라서, 기술된 예들이 구체적인 세부사항들의 일부 또는 전부가 없어도 실시될 수 있다는 것이 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 다른 경우들에서, 잘 알려진 프로세스 단계들은 기술된 예들을 불필요하게 불명료하게 하지 않기 위해 상세히 기술되었다. 다른 응용예들도 가능하며, 따라서 이하의 예들이 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 예가 구현될 수 있는 시스템을 도시한다. 도 1a는 터치 스크린(124)을 포함할 수 있는 예시적인 모바일 전화기(136)를 도시한다. 도 1b는 터치 스크린(126)을 포함할 수 있는 예시적인 미디어 재생기(140)를 도시한다. 도 1c는 터치 스크린(128)을 포함할 수 있고 스트랩(strap)(146)을 사용하여 사용자에게 부착될 수 있는 예시적인 웨어러블 디바이스(144)를 도시한다. 도 1a 내지 도 1c의 시스템은 개시되는 바와 같이 PPG 신호를 검출하기 위한 방법 및 재구성가능한 개구부를 이용할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 예에 따른, 사용자의 생리학적 신호를 측정하기 위한 광 센서 및 광 방출기를 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 평면도 및 단면도를 각각 도시한다. 도 2a의 평면도는, 예를 들어, 도 1c의 웨어러블 디바이스(144)의 하측으로서 보일 수 있다. 디바이스(200)는 광 센서(204), 광 센서(214), 광 방출기(206), 및 광 방출기(216)를 포함할 수 있다. 광 센서(204)는 광 방출기(206)에 광학적으로 결합될 수 있다. 광 센서(214)는 광 방출기(216)에 광학적으로 결합될 수 있다. 디바이스(200)는 광 센서(204), 광 센서(214), 광 방출기(206), 및 광 방출기(208)가 사용자의 피부(220)에 근접하도록 놓일 수 있다. 예를 들어, 디바이스(200)는, 다른 가능성들 중에서도, 사용자의 손에 보유되거나 사용자의 손목에 스트랩핑될 수 있다.
광 방출기(206)는 광(예컨대, 광(222))을 방출하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 광 경로의 일부분이 하나 이상의 혈관(242)에 의해 흡수될 수 있고, 하나 이상의 광 경로의 일부분은 다시 반사되어 광 센서에 의해 검출될 수 있다. 예를 들어, 도 2b에 도시된 바와 같이, 광(222)의 일부분(광 방출기(206)로부터 방출됨)은 혈관(242)에 의해 흡수될 수 있고, 광의 일부분(예컨대, 광(223))은 광 센서(204)에 의한 검출을 위해 다시 반사될 수 있다. 광 방출기(206)는 또한 광을 방출하도록 구성될 수 있고, 광의 일부분은 광 센서(214)에 의한 검출을 위해 다시 반사될 수 있다. 유사하게, 광 방출기(216)는 광 센서(204) 및 광 센서(214)를 향해 광을 방출하도록 구성될 수 있다.
신호(250)는 광 센서(예컨대, 광 센서(204))에 의해 검출된 측정된 총 신호(즉, 측정된 변조된 광과 변조되지 않은 광의 합)를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 디바이스 또는 시스템은 가속도계(202)를 포함할 수 있다. 가속도계(202)는 가속도를 측정할 수 있는 임의의 유형의 센서일 수 있다. 신호(255)는 가속도계(202)에 의해 검출된 측정된 가속도 신호를 포함할 수 있다. 디바이스(200)는 신호(250) 및 신호(255)로부터 사용자의 생리학적 신호를 결정하도록 구성된 프로세서 또는 제어기(209)를 포함할 수 있다. 사용자의 생리학적 신호는 감산, 승산, 및/또는 크기조정(scaling)을 포함하지만 이로 한정되지 않는 임의의 수의 알고리즘 또는 간단한 수학적 함수를 사용하여 결정될 수 있다.
일부 예에서, PPG 시스템에 포함된 가속도계의 성능은 전체 움직임(예컨대, 사용자가 그 또는 그녀의 손을 흔드는 것)을 측정하는 것으로 제한될 수 있고, 해부학적 움직임(예를 들어, 사용자가 그의 또는 그녀의 주먹을 쥐는 것)을 측정하는 것이 가능하지 않을 수 있다. 일부 예에서, 가속도계의 성능은 주기적 움직임 아티팩트에 제한될 수 있다. 그 결과, 신호(250)는 해부학적 움직임으로부터의 왜곡을 포함할 수 있고, 시스템은 (해부학적 움직임을 구별할 수 없는 것으로 인해) 사용자의 생리학적 신호의 그의 결정에서의 왜곡을 잘못 포함할 수 있다. 해부학적 움직임의 예는 혈액 재분포(예컨대, 사용자 움직임에 의해 야기되는 정맥 혈액의 증가 또는 감소)에 의해 유도된 움직임 또는 표면 움직임을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 시스템은 단지 비-박동성 혈액량 변화만을 측정할 수 있다 - 여기서, 노이즈 보정을 위해 가속도계에 전적으로 의존하는 시스템은 비-박동성 혈액량 변화를 측정하는 것이 가능하지 않을 수 있다. 일부 예에서, 시스템은 비주기적 움직임 아티팩트를 측정하는 것이 가능할 수 있다. 비-박동성 혈액량 변화로부터 광 신호의 변조를 측정함으로써, 움직임 아티팩트가 정확하게 결정될 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 예에 따른, 사용자의 생리학적 신호를 측정하기 위한 광 센서 및 광 방출기를 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 평면도 및 단면도를 각각 도시한다. 디바이스(300)는 광 방출기(306), 광 방출기(308), 광 방출기(316), 광 방출기(318), 광 센서(304), 및 광 센서(314)를 포함할 수 있다. 각각의 광 방출기는 각각의 광 센서에 광학적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 광 방출기(306)는 광 센서(304) 및 광 센서(314) 둘 모두에 광학적으로 결합될 수 있다. 유사하게, 광 방출기(316)는 광 센서(304) 및 광 센서(314) 둘 모두에 광학적으로 결합될 수 있다. 디바이스(300)는 광 센서(304), 광 센서(314), 광 방출기(306), 광 방출기(308), 광 방출기(316), 및 광 방출기(318)가 사용자의 피부(320)에 근접하도록 놓일 수 있다. 예를 들어, 디바이스(300)는, 다른 가능성들 중에서도, 사용자의 손에 보유되거나 사용자의 손목에 스트랩핑될 수 있다.
광 방출기(306)는, 광을 방출하도록 그리고 광 센서(304)에 의해 검출된 하나 이상의 광 경로 및 광 센서(314)에 의해 검출된 하나 이상의 광 경로를 생성하도록 구성될 수 있다. 광 방출기(308)도 또한, 광을 방출하도록 그리고 광 센서(304)에 의해 검출된 하나 이상의 광 경로 및 광 센서(314)에 의해 검출된 하나 이상의 광 경로를 생성하도록 구성될 수 있다. 광 방출기(316)는, 광을 방출하도록 그리고 광 센서(304)에 의해 검출된 하나 이상의 광 경로 및 광 센서(314)에 의해 검출된 하나 이상의 광 경로를 생성하도록 구성될 수 있다. 광 방출기(318)도 또한, 광을 방출하도록 그리고 광 센서(304)에 의해 검출된 하나 이상의 광 경로 및 광 센서(314)에 의해 검출된 하나 이상의 광 경로를 생성하도록 구성될 수 있다.
디바이스(300)는 사용자의 생리학적 신호를 결정하기 위해 하나 이상의 광 경로로부터의 신호(들)를 이용하여 하나 이상의 다른 광 경로로부터의 신호(들)를 보정하도록 구성된 제어기(309)를 포함할 수 있다. 보정은, 예를 들어 사용자의 움직임, 사용자의 신체 내로부터의 움직임(예컨대, 힘줄 움직임 및/또는 근육 움직임), 디바이스의 기울어짐 및/또는 당김, 주변 광 변동, 또는 이들의 임의의 조합으로 인한 임의의 노이즈를 소거하기 위해 수행될 수 있다. 디바이스(300)는 사용자의 피부(320)에 가까이 근접할 수 있고, 광 방출기(306), 광 방출기(308), 광 방출기(316), 및 광 방출기(318)가 피부(320)를 향해 광을 방출할 수 있도록 구성될 수 있다. 복수의 혈관이 피부(320) 내에 위치될 수 있다. 예를 들어, 도 3b에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 혈관(342)은 피부(320) 내의 하나 이상의 더 깊은 층, 예컨대 층(346)(예를 들어, 피하 조직)에 위치될 수 있고, 하나 이상의 소동맥(334)은 피부(320) 내의 하나 이상의 더 얕은 층, 예컨대 층(345)(예를 들어, 진피 조직)에 위치될 수 있다.
일부 예에서, 광 방출기(306) 및 광 센서(304)는 광 방출기(306)에 의해 방출되는 광 경로(322)가 층(346)(예컨대, 피하 조직을 포함하는 층)에 도달할 수 있도록 위치될 수 있으며, 이는 층(345)(예컨대, 진피 조직을 포함하는 층)보다 피부(320) 내에 더 깊게 위치될 수 있다. 광(322)의 일부분은 층(345) 및 층(346) 내에 위치된 하나 이상의 소동맥(334) 및/또는 하나 이상의 혈관(342)에 의해 흡수될 수 있고, 광의 일부분(즉, 광(323))은 광 센서(304)에 의한 검출을 위해 다시 반사될 수 있다. 광 센서(304)는 제어기(309)에 의해 측정될 수 있는 신호(350)를 생성할 수 있다. 광 방출기(308) 및 광 센서(304)는 광 방출기(308)에 의해 방출된 광(324)이 동맥 혈액량 변화에 감응성일 수 있도록 위치될 수 있다. 광(324)의 일부분은 층(345) 내의 하나 이상의 소동맥(334)에 의해 흡수될 수 있고, 광의 일부분(즉, 광(325))은 광 센서(304)에 의한 검출을 위해 다시 반사될 수 있다. 광 센서(304)는 제어기(309)에 의해 측정될 수 있는 신호(355)를 생성할 수 있다.
신호(350)는 광 센서(304)에 의해 검출된 광(323)을 나타내는 측정된 총 신호(즉, 측정된 변조된 광과 변조되지 않은 광의 합)를 포함할 수 있다. 신호(355)는 광 센서(304)에 의해 검출된 광(325)을 나타내는 측정된 신호일 수 있다. 일부 예에서, 사용자의 움직임(및/또는 사용자의 신체 내로부터의 움직임(예컨대, 힘줄 움직임 및/또는 근육 움직임))은 광(323) 및 광(325)을 왜곡시킬 수 있으며, 이는 신호(350) 및 신호(355) 둘 모두를 변화시킬 수 있다. 광(324)이 동맥 혈액량 변화에 감응성일 수 있기 때문에, 신호(355)는 박동성 혈액 정보 및 움직임 아티팩트(예컨대, 깊은 또는 얕은 조직 구조로부터의 비-박동성 혈액 정보) 둘 모두를 포함할 수 있다. 제어기(309)가 알고리즘을 이용하거나 또는 간단한 수학적 함수가 신호(350) 및 신호(355)에 적용되어 사용자의 생리학적 신호(예컨대, 도 3c에 도시된 신호(360))를 결정할 수 있다. 그러나, 광(324)이 하나 이상의 소동맥(334)에 의해 흡수될 수 있는 것을 고려하면, 신호(355)의 일부분은 박동성 혈액 정보를 포함할 수 있다. 따라서, 신호(355)는 움직임 아티팩트를 완전히 나타내지 않을 수 있다.
일부 예에서, 광 방출기-광 센서의 하나 이상의 세트로부터의 신호는 다른 기능을 수행하는 데 이용될 수 있다. 예를 들어, 광 방출기(308) 및/또는 광 방출기(316)는 손목에서 떨어진 검출(off-wrist detection)을 모니터링하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, 광 방출기(308) 및/또는 광 방출기(316)는 사용자가 움직이고 있는 것이 아닐 수 있을 때 사용자의 백그라운드 생리학적 신호(예컨대, 심박수)를 측정하도록 구성될 수 있다. 시스템은 사용자가 움직이고 있는지 여부를 결정하기 위해 가속도계를 통해 사용자의 움직임을 모니터링할 수 있다.
도 3c는 본 발명의 예에 따른, 광 센서 및 광 방출기에 결합되고 사용자의 생리학적 신호의 추정을 위해 이용되는 예시적인 회로부를 도시한다. 도 3d는 본 발명의 예에 따른 예시적인 대응하는 프로세스 흐름을 도시한다. 시스템(300)은 사용자를 향해 광(예컨대, 광(322) 및 광(324))을 방출하도록(프로세스(370)의 단계(372)) 구성된 광 방출기(306), 광 방출기(308), 광 방출기(316), 및 광 방출기(318)를 포함할 수 있다. 방출된 광의 일부분(예컨대, 광(323) 및 광(325))은 하나 이상의 광 센서(예컨대, 광 센서(304) 및/또는 광 센서(314))를 향해 다시 반사될 수 있다. 광 센서(304) 및 광 센서(314)는 검출된 반사 광(예컨대, 광(323) 또는 광(325))에 응답하여 복수의 신호(350)를 생성하도록 구성될 수 있다(프로세스(370)의 단계(374)). 시스템(300)은 복수의 필터(310)를 포함할 수 있다. 각각의 필터(310)는 광 센서로부터 복수의 신호(350)를 수신하도록 구성될 수 있고, 신호를 필터링할 수 있다(프로세스(370)의 단계(376)). 복수의 필터(310)는 주파수들의 범위를 선택할 수 있는 대역통과 필터와 같은, 하나 이상의 특성에 기초하여 선택할 수 있는 임의의 유형의 필터일 수 있다. 일부 예에서, 복수의 필터(310)는 적응적 필터들일 수 있다. 광 센서로부터 생성된 복수의 신호(350)의 각각은 상이한 광 방출기로부터의 검출된 반사 광을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 필터(310a)는 신호(350a) 및 신호(350b)를 수신할 수 있다. 신호(350a) 및 신호(350b)는 광 센서(304)로부터 생성될 수 있는데, 여기서 신호(350a)는 광 방출기(306)로부터의 검출된 반사 광을 나타낼 수 있고, 신호(350b)는 광 방출기(308)로부터의 검출된 반사 광을 나타낼 수 있다. 즉, 신호(350a)는 신호 정보를 나타낼 수 있고, 신호(350b)는 노이즈 기준 채널을 나타낼 수 있다. 일부 예에서, 주어진 필터(310)에 대해, 하나의 광 방출기로부터의 신호는 사용자의 생리학적 신호 및 노이즈를 나타낼 수 있고, 다른 광 방출기로부터의 신호는 노이즈를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 광 방출기(306)는 495 내지 570 nm의 파장 범위 내의 광을 방출하도록 구성될 수 있고, 신호(350a)는 사용자의 박동성 혈액량 변화를 나타낼 수 있다. 광 방출기(308)는 750 내지 1400 nm의 파장 범위 내의 광을 방출하도록 구성될 수 있고, 반사 광(예컨대, 광(325))은 노이즈를 나타낼 수 있다.
복수의 필터(310)로부터의 복수의 신호(352)가 제어기(309) 내로 입력될 수 있다. 시스템(300)은 또한 가속도계(302)를 포함할 수 있다. 가속도계(302)는 사용자의 가속도 또는 전체 움직임을 나타내는 신호(355)를 생성하도록 구성될 수 있다(프로세스(370)의 단계(378)). 제어기(309)는 복수의 필터(310)로부터 복수의 신호(352)를 그리고 가속도계(302)로부터 신호(355)를 수신하여, 하나 이상의 알고리즘 또는 간단한 수학적 함수를 사용하여 사용자의 생리학적 신호(360)를 결정할 수 있다(프로세스(370)의 단계(380)).
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 예에 따른, 사용자의 생리학적 신호를 측정하는 데 이용되는 노이즈 보정을 위한 전용 광 센서 및 광 방출기 세트를 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 평면도 및 단면도를 각각 도시한다. 디바이스(400)는 광 방출기(405), 광 방출기(406), 광 방출기(415), 및 광 방출기(416)를 포함할 수 있다. 디바이스(400)는 광 센서(404), 광 센서(407), 광 센서(414), 및 광 센서(417)를 추가로 포함할 수 있다. 광 방출기(406)는 광 센서(404) 및 광 센서(414)를 향해 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 광 방출기(405)는 광 센서(407)를 향해 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 광 방출기(416)는 광 센서(404) 및 광 센서(414)를 향해 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 광 방출기(415)는 광 센서(414)를 향해 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, 광 방출기(406) 및 광 방출기(416)는 광 센서(404)에 대한 경로 길이가 광 센서(414)에 대한 경로 길이와 상이하도록 위치될 수 있다.
디바이스(400)는 하나 이상의 광 방출기가 하나 이상의 광 센서에 광학적으로 결합되도록 구성될 수 있는데, 여기서 하나 이상의 광 방출기는 하나 이상의 광 센서와는 상이한 공동 내에 위치된다. 예를 들어, 광 방출기(406)는 광 센서(404)에 광학적으로 결합될 수 있는데, 여기서 광 방출기(406)는 공동(466) 내에 위치될 수 있고, 광 센서(404)는 공동(464) 내에 위치될 수 있다. 일부 예에서, 각각의 공동은 상이한 개구부(401)(광이 디바이스(400)를 빠져나가고 들어가는 곳) 및/또는 윈도우와 연관될 수 있다. 디바이스(400)는 또한 하나 이상의 광 방출기가 하나 이상의 광 센서에 광학적으로 결합될 수 있도록 구성될 수 있는데, 여기서 하나 이상의 광 방출기는 하나 이상의 광 센서와 동일한 공동 내에 위치될 수 있다. 예를 들어, 광 방출기(405)는 광 센서(407)에 광학적으로 결합될 수 있는데, 여기서 둘 모두는 공동(466) 내에 위치될 수 있다. 일부 예에서, 디바이스(400)에 포함된 공동들은 격리부(419)에 의해 분리될 수 있다.
일부 예에서, 상이한 공동들 내에 위치된 광 방출기-광 센서의 하나 이상의 세트는 박동성 혈액량 변화를 측정하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, 동일한 공동 내에 위치된 하나 이상의 광 방출기-광 센서 세트는 (얕은 조직 구조, 깊은 조직 구조, 또는 둘 모두로부터의) 비-박동성 혈액량 변화를 측정하도록 그리고/또는 노이즈 기준 채널로서 역할을 하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 광 방출기(406) 및 광 센서(404)를 포함하는 세트는 박동성 혈액량 변화에 감응성이도록 구성될 수 있다. 광 방출기(406)는 광(422)을 방출할 수 있다. 광(422)은 층(446) 내에 위치된 혈관(442)에 입사할 수 있고, 광의 일부분은 광(423)으로서 다시 반사될 수 있다. 광 센서(404)는 광(423)을 측정할 수 있고 신호(450)를 생성할 수 있는데, 여기서 신호(450)는 박동성 혈액량 변화 및 노이즈 정보 둘 모두를 포함할 수 있다. 광 방출기(405) 및 광 센서(407)를 포함하는 세트는 (광 방출기(406) 및 광 센서(404)를 포함하는 세트보다) 동맥 혈액량 변화에 덜 감응성일 수 있고, 비-박동성 혈액 변화를 나타내는 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 광 방출기(405)는 광 센서(407)에 가까이 근접하게 (예를 들어, 1 mm 이하로 떨어져) 위치될 수 있다. 광 방출기(405)는 광(426)을 방출할 수 있다. 광(426)의 일부분은 피부(420)를 침투할 수 있고, 광의 일부분은 광(427)으로서 다시 반사될 수 있다. 광 센서(407)는 광(427)을 검출할 수 있고 신호(455)를 생성할 수 있는데, 여기서 신호(455)는 노이즈 정보를 포함할 수 있다. 광 방출기(405)와 광 센서(407) 사이의 간격은 광(426)이 하나 이상의 깊은 층(예컨대, 층(446))에 도달하는 것을 방지할 수 있다. 사용자의 더 깊은 조직은, 예를 들어 근육 이동, 힘줄 이동, 비-박동성 혈액 이동, 또는 이들의 조합으로 인해 움직임 아티팩트에 더 민감할 수 있다. 움직임 아티팩트의 효과는 사용자의 표피 층에서, 근육 및 힘줄의 부재로 인해, 덜 두드러질 수 있다. 일부 예에서, 광(427)은 옥시헤모글로빈에 덜 감응성인 하나 이상의 파장(예를 들어, 600 nm 초과)에서 방출될 수 있으며, 이는 정맥 혈액량 변화에 대한 광의 상호작용을 감소시킬 수 있다. 제어기(409)는 신호(450) 및 신호(455)를 수신할 수 있고, 사용자의 생리학적 신호를 결정하기 위해 하나 이상의 알고리즘을 적용할 수 있다. 광 센서와 광 방출기 사이에 형성된 추가의 광 경로가 본 발명의 예에 포함될 수 있고, 명료함을 위해 도면에 도시되어 있지는 않다.
도 4c는 본 발명의 예에 따른, 동일한 공동 내의 광 방출기에 광학적으로 결합되지만 격리부에 의해 분할된 광 센서를 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 단면도를 도시한다. 디바이스(400)는 동일한 공동(예컨대, 공동(466)) 내에 포함된 광 방출기-광 센서 세트 사이에 위치된 격리부(421)를 포함할 수 있다. 격리부(421)는 광 센서(407)로부터 광 방출기(405)를 광학적으로 격리시키도록 구성된 임의의 재료일 수 있다. 격리부를 위한 예시적인 재료는 탄소를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 일부 예에서, 윈도우(403)는 하나 이상의 각도의 광을 거부하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, 거부된 각도는, 피부(420)의 표면으로부터의 그리고/또는 윈도우(403)의 표면으로부터의 반사가 되도록 큰 각도(예를 들어, 50도 초과)를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 윈도우(403)는 프레넬 렌즈일 수 있다.
일부 예에서, 디바이스(400)는, 광(427)이 단지 피부(420)의 표면 및/또는 디바이스(400)의 표면에서 반사된 임의의 광을 포함하는 것을 방지하는 것을 돕기 위해, 피부(420)에 가까이 근접하게 (예를 들어, 5 mm 미만으로 떨어져) 또는 그와 접촉하여 위치될 수 있다. 이러한 방식으로, 광(426)의 침투가 더 양호하게 제어될 수 있다. 광 방출기(405)와 광 센서(407)의 가까운 간격은 반사 광(427)이 비-박동성 혈액 정보를 포함하는 것을 방지할 수 있다. 피부(420)에 대한 표면 디바이스(400)의 가까운 근접 및/또는 격리부(421)는 반사 광(427)이 피부(420)의 표면 및/또는 디바이스(400)의 표면으로부터의 반사를 포함하는 것을 방지할 수 있다. 일부 예에서, 광 센서의 개구수는 광(427)이 단지 피부(420)의 표면 및/또는 디바이스(400)의 표면에서 반사된 임의의 광을 포함하는 것을 방지하도록 구성될 수 있다. 도 4c가 윈도우(403)의 내부 표면(즉, 광 방출기(405) 및 광 센서(407)에 가장 가까운 표면)에서 종료되는 격리부(421)를 도시하지만, 예들은 도 4d에 도시된 바와 같이 윈도우(403)의 외부 표면(즉, 광 방출기(405) 및 광 센서(407)로부터 가장 먼 표면)에서 종료되는 격리부(421)를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 격리부(421)는 복수의 재료를 포함할 수 있는데, 여기서 공동 내의 재료(들)는 윈도우 내의 재료(들)와 상이할 수 있다. 일부 예에서, 격리부(421)는 공동 및 윈도우를 따라 연속적인 그리고/또는 동일한 재료일 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 예에 따른, 사용자의 생리학적 신호를 측정하는 데 이용되는 노이즈 보정을 위한 적어도 하나의 별개의 광 센서 및 광 방출기 세트를 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 평면도 및 단면도를 각각 도시한다. 디바이스(500)는 광 방출기(505), 광 방출기(506), 광 방출기(515), 및 광 방출기(516)를 포함할 수 있다. 디바이스(500)는 또한 광 센서(504), 광 센서(507), 광 센서(514), 및 광 센서(517)를 포함할 수 있다. 광 방출기(505)는 광 센서(504) 및 광 센서(514)를 향해 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 광 방출기(506)는 광 센서(507)를 향해 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 광 방출기(515)는 광 센서(504) 및 광 센서(514)를 향해 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 광 방출기(516)는 광 센서(517)를 향해 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, 광 방출기(505) 및 광 방출기(515)는 디바이스(500)의 중심에 더 가깝게 위치될 수 있는 반면, 광 방출기(506), 광 센서(507), 광 방출기(516), 및 광 방출기(517)는 디바이스(500)의 외부 에지에 더 가깝게 위치될 수 있다. 일부 예에서, 광 방출기(505) 및 광 방출기(515)는 광 센서(504)에 대한 경로 길이가 광 센서(514)에 대한 경로 길이와 동일하도록 위치될 수 있다.
디바이스(500)는 하나 이상의 광 방출기가 하나 이상의 광 센서에 광학적으로 결합되도록 구성될 수 있는데, 여기서 하나 이상의 광 방출기는 하나 이상의 광 센서와는 상이한 공동 내에 위치된다. 예를 들어, 광 방출기(505)는 광 센서(504)에 광학적으로 결합될 수 있는데, 여기서 광 방출기(505)는 공동(566) 내에 위치될 수 있고, 광 센서(504)는 공동(564) 내에 위치될 수 있다. 일부 예에서, 각각의 공동은 상이한 개구부(광이 디바이스를 빠져나가고 들어가는 곳) 및/또는 윈도우와 연관될 수 있다. 디바이스(500)는 또한 하나 이상의 광 방출기가 하나 이상의 광 센서에 광학적으로 결합되도록 구성될 수 있는데, 여기서 하나 이상의 광 방출기는 하나 이상의 광 센서와 동일한 공동 내에 위치된다. 예를 들어, 광 방출기(506)는 광 센서(507)에 광학적으로 결합될 수 있는데, 여기서 둘 모두는 공동(566) 내에 위치될 수 있다. 일부 예에서, 디바이스(500)에 포함된 공동들은 격리부(519)에 의해 분리될 수 있다.
유사하게, 광 방출기(515)는 광 센서(504) 및 광 센서(514)에 광학적으로 결합될 수 있는데, 여기서 각각의 광 센서는 광 방출기(515)와는 상이한 공동 내에 위치될 수 있다. 광 방출기(516)는 광 센서(517)에 광학적으로 결합될 수 있는데, 여기서 각각은 동일한 공동 내에 위치될 수 있다.
일부 예에서, 상이한 공동들 내에 위치된 하나 이상의 광 방출기-광 센서 세트는 박동성 혈액량 변화를 측정하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, 동일한 공동 내에 위치된 하나 이상의 광 방출기-광 센서 세트는 비-박동성 혈액량 변화를 측정하도록 그리고/또는 노이즈 기준 채널로서 역할을 하도록 구성될 수 있다. 광 방출기(515) 및 광 센서(504)를 포함하는 세트 및/또는 광 방출기(515) 및 광 센서(514)를 포함하는 세트는 박동성 혈액 변화를 측정하도록 구성될 수 있다. 이러한 세트들로부터 생성된 신호는 박동성 혈액량 변화 및 노이즈 정보 둘 모두를 포함할 수 있다. 광 방출기(516) 및 광 센서(517)를 포함하는 세트는 비-박동성 혈액 변화를 측정하도록 구성될 수 있다. 광 방출기(516)는 광 센서(517)로부터 가까이 근접하게 (예를 들어, 1 mm 이하로 떨어져) 위치될 수 있다. 광 방출기(516)와 광 센서(517) 사이의 간격은 방출된 광이 하나 이상의 소동맥(534) 및/또는 하나 이상의 혈관(542)에 도달하는 것을 방지할 수 있고, 따라서, 연관된 신호는 박동이 거의 없거나 전혀 없는 혈액 정보를 포함할 수 있다. 제어기(509)는 박동성 혈액량 변화를 포함하는 하나 이상의 신호(예컨대, 광 센서(504)로부터의 신호(550)와 같은 신호) 및 박동이 거의 없거나 전혀 없는 혈액 정보를 포함하는 하나 이상의 신호(예컨대, 광 센서(507)로부터의 신호(555)와 같은 신호)를 수신할 수 있고, 사용자의 생리학적 신호를 결정하기 위해 하나 이상의 알고리즘을 적용할 수 있다. 광 센서와 광 방출기 사이에 형성된 추가의 광 경로가 본 발명의 예에 포함될 수 있고, 명료함을 위해 도면에 도시되어 있지는 않다.
도 5c는 본 발명의 예에 따른, 동일한 공동 내의 광 방출기에 광학적으로 결합되지만 격리부에 의해 분할된 광 센서를 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 단면도를 도시한다. 디바이스(500)는 동일한 공동 내에 포함된 광 방출기-광 센서 세트 사이에 위치된 격리부(521)를 추가로 포함할 수 있다. 격리부(521)는 광 센서(507)로부터 광 방출기(506)를 광학적으로 격리시키도록 구성된 임의의 재료일 수 있다. 격리부를 위한 예시적인 재료는 탄소를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 일부 예에서, 격리부(521)는 광(526)이 공동(566) 및/또는 개구부(501)를 빠져나갈 수 있도록 광(526)을 포커싱하고/하거나 시준하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, 디바이스(500)는, 광(527)이 단지 피부(520)의 표면 및/또는 디바이스(500)의 표면에서 반사된 임의의 광을 포함하는 것을 방지하는 것을 돕기 위해, 피부(520)에 가까이 근접하게 (예를 들어, 5 mm 미만으로 떨어져) 또는 그와 접촉하여 위치될 수 있다. 이러한 방식으로, 광(526)의 침투가 제어될 수 있다. 광 방출기(506)와 광 센서(507)의 가까운 간격은 반사 광(527)이 비-박동성 혈액 정보를 포함하는 것을 방지할 수 있다. 피부(520)에 대한 디바이스(500)의 가까운 근접 및/또는 격리부(521)는 반사 광(527)이 피부(520)의 표면 및/또는 디바이스(500)의 표면으로부터의 반사를 포함하는 것을 방지할 수 있다. 도 5c가 윈도우(503)의 내부 표면(즉, 광 방출기(505) 및 광 센서(507)에 가장 가까운 표면)에서 종료되는 격리부(521)를 도시하지만, 예들은 윈도우(503)의 외부 표면(즉, 광 방출기(505) 및 광 센서(507)로부터 가장 먼 표면)에서 종료되는 격리부(521)를 포함할 수 있다(도시되지 않음). 일부 예에서, 격리부는 복수의 재료를 포함할 수 있는데, 여기서 공동 내의 재료(들)는 윈도우 내의 재료(들)와 상이할 수 있다. 일부 예에서, 격리부는 공동 및 윈도우를 따라 연속적인 그리고/또는 동일한 재료일 수 있다.
일부 예에서, 광 센서(507)는 대역통과 필터에 결합될 수 있고/있거나 광 방출기(506)에 의해 방출된 광의 그러한 파장만을 검출하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 광 센서(507)는 광 방출기(505)로부터 방출되는 광을 검출하지 않을 수 있다. 일부 예에서, 광 센서(507)는 광 방출기(506)에 의해 방출되는 광의 파장 및 광 방출기(505)에 의해 방출되는 광의 파장을 검출하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, 상이한 파장의 광은 상이한 유형의 정보를 제공할 수 있다. 예를 들어, 광 방출기(506)는 적색 광(또는 570 내지 750 nm 내의 광)을 방출할 수 있고, 광 방출기(505)는 녹색 광(또는 495 내지 570 nm 내의 광)을 방출할 수 있다. 광 센서(507)는 적색 광 및 녹색 광 둘 모두를 검출하도록 구성될 수 있는데, 여기서 검출된 적색 광은 움직임 아티팩트를 결정하는 데 사용될 수 있고, 검출된 녹색 광은 손목에서 떨어진 검출에 사용될 수 있다. 또한, 광 센서(504)는 피부(520)의 다수의 층 및 박동성 혈류(즉, 하나 이상의 혈관(542) 및/또는 하나 이상의 소동맥(534))를 통과할 수 있는 광 방출기(505)로부터 방출된 광을 검출할 수 있다.
도 4a 및 도 5a가 4개의 광 방출기를 도시하지만, 본 발명의 예는 임의의 수의 광 방출기를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 예는 박동성 혈액 정보를 포함하는 신호 및 비-박동성 혈액 정보를 포함하는 신호를 검출하는 데 사용될 수 있는 하나 이상의 공통 광 센서를 포함할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 예에 따른, 사용자의 생리학적 신호를 측정하는 데 이용되는 노이즈 보정을 위해 사용되는 공통 광 방출기에 광학적으로 결합된 광 센서를 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 평면도 및 단면도를 각각 도시한다. 디바이스(600)는 광 방출기(606), 광 방출기(608), 광 방출기(616), 및 광 방출기(618)를 포함할 수 있다. 디바이스(600)는 또한 광 센서(604) 및 광 센서(614)를 포함할 수 있다. 광 방출기(606)는 광 센서(604) 및 광 센서(614)를 향해 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 광 방출기(608)도 또한, 광 센서(604) 및 광 센서(614)를 향해 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 광 방출기(616)는 광 센서(604) 및 광 센서(614)를 향해 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 광 방출기(618)도 또한, 광 센서(604) 및 광 센서(614)를 향해 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, 광 방출기(606) 및 광 방출기(616)는 광 센서(604)에 대한 경로 길이와 광 센서(614)에 대한 경로 길이가 동일하도록 위치될 수 있다. 일부 예에서, 광 방출기(608) 및 광 방출기(618)는 광 센서(604)에 대한 경로 길이와 광 센서(614)에 대한 경로 길이가 동일하도록 위치될 수 있다. 일부 예에서, 광 방출기(606) 및 광 방출기(616)는 광 방출기(608) 및 광 방출기(618)보다 디바이스(600)의 중심에 더 가깝게 위치될 수 있다.
디바이스(600)는 광 방출기(605) 및 광 방출기(615)를 추가로 포함할 수 있다. 광 방출기(605)는 광 센서(604)에 가까이 근접하게 위치될 수 있고 그를 향해 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 광 방출기(615)는 광 센서(614)에 가까이 근접하게 위치될 수 있고 그를 향해 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 광 센서(604)는 하나 이상의 혈관(642) 및/또는 하나 이상의 소동맥(634)으로부터 반사된 광을 검출할 수 있는 공통 광 센서로서 구성될 수 있는데, 여기서 박동성 혈액량 변화는 검출된 반사 광에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 박동성 혈액량 변화는 광(623) 및 광(627)에 영향을 미칠 수 있다. 광(623)은 층(644) 및 층(645)으로부터의 정보를 포함할 수 있고, 광(627)은 층(644), 층(645), 및 층(646)으로부터의 정보를 포함할 수 있다. 광 센서(604)는 또한, 예를 들어, 광 방출기가 광 센서에 가까이 근접하게 (예를 들어, 1 mm 이하로 떨어져) 위치되고/되거나 특정 파장(예를 들어, 600 nm 초과)의 광을 방출하기 때문에 정맥 혈액량(비-박동성 혈액량) 변화에 감응성일 수 있는 광(625)으로부터 반사된 광을 검출할 수 있다.
일부 예에서, 광 방출기(606) 및 광 방출기(608)는 동일한 공동(666) 내에 위치될 수 있고, 광 방출기(616) 및 광 방출기(618)는 동일한 공동 내에 위치될 수 있다. 각각의 공동에서, 적어도 하나의 광 방출기는 다른 광 방출기와 상이한 파장의 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 상이한 유형의 정보가 상이한 파장의 광으로부터 추출될 수 있다. 예를 들어, 광 방출기(606)는 광(622)을 방출하도록 구성될 수 있다. 광(622)은 피부(620)의 하나 이상의 층을 통해 이동할 수 있고, 광의 일부분은 광 센서(604)에 의해 검출되는 광(623)으로서 다시 반사될 수 있다. 광 방출기(608)는 광(626)을 방출하도록 구성될 수 있다. 광(626)은 피부(620)의 하나 이상의 층을 통해 이동할 수 있고, 광의 일부분은 광 센서(604)에 의해 검출되는 광(627)으로서 다시 반사될 수 있다. 광 방출기(606)와 광 센서(604) 사이의 분리 거리는 광 방출기(608)와 광 센서(604) 사이의 분리 거리보다 짧을 수 있다. 추가로 또는 대안으로, 광(622)은 광(626)의 파장보다 더 짧은 파장을 가질 수 있다. 일부 예에서, 더 짧은 분리 거리 및/또는 더 짧은 파장은 광(626) 및 광(627)보다 짧은 경로 길이를 갖는 광(622) 및 광(623)으로 이어질 수 있다. 결과적으로, 광(622/623)은 광(626/627)만큼 피부(620) 내에 깊게 침투하지 않을 수 있다. 광 센서(604)는 광(623)을 나타내는 신호(652), 광(627)을 나타내는 신호(650), 및 광(625)을 나타내는 신호(655)를 포함하는 복수의 신호를 생성할 수 있다. 도 6a가 광 센서(604) 및 광 센서(614)의 중심에 각각 위치된 광 방출기(605) 및 광 방출기(615)를 도시하지만, 본 발명의 예는 광 센서(604) 및 광 센서(614)에 대해 각각 다른 위치에 (예를 들어, 일 측에) 위치된 광 방출기(605) 및 광 방출기(615)를 포함할 수 있다.
도 6c는 본 발명의 예에 따른, 사용자의 생리학적 신호를 측정하는 데 이용되는 노이즈 보정을 위해 사용되는 공통 광 방출기에 광학적으로 결합된 광 센서를 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 단면도를 도시한다. 디바이스(600)는 광 방출기(605)와 광 센서(604) 사이에 위치된 격리부(617)를 포함할 수 있다. 디바이스(600)는 또한 광 방출기(608)와 광 방출기(606) 사이에 위치된 격리부(621)를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 격리부(621)는 광 방출기(606)에 의해 방출된 광과 광 방출기(608)에 의해 방출된 광 사이의 광 혼합을 방지하도록 구성될 수 있다. 격리부(617) 및 격리부(621)는 광학적 격리를 위해 구성된 임의의 재료일 수 있다. 격리부를 위한 예시적인 재료는 탄소를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
일부 예에서, 격리부(617)는 광(624)이 공동(664)을 빠져나갈 수 있도록 광(624)을 포커싱하고/하거나 시준하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, 디바이스(600)는, 광(625)이 단지 피부(620)의 표면 및/또는 디바이스(600)의 표면에서 반사된 임의의 광을 포함하는 것을 방지하는 것을 돕기 위해, 피부(420)에 가까이 근접하게 (예를 들어, 5 mm 미만으로 떨어져) 또는 그와 접촉하여 위치될 수 있다. 이러한 방식으로, 광(624)의 침투가 제어될 수 있다. 광 방출기(605)와 광 센서(604)의 가까운 간격은 반사 광(625)이 박동성 혈액 정보를 포함하는 것을 방지할 수 있다. 피부(620)에 대한 디바이스(600)의 표면에 대한 가까운 근접 및/또는 격리부(617)는 반사 광(625)이 피부(620)의 표면 및/또는 디바이스(600)의 표면으로부터의 반사를 포함하는 것을 방지할 수 있다. 추가로 또는 대안으로, 격리부(621)는 광(622) 및/또는 광(626)이 공동(666)을 빠져나갈 수 있도록 광(622) 및/또는 광(626)을 포커싱하고/하거나 시준하도록 구성될 수 있다. 광(622) 및 광(626)의 침투는 반사 광(623) 및 반사 광(627)이 박동성 혈액 정보를 포함할 수 있도록 제어될 수 있다.
도 6c가 윈도우(603)의 내부 표면(즉, 광 방출기(605), 광 센서(604), 광 방출기(606), 및 광 방출기(608)에 가장 가까운 표면)에서 종료되는 격리부(617) 및 격리부(621)를 도시하지만, 본 발명의 예들은 윈도우(603)의 외부 표면(즉, 광 방출기(605), 광 센서(604), 광 방출기(606), 및 광 방출기(608)로부터 가장 먼 표면)에서 종료되는 격리부(617) 및/또는 격리부(621)를 포함할 수 있다(도시되지 않음). 일부 예에서, 격리부는 복수의 재료를 포함할 수 있는데, 여기서 공동 내의 재료(들)는 윈도우 내의 재료(들)와 상이할 수 있다. 일부 예에서, 격리부는 공동 및 윈도우를 따라 연속적인 그리고/또는 동일한 재료일 수 있다.
도 6d는 본 발명의 예에 따른, 경사진 격리부를 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 단면도를 도시한다. 디바이스(600)는 광 센서(604)와 광 방출기(605) 사이에 위치된 격리부(617)를 포함할 수 있다. 디바이스(600)는 또한 광 방출기(606)와 광 방출기(608) 사이에 위치된 격리부(621)를 포함할 수 있다. 격리부(617) 및/또는 격리부(621)는 광(624) 및 광(626)을 포커싱하고/하거나 시준할 수 있는 윈도우(603)에 대해 경사질 수 있거나 직교하지 않을 수 있다. 일부 예에서, 격리부(617) 및 격리부(621)는 각각 광(624) 및 광(626)을, 윈도우에 직교하는 격리부(예컨대, 도 4d에 도시된 격리부(421))보다 더 많이 조향할 수 있다. 일부 예에서, 격리부(617) 및 격리부(621) 중 하나 이상이 격리부(619)를 향해 경사질 수 있다(즉, 격리부들 사이의 간격이 윈도우(603)에 더 가깝게 위치될 수 있음).
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 예에 따른, 적어도 2개의 상이한 공동을 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 평면도 및 단면도를 각각 도시하는데, 각각의 공동은 적어도 하나의 광 센서 및 복수의 광 방출기를 포함할 수 있다. 디바이스(700)는 공동(744) 및 공동(746)을 포함할 수 있다. 공동(744)은 광 방출기(705), 광 방출기(706), 광 방출기(708), 및 광 센서(704)를 포함할 수 있다. 공동(746)은 광 방출기(715), 광 방출기(716), 광 방출기(718), 및 광 센서(714)를 포함할 수 있다. 디바이스(700)는 각각의 광 센서가 광 방출기 및/또는 디바이스(700)의 에지에 의해 둘러싸일 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 광 센서(704)는 광 방출기의 제1 열(column)(예컨대, 광 방출기(705), 광 방출기(706), 및 광 방출기(708)에 의해 형성된 열)과 광 방출기의 제2 열(예컨대, 광 방출기(715), 광 방출기(716), 및 광 방출기(718)에 의해 형성된 열) 사이에 위치될 수 있다.
디바이스(700)는, 각각의 공동 내에서, 적어도 하나의 광 방출기가 공동 내의 광 센서에 광학적으로 결합될 수 있고 적어도 하나의 광 방출기가 다른 공동 내의 광 센서에 광학적으로 결합될 수 있도록 구성될 수 있다. 복수의 중첩하는 광 경로가, 다른 공동 내의 광 센서에 광학적으로 결합될 수 있는 광 방출기들로부터 방출된 복수의 광에 의해 형성될 수 있다. 이러한 방식으로, 다수의 광 경로가 서로 "교차"할 수 있으며, 이는 샘플링될 수 있는 피부(720) 상의 위치를 증가시킬 수 있다.
광 방출기(705)는 광(722)을 방출하도록 구성될 수 있다. 광(722)은 피부(720)로 들어갈 수 있고, 일부분은 상이한 공동 내의 광 방출기에 광학적으로 결합된 광 센서일 수 있는 광 센서(714)에 의해 검출될 광(723)으로서 다시 반사될 수 있다. 광 방출기(705)는 광(722/723)의 광학 경로를 따라 위치된 피부(720)의 하나 이상의 영역이 측정될 수 있도록 광 센서(714)에 대해 위치될 수 있다. 측정은, 예를 들어 하나 이상의 혈관(742) 및/또는 하나 이상의 소동맥(734)으로부터의 박동성 혈액량 변화로 인한 광학적 변화를 겪는 광(722) 및/또는 광(723)을 포함할 수 있다.
광 방출기(706)는 광(724)을 방출하도록 구성될 수 있다. 광(724)은 피부(720)로 들어갈 수 있고, 일부분은 동일한 공동 내의 광 방출기에 광학적으로 결합된 광 센서일 수 있는 광 센서(704)에 의해 검출될 광(725)으로서 다시 반사될 수 있다. 광 방출기(706)는 광(724)의 침투가 더 얕은 층(예컨대, 층(744) 및/또는 층(745))으로 제한될 수 있도록 광 센서(704)에 가까이 근접하게 위치될 수 있다. 일부 예에서, 광(724)은 특정 파장(예컨대, 600 nm 초과)을 포함함으로써, 광(724/725)이 정맥 혈액량(비-박동성 혈액량) 변화에 감응성이도록 제한할 수 있다.
광 방출기(715)는 광(726)을 방출하도록 구성될 수 있다. 광(726)은 피부(720)로 들어갈 수 있고, 일부분은 상이한 공동 내의 광 방출기에 광학적으로 결합된 광 센서일 수 있는 광 센서(704)에 의해 검출될 광(727)으로서 다시 반사될 수 있다. 광 방출기(715)는 광(726/727)의 광학 경로를 따라 위치된 피부(720)의 하나 이상의 영역이 측정될 수 있도록 광 센서(704)에 대해 위치될 수 있다. 측정은, 예를 들어 하나 이상의 혈관(742) 및/또는 하나 이상의 소동맥(734)으로부터의 박동성 혈액량 변화로 인한 광학적 변화를 겪는 광(726) 및/또는 광(727)을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 광 방출기(715)-광 센서(704) 세트는 광 방출기(705)-광 센서(714) 세트에 의해 측정되는 피부(720)의 하나 이상의 영역과는 상이한 피부(720)의 하나 이상의 영역을 측정할 수 있다. 일부 예에서, 광(726/727)에 의해 측정되는 하나 이상의 혈관(742) 및/또는 하나 이상의 소동맥(734)은 광(722/723)에 의해 측정되는 하나 이상의 혈관(742) 및/또는 하나 이상의 소동맥(734)과 상이할 수 있다. 일부 예에서, 광(722/723)으로부터의 광 경로는 광(726)/광(727)으로부터의 광 경로와 엇갈리거나 교차할 수 있다. 광 경로들 사이의 교차 각도는 대응하는 광학 컴포넌트의 위치에 기초하여 조정될 수 있으며, 광학 컴포넌트는 이어서 피부(720) 내의 하나 이상의 영역의 측정 프로파일을 조정할 수 있다.
광 방출기(716)는 광(728)을 방출하도록 구성될 수 있다. 광(728)은 피부(720)로 들어갈 수 있고, 일부분은 동일한 공동 내의 광 방출기에 광학적으로 결합된 광 센서일 수 있는 광 센서(714)에 의해 검출될 광(729)으로서 다시 반사될 수 있다. 광 방출기(716)는 광(728)의 침투가 더 얕은 층(예컨대, 층(744) 및/또는 층(745))으로 제한될 수 있도록 광 센서(714)에 가까이 근접하게 (예컨대, 1mm 이하로 떨어져) 위치될 수 있다. 일부 예에서, 광(728/729)은 특정 파장(예컨대, 600 nm 초과)을 포함함으로써, 정맥 혈액량(비-박동성 혈액량) 변화에 대한 광(728/729)의 감도를 제한할 수 있다. 일부 예에서, 광 방출기(706)와 광 센서(704) 사이의 분리 거리는 광 방출기(716)와 광 센서(714) 사이의 분리 거리와 동일할 수 있다. 일부 예에서, 광 방출기(706)와 광 센서(704) 사이의 분리 거리는 광 방출기(716)와 광 센서(714) 사이의 분리 거리와 상이할 수 있다. 일부 예에서, 광(725)은 광(729)과 동일한 노이즈 아티팩트를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 광(725)은 광(729)과는 상이한 노이즈 아티팩트를 포함할 수 있다. 노이즈 아티팩트들이 상이하면, 디바이스(700)는 노이즈 아티팩트들의 차이를 이용하여 노이즈가 다수의 소스로부터 기인하는지 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 노이즈 아티팩트들의 차이는 디바이스의 일 측에 의해 경험되고 디바이스의 타 측에 의해서는 경험되지 않는 기울어짐 및/또는 당김을 나타낼 수 있다. 광 센서와 광 방출기 사이에 형성된 추가의 광 경로가 본 발명의 예에 포함될 수 있고, 명료함을 위해 도면에 도시되어 있지는 않다.
도 7c는 본 발명의 예에 따른, 적어도 2개의 상이한 공동을 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 단면도를 도시하는데, 각각의 공동은 격리부에 의해 분할되는 적어도 하나의 광 센서 및 복수의 광 방출기를 포함한다. 광(725) 및/또는 광(729)이 계면에서 (예컨대, 피부(720)의 표면에서, 윈도우(703)의 표면에서, 그리고/또는 디바이스(700)의 표면에서) 반사 광을 포함하는 것을 방지하기 위해, 디바이스(700)는 격리부(717) 및/또는 격리부(721)를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 광(725) 및/또는 광(729)은 비-박동성 혈액 및/또는 다른 노이즈 아티팩트(예컨대, 디바이스의 기울어짐 및/또는 당김으로부터의 노이즈 또는 주변 광 변동)와 관련된 정보를 포함할 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 예에 따른, 적어도 2개의 상이한 공동을 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 평면도 및 단면도를 각각 도시하는데, 각각의 공동은 적어도 하나의 광 센서 및 복수의 광 방출기를 포함한다. 디바이스(800)는 공동(844) 및 공동(846)을 포함할 수 있다. 공동(844)은 광 방출기(805), 광 방출기(806), 광 방출기(808), 및 광 센서(804)를 포함할 수 있다. 공동(846)은 광 방출기(815), 광 방출기(816), 광 방출기(818), 및 광 센서(814)를 포함할 수 있다. 디바이스(800)는 광 센서(804) 및 광 센서(814)가 광학 컴포넌트에 인접하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, 광 센서(804) 및 광 센서(814)는 디바이스(800) 상에 그의 중심에 대해 대칭으로 (수평으로) 배치될 수 있다. 광 방출기(805), 광 방출기(806), 및 광 방출기(808)는 디바이스(800)의 일 측에 위치될 수 있고, 광 방출기(814), 광 방출기(816), 및 광 방출기(818)는 디바이스(800)의 반대 측에 위치될 수 있다.
디바이스(800)는, 각각의 공동 내에서, 적어도 하나의 광 방출기가 공동 내의 광 센서에 광학적으로 결합될 수 있고 적어도 하나의 광 방출기가 다른 공동 내의 광 센서에 광학적으로 결합될 수 있도록 구성될 수 있다. 복수의 중첩하는 광 경로가 다른 공동 내의 광 센서에 광학적으로 결합될 수 있는 광 방출기들로부터 방출된 복수의 광에 의해 형성될 수 있다. 이러한 방식으로, 다수의 광 경로가 서로 "교차"할 수 있으며, 이는 디바이스(800)가 샘플링할 수 있는 피부(820) 내의 위치를 증가시킬 수 있다.
광 방출기(805)는 광(822)을 방출하도록 구성될 수 있다. 광(822)은 피부(820)로 들어갈 수 있고, 일부분은 상이한 공동 내의 광 방출기에 광학적으로 결합된 광 센서일 수 있는 광 센서(814)에 의해 검출될 광(823)으로서 다시 반사될 수 있다. 광 방출기(805)는 광(822/823)의 광학 경로를 따라 위치된 피부(820)의 하나 이상의 영역이 측정될 수 있도록 광 센서(814)에 대해 위치될 수 있다. 측정은, 예를 들어 하나 이상의 혈관(842) 및/또는 하나 이상의 소동맥(834)으로부터의 박동성 혈액량 변화로 인한 광학적 변화를 겪는 광(822) 및/또는 광(823)을 포함할 수 있다.
광 방출기(806)는 광(824)을 방출하도록 구성될 수 있다. 광(824)은 피부(820)로 들어갈 수 있고, 일부분은 동일한 공동 내의 광 방출기에 광학적으로 결합된 광 센서일 수 있는 광 센서(804)에 의해 검출될 광(825)으로서 다시 반사될 수 있다. 광 방출기(806)는 광(824)의 침투가 더 얕은 층(예컨대, 층(844) 및/또는 층(845))으로 제한될 수 있도록 광 센서(804)에 가까이 근접하게 (예컨대, 1mm 이하로 떨어져) 위치될 수 있다. 광(824/825)은 특정 파장(예컨대, 600 nm 초과)을 포함함으로써, 정맥 혈액량(비-박동성 혈액량) 변화에 대한 광(824/825)의 감도를 제한할 수 있다.
광 방출기(815)는 광(826)을 방출하도록 구성될 수 있다. 광(826)은 피부(820)로 들어갈 수 있고, 일부분은 상이한 공동 내의 광 방출기에 광학적으로 결합된 광 센서일 수 있는 광 센서(804)에 의해 검출될 광(827)으로서 다시 반사될 수 있다. 광 방출기(816)는 광(826/827)의 광학 경로를 따라 위치된 피부(820)의 하나 이상의 영역이 측정될 수 있도록 광 센서(804)에 대해 위치될 수 있다. 측정은, 예를 들어 하나 이상의 혈관(842) 및/또는 하나 이상의 소동맥(834)으로부터의 박동성 혈액량 변화로 인한 광학적 변화를 겪는 광(826) 및/또는 광(827)을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 광 방출기(815)-광 센서(804) 세트는 광 방출기(805)-광 센서(814) 세트에 의해 측정되는 피부(820)의 하나 이상의 영역과는 상이한 피부(820)의 하나 이상의 영역을 측정할 수 있다. 일부 예에서, 광(826/827)에 의해 측정되는 하나 이상의 혈관(842) 및/또는 하나 이상의 소동맥(834)은 광(822/823)에 의해 측정되는 하나 이상의 혈관(842) 및/또는 하나 이상의 소동맥(834)과 상이할 수 있다. 일부 예에서, 광(822/823)으로부터의 광 경로는 광(826/827)으로부터의 광 경로와 엇갈리거나 교차할 수 있다. 광 경로들 사이의 교차 각도는 대응하는 광학 컴포넌트의 위치에 기초하여 조정될 수 있으며, 광학 컴포넌트는 이어서 피부(820) 내의 하나 이상의 영역의 측정 프로파일을 조정할 수 있다. 광 방출기(예를 들어, 광 방출기(805), 광 방출기(806), 및 광 방출기(808))를 디바이스(800)의 일 측에 위치시키고 광 방출기(예를 들어, 광 방출기(815), 광 방출기(816), 및 광 방출기(818))를 디바이스(800)의 타 측에 위치시킴으로써, 광 경로들은 서로에 대해 (예를 들어, 도 7b에 예시된 광 경로와 비교하여) 더 큰 분리 거리를 가질 수 있다. 피부(820) 상의 측정 영역의 상이한 특징(예를 들어, 크기, 형상, 및/또는 위치)이 얻어질 수 있다.
광 방출기(816)는 광(828)을 방출하도록 구성될 수 있다. 광(828)은 피부(820)로 들어갈 수 있고, 일부분은 동일한 공동 내의 광 방출기에 광학적으로 결합된 광 센서일 수 있는 광 센서(814)에 의해 검출될 광(829)으로서 다시 반사될 수 있다. 광 방출기(816)는 광(828)의 침투가 더 얕은 층(예컨대, 층(844) 및/또는 층(845))으로 제한될 수 있도록 광 센서(814)에 가까이 근접하게 (예컨대, 1mm 이하로 떨어져) 위치될 수 있다. 광(828/829)은 특정 파장(예컨대, 600 nm 초과)을 포함함으로써, 정맥 혈액량(비-박동성 혈액량) 변화에 대한 광(828/829)의 감도를 제한할 수 있다. 일부 예에서, 광 방출기(816)와 광 센서(814) 사이의 분리 거리는 광 방출기(806)와 광 센서(804) 사이의 분리 거리와 동일할 수 있다. 일부 예에서, 광 방출기(816)와 광 센서(814) 사이의 분리 거리는 광 방출기(806)와 광 센서(804) 사이의 분리 거리와 상이할 수 있다. 일부 예에서, 광(825)은 광(829)과 동일한 노이즈 아티팩트를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 광(825)은 광(829)과는 상이한 노이즈 아티팩트를 포함할 수 있다. 노이즈 아티팩트들이 상이하면, 디바이스(800)는 노이즈 아티팩트들의 차이를 이용하여 노이즈가 다수의 소스로부터 기인하는지 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 노이즈 아티팩트들의 차이는 디바이스의 일 측에 의해 경험되고 디바이스의 타 측에 의해서는 경험되지 않는 기울어짐 및/또는 당김을 나타낼 수 있다.
일부 예에서, 시스템은 광 방출기-광 센서의 복수의 세트로 구성될 수 있는데, 여기서 광 방출기 및 광 센서는 공통 광학 축을 갖는다. 예를 들어, 광 방출기(806)는 광 센서(814)를 향해 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 다수의 광 경로가 존재할 수 있다. 예를 들어, 하나의 광 경로가 광 방출기(806)와 광 센서(804) 사이에 있을 수 있고, 다른 광 경로가 광 방출기(806)와 광 센서(814) 사이에 있을 수 있다. 광 방출기(806)와 광 센서(804) 사이의 광 경로는 노이즈 보정을 위해 이용될 수 있고, 광 방출기(806)와 광 센서(814) 사이의 광 경로는 박동성 혈액 정보에 이용될 수 있다. 광 센서와 광 방출기 사이에 형성된 추가의 광 경로가 본 발명의 예에 포함될 수 있고, 명료함을 위해 도면에 도시되어 있지는 않다.
도 8c는 본 발명의 예에 따른, 적어도 2개의 상이한 공동을 포함하는 예시적인 전자 디바이스의 단면도를 도시하는데, 각각의 공동은 격리부에 의해 분할되는 적어도 하나의 광 센서 및 복수의 광 방출기를 포함한다. 광(825) 및/또는 광(829)이 계면에서 (예컨대, 피부(820)의 표면에서, 윈도우(803)의 표면에서, 디바이스(800)의 표면에서) 반사 광을 포함하는 것을 방지하기 위해, 디바이스(800)는 격리부(817) 및/또는 격리부(821)를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 광(825) 및/또는 광(829)은 비-박동성 혈액 정보를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 광(825) 및/또는 광(829)은 박동성 혈액 정보를 배제할 수 있다.
도 7a 및 도 8a가 (디바이스(700) 및 디바이스(800)의 장축에 대해) 열을 형성하도록 배열된 광 방출기들을 도시하지만, 본 발명의 예는 행(row)을 형성하도록 배열된 광 방출기들을 포함할 수 있다. 도 8d 및 도 8e는 본 발명의 예에 따른, 전자 디바이스를 위한 광 방출기, 광 센서, 및 격리부에 대한 예시적인 구성의 평면도를 도시한다. 도 8d에 도시된 바와 같이, 광 센서(804) 및 광 센서(814)는 디바이스(800)의 일 측에 위치될 수 있고, 광 방출기들의 행들(예컨대, 광 방출기(805), 광 방출기(806), 및 광 방출기(808)에 의해 형성된 행, 및 광 방출기(815), 광 방출기(816), 및 광 방출기(818)에 의해 형성된 행)은 디바이스(800)의 타 측에 위치될 수 있다. 광 센서들 및 광 방출기들의 행들은 격리부(817) 및 격리부(821)에 의해 분리될 수 있다. 또한, 공동(844) 및 공동(846)은 격리부(819)에 의해 분리될 수 있다. 구성은 하나 이상의 교차 광 경로로 이어질 수 있다. 광 센서와 광 방출기 사이에 형성된 추가의 광 경로가 본 발명의 예에 포함될 수 있고, 명료함을 위해 도면에 도시되어 있지는 않다.
도 8e에 도시된 바와 같이, 광 센서(804) 및 광 방출기들의 하나의 행(예컨대, 광 방출기(815), 광 방출기(816), 및 광 방출기(818)에 의해 형성된 행)이 디바이스(800)의 일 측에 위치될 수 있다. 또한, 광 센서(814) 및 광 방출기들의 다른 행(예컨대, 광 방출기(805), 광 방출기(806), 및 광 방출기(808)에 의해 형성된 행)이 디바이스(800)의 타 측에 위치될 수 있다. 광 방출기들의 각각의 행은 광 센서로부터 격리부(예컨대, 격리부(817) 또는 격리부(821))에 의해 분할될 수 있다. 이러한 구성은 도면에 도시된 바와 같이 중첩되지 않는 광 경로들로 이어질 수 있다. 광 센서와 광 방출기 사이에 형성된 추가의 광 경로가 본 발명의 예에 포함될 수 있고, 명료함을 위해 도면에 도시되어 있지는 않다.
본 발명의 예는 광 방출기들의 행들로 제한되지 않고, 도 8f에 예시된 바와 같은 임의의 구성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광 방출기(805) 및 광 방출기(806)는 광 방출기(808)와는 상이한 행에 위치될 수 있다. 광 방출기(808)는 광 방출기(805) 또는 광 방출기(806)와 동일한 열에 위치될 수 있거나, 광 방출기(805) 및 광 방출기(806)와는 상이한 열에 위치될 수 있다. 유사하게, 광 방출기(815) 및 광 방출기(816)는 광 방출기(818)와는 상이한 행에 위치될 수 있다. 광 방출기(818)는 광 방출기(815) 또는 광 방출기(816)와 동일한 열에 위치될 수 있거나, 광 방출기(815) 및 광 방출기(818)와는 상이한 열에 위치될 수 있다. 일부 예에서, 광 방출기들 및 광 센서들은 디바이스(800)의 중심에 대해 대칭으로 위치될 수 있다(예컨대, 광 센서(804)는 디바이스의 중심으로부터 광 센서(814)와 동일한 거리에 떨어져 위치될 수 있음). 일부 예에서, 광 방출기들 및 광 센서들은 디바이스(800)의 중심에 대해 비대칭으로 위치될 수 있다. 일부 예에서, 광 센서는 광 방출기보다 디바이스(800)의 에지에 더 가깝게 위치될 수 있다. 일부 예에서, 광 방출기는 광 센서보다 디바이스(800)의 에지에 더 가깝게 위치될 수 있다. 광 센서와 광 방출기 사이에 형성된 추가의 광 경로가 본 발명의 예에 포함될 수 있고, 명료함을 위해 도면에 도시되어 있지는 않다.
도 9a는 본 발명의 예에 따른, 복수의 파장에 걸쳐 측정된 예시적인 옥시헤모글로빈 및 데옥시헤모글로빈 흡광도 신호들을 도시한다. 스펙트럼은 파장 범위(963), 파장 범위(964), 파장 범위(965), 파장 범위(966) 및 파장 범위(967)와 같은 복수의 파장 범위를 포함할 수 있다. 신호(950)는 옥시헤모글로빈 흡광도 신호를 포함할 수 있고, 신호(955)는 데옥시헤모글로빈 흡광도 신호를 포함할 수 있다. 스펙트럼 내의 하나 이상의 파장(예컨대, 파장(961))에서, 신호(950)와 신호(955)는 교차할 수 있다. 즉, 신호(950)와 신호(955)는 동일하거나 유사한 흡광도 값을 가질 수 있다. 이러한 하나 이상의 파장(예를 들어, 신호들의 교차점에 대응하는 파장(961))에서 또는 그에 가까이 근접해서 사용자의 생리학적 신호를 측정하도록 구성된 PPG 시스템은 연관된 측정된 반사 광이 옥시 흡광도로부터 기인하는지 또는 데옥시 흡광도로부터 기인하는지를 식별할 수 없을 수 있다.
본 발명의 예는 하나 이상의 파장 범위에서 옥시헤모글로빈 흡광도 값 및 데옥시헤모글로빈 흡광도 값 둘 모두를 측정할 수 있는 시스템을 포함할 수 있는데, 여기서 옥시헤모글로빈 흡광도 신호와 데옥시헤모글로빈 흡광도 신호는 교차하지 않는다. 일부 예에서, 시스템은 신호들의 흡광도 값들의 차이가 미리결정된 임계치(예컨대, 10% 차이)보다 큰 하나 이상의 파장에서 측정하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, 하나 이상의 측정된 파장(예컨대, 파장(962))은 데옥시 흡광도 신호에서의 "최소값"(즉, 0의 미분계수)에 대응할 수 있다.
본 발명의 예는 파장 범위(764)(즉, 495 내지 570 nm) 내에서 방출하도록 구성된 적어도 하나의 광 방출기(예를 들어, 도 2a에 예시된 광 방출기(206), 도 3a에 예시된 광 방출기(306))를 포함할 수 있다. 본 발명의 예는 파장 범위(765)(즉, 570 내지 750 nm) 내에서 방출하도록 구성된 적어도 하나의 광 방출기(예를 들어, 도 3a에 예시된 광 방출기(308))를 포함할 수 있다. 본 발명의 예는 동일한 파장 범위(예컨대, 파장 범위(764), 파장 범위(765), 및/또는 파장 범위(767)) 내에서 방출하도록 구성된 적어도 2개의 광 방출기(예컨대, 도 3a에 예시된 광 방출기(306) 및 광 방출기(308))를 포함할 수 있다. 본 발명의 예는 파장 범위(966, 967)(즉, 750 내지 1400 nm) 내에서 방출하도록 구성된 적어도 하나의 광 방출기(예를 들어, 도 3a에 예시된 광 방출기(308))를 포함할 수 있다.
본 발명의 예는 파장들의 스펙트럼 또는 복수의 파장(예를 들어, 2개 초과의 파장)을 가로질러 광을 방출할 수 있는 시스템을 포함할 수 있다. 예를 들어, 시스템은 파장 범위(964)(즉, 495 내지 570 nm) 내의 광을 방출하도록 구성된 적어도 하나의 광 방출기(예컨대, 도 6a에 예시된 광 방출기(606)), 파장 범위(966) 및 파장 범위(967)(즉, 750 내지 1400 nm) 내의 광을 방출하도록 구성된 적어도 하나의 광 방출기(예컨대, 도 6a에 예시된 광 방출기(605)), 및 파장 범위(965)(즉, 570 내지 750 nm) 내의 광을 방출하도록 구성된 적어도 하나의 광 방출기(예컨대, 도 6a에 예시된 광 방출기(608))를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 하나의 광 방출기는 525 nm에서 방출하도록 구성될 수 있고, 하나의 광 방출기는 660 nm에서 방출하도록 구성될 수 있고, 하나의 광 방출기는 890 nm에서 방출하도록 구성될 수 있다. 파장 범위(965) 내의 반사 광의 측정은 박동이 거의 없거나 전혀 없는 혈액 정보를 갖는 신호로 이어질 수 있다. 파장 범위(966) 및 파장 범위(967) 내의 반사 광의 측정은 사용자의 눈에 가시적이지 않을 수 있는 광으로 이어질 수 있다. 본 발명의 예는 광을 복수의 광 센서로 방출할 수 있는 공통 (즉, 공유된) 광 방출기로 구성된 시스템을 포함할 수 있는데, 여기서 광 방출기-광 센서의 적어도 하나의 세트는 박동성 혈류를 측정하도록 구성될 수 있고, (동일한) 광 방출기-광 센서의 적어도 하나의 세트는 비-박동성 혈류를 측정하도록 구성될 수 있다.
일부 예에서, 광 방출기-광 센서의 적어도 2개의 세트는 사용자의 피부의 동일한 부피를 측정하도록 (예를 들어, 광이 그를 통과하도록) 구성될 수 있다. 피부의 동일한 부피를 측정함으로써, 비-박동성 혈액 정보가 대응하는 박동성 혈액 정보와 정확하게 연관될 수 있다. 일부 예에서, 적어도 2개의 광 방출기 및 광학적으로 결합된 하나 이상의 검출기가 동일한 광학 축을 따라서 위치될 수 있다.
일부 예에서, 광 방출기-광 센서의 적어도 2개의 세트는 사용자의 피부의 상이한 부피들을 측정하도록 구성될 수 있다. 그러한 구성의 광학 컴포넌트들의 위치는, 예를 들어, 패키지의 크기 또는 광학 컴포넌트들 사이의 분리 거리로 인해 제한될 수 있다.
도 9b는 본 발명의 예에 따른 예시적인 전자 디바이스에 포함된 복수의 광 센서에서 측정된 예시적인 신호를 도시한다. 신호(950)는 박동성 혈액 정보 및 노이즈 아티팩트를 포함할 수 있다. 신호(955)는 상기 개시된 예들 중 임의의 예를 사용하여 노이즈 아티팩트를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 신호(950)는 광 방출기-광 센서의 세트들 중 하나에 의해 생성되는 신호일 수 있다. 일부 예에서, 신호(955)는 광 방출기-광 센서의 세트들 중 다른 하나에 의해 생성되는 신호일 수 있다. PPG 시스템은 신호(950)로부터 노이즈 아티팩트를 제거함으로써 사용자의 생리학적 신호를 결정하도록 구성된 제어기를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 신호(950)에 포함된 노이즈 아티팩트의 적어도 일부분은 신호(955)를 사용하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 주파수(971)는 사용자의 생리학적 신호(예컨대, PPG)에 대한 기본 주파수에 대응할 수 있고, 주파수(972)는 사용자의 생리학적 신호에 대한 고조파 주파수에 대응할 수 있다. 제어기는 기본 주파수 및 고조파 주파수를 결정하도록 구성될 수 있고, 사용자의 생리학적 신호를 결정하기 위해 신호(950) 및 신호(955)를 이용할 수 있다.
일부 예에서, 하나 이상의 광 방출기(예컨대, 광 방출기(306) 및 광 방출기(316))와 연관된 신호는 사용자가 움직이고 있는 동안 사용자의 생리학적 신호를 결정하는 데 사용될 수 있다. 일부 예에서, 하나 이상의 광 방출기(예컨대, 광 방출기(306) 및 광 방출기(316))와 연관된 신호는 사용자가 정지 상태에 있는 동안 사용자의 생리학적 신호를 결정하는 데 사용될 수 있다. 일부 예에서, 하나 이상의 신호는 심박수 PPG 신호를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 하나 이상의 신호는 손목에서 떨어진 검출(즉, 디바이스가 사용자로부터 떨어진 먼 거리에 위치됨)에 사용될 수 있다. 일부 예에서, 디바이스는 사용자의 가속도를 검출하기 위한 가속도계를 포함할 수 있고, 그러한 가속도 정보는 사용자의 생리학적 신호 내의 움직임 아티팩트를 소거/보정하기 위해 추가로 사용될 수 있다. 일부 예에서, 광 방출기들 및/또는 광 센서들 중 하나 이상은 디스에이블될 수 있거나, 전원이 꺼질 수 있거나, 그들의 신호는 무시될 수 있다. 예를 들어, 광 방출기(308) 및/또는 광 방출기(316)(도 3a에 도시됨)는 사용자가 움직이고 있을 때 전원이 꺼질 수 있다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 예에 따른 움직임 아티팩트 제거를 위한 예시적인 회로도 및 예시적인 프로세스를 각각 도시한다. 시스템은 광 센서(1004)에 광학적으로 결합된 광 방출기(1006) 및 광 센서(1007)에 광학적으로 결합된 광 방출기(1005)를 포함할 수 있다. 광 방출기(1006)는 광 센서(1004)를 향해 광을 방출할 수 있다(프로세스(1050)의 단계(1052)). 광 센서(1004)는 광 방출기(1006)에 의해 방출된 광으로부터 반사 광을 검출할 수 있고, 신호(1050)를 생성할 수 있다(프로세스(1050)의 단계(1054)). 신호(1050)의 푸리에 변환은 FFT(1010)를 사용하여 취해질 수 있다(프로세스(1050)의 단계(1056)). 광 방출기(1005)는 광 센서(1007)를 향해 광을 방출할 수 있다(프로세스(1050)의 단계(1058)). 광 센서(1007)는 광 방출기(1005)에 의해 방출된 광으로부터 반사 광을 검출할 수 있고, 신호(1055)를 생성할 수 있다(프로세스(1050)의 단계(1060)). 일부 예에서, 광 방출기(1005)는 광 방출기(1006)와 동시에 광을 방출할 수 있다. 신호(1055)의 푸리에 변환은 FFT(1010)를 사용하여 취해질 수 있다(프로세스(1050)의 단계(1062)). 신호(1050) 및 신호(1055) 내의 피크의 위치(즉, "최대값"/0의 미분계수)는 컴포넌트(1011)를 사용하여 결정될 수 있다(프로세스(1050)의 단계(1064)). 일부 예에서, 신호(1050)의 값은 피크가 존재하는 위치에서 크기조정될 수 있다(예컨대, 가우스 가중치가 적용될 수 있음)(프로세스(1050)의 단계(1066)). 일부 예에서, 보정된(또는 조정된) 신호(1050)는 사용자의 생리학적 신호의 기본 주파수 및 고조파 주파수로부터의 피크를 포함할 수 있다.
시스템은 가속도계(1002)를 추가로 포함할 수 있다. 가속도계(1002)는 사용자의 가속도를 측정할 수 있다(프로세스(1050)의 단계(1068)). 일부 예에서, 가속도 측정은 광 센서로부터의 광학 측정과 동시에 일어날 수 있다. 가속도 신호의 푸리에 변환은 FFT(1010)를 사용하여 취해질 수 있다(프로세스(1050)의 단계(1070)). 보정된 신호(1050) 및 가속도 신호 내의 피크의 위치는 컴포넌트(1011)를 사용하여 결정될 수 있다(프로세스(1050)의 단계(1072)). 제어기(1009)는 사용자의 생리학적 신호(1060)를 결정하기 위해 하나 이상의 알고리즘 및/또는 간단한 수학적 함수를 적용할 수 있다(프로세스(1050)의 단계(1074)).
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 예에 따른 움직임 아티팩트 제거를 위한 예시적인 회로도 및 예시적인 프로세스를 각각 도시한다. 시스템은 광 센서(1104)에 광학적으로 결합된 광 방출기(1106) 및 광 센서(1107)에 광학적으로 결합된 광 방출기(1105)를 포함할 수 있다. 광 방출기(1106)는 광 센서(1104)를 향해 광을 방출할 수 있다(프로세스(1150)의 단계(1152)). 광 센서(1104)는 광 방출기(1106)에 의해 방출된 광으로부터 반사 광을 검출할 수 있고, 신호(1150)를 생성할 수 있다(프로세스(1150)의 단계(1154)). 신호(1150)의 푸리에 변환이 취해질 수 있다(프로세스(1150)의 단계(1160)).
광 방출기(1105)는 광 센서(1107)를 향해 광을 방출할 수 있다(프로세스(1150)의 단계(1162)). 광 센서(1107)는 광 방출기(1105)에 의해 방출된 광으로부터 반사 광을 검출할 수 있고, 신호(1155)를 생성할 수 있다(프로세스(1150)의 단계(1164)). 시스템은 가속도계(1102)를 추가로 포함할 수 있다. 가속도계(1102)는 사용자의 가속도를 측정할 수 있다(프로세스(1150)의 단계(1156)). 일부 예에서, 가속도 측정은 광 센서로부터의 광학 측정과 동시에 일어날 수 있다. 움직임 추정기(1102)를 사용하여 신호(1155) 및 가속도 신호에 대해 주성분 분석이 수행될 수 있다(프로세스(1150)의 단계(1158)). PCA(1102)는 신호(1155) 및 가속도 신호를 3개의 직교 성분으로 변환하기 위해 직교 변환을 이용하도록 구성될 수 있다. 직교 성분들의 푸리에 변환은 FFT(1110)를 사용하여 취해질 수 있다(프로세스(1150)의 단계(1166)).
두 FFT들(1110)로부터의 신호 내의 피크의 위치는 컴포넌트(1111)를 사용하여 결정될 수 있다(프로세스(1150)의 단계(1168)). 일부 예에서, 신호(1150) 내의 하나 이상의 걸음걸이 주파수(gait frequency)가 결정될 수 있다. 하나 이상의 걸음걸이 주파수에서, 신호는 감쇠될 수 있다. 제어기(1009)는 사용자의 생리학적 신호(1160)를 결정하기 위해 하나 이상의 알고리즘 및/또는 간단한 수학적 함수를 적용하도록 구성될 수 있다(프로세스(1150)의 단계(1170)).
상기 개시된 시스템들 중 하나 이상에서, 광 방출기-광 센서의 세트들은 직렬로 또는 병렬로(즉, 동시에) 동작될 수 있다. 도 12a 내지 도 12c는 본 발명의 예에 따른 예시적인 측정 모드를 도시한다. PPG 시스템은 광 방출기(1206), 광 방출기(1208), 광 방출기(1216), 광 방출기(1218), 광 센서(1204), 및 광 센서(1214)를 포함할 수 있다.
도 12a에 도시된 바와 같이, 시스템은 세트들을 통해 순환하도록 구성될 수 있다. 시간 t0와 t1 사이에서, 광 방출기(1206)는 활성/온(on)일 수 있다. 광 센서(1204)는 광 방출기(1206)로부터의 반사 광을 측정하고, 이어서 광 센서(1214)가 광 방출기(1206)로부터의 반사 광을 측정할 수 있다. 시간 t1과 시간 t2 사이에서, 광 방출기(1208)는 활성/온일 수 있다. 광 센서(1204)는 광 방출기(1208)로부터의 반사 광을 측정하고, 이어서 광 센서(1214)가 광 방출기(1208)로부터의 반사 광을 측정할 수 있다. 시간 t2와 시간 t3 사이에서, 광 방출기(1216)는 활성/온일 수 있다. 광 센서(1204)는 광 방출기(1216)로부터의 반사 광을 측정하고, 이어서 광 센서(1214)가 광 방출기(1216)로부터의 반사 광을 측정할 수 있다. 시간 t3와 시간 t4 사이에서, 광 방출기(1218)는 활성/온일 수 있다. 광 센서(1204)는 광 방출기(1218)로부터의 반사 광을 측정하고, 이어서 광 센서(1214)가 광 방출기(1218)로부터의 반사 광을 측정할 수 있다. 시간 t4와 시간 t5 사이에서, 시스템은 손목에서 떨어진 검출을 위해 구성될 수 있다. 일부 예에서, 사이클은 반복될 수 있다. 일부 예에서, 후속 사이클들은 상이한 순서를 가질 수 있다.
시스템은 광 방출기(1205) 및 광 방출기(1215)를 추가로 포함할 수 있다. 도 12b에 도시된 바와 같이, 측정은 모든 다른 광 방출기의 동작 이후의 기간에서 그러한 추가의 광 방출기의 동작을 포함할 수 있다. 시간 t4와 시간 t5 사이에서, 광 방출기(1205)는 활성/온일 수 있다. 광 센서(1204)는 광 방출기(1205)로부터의 반사 광을 측정하고, 이어서 광 센서(1214)가 광 방출기(1205)로부터의 반사 광을 측정할 수 있다. 시간 t5와 시간 t6 사이에서, 광 방출기(1215)는 활성/온일 수 있다. 광 센서(1204)는 광 방출기(1215)로부터의 반사 광을 측정하고, 이어서 광 센서(1214)가 광 방출기(1215)로부터의 반사 광을 측정할 수 있다. 시간 t6와 시간 t7 사이에서, 시스템은 손목에서 떨어진 검출을 위해 구성될 수 있다. 일부 예에서, 사이클은 반복될 수 있다. 일부 예에서, 후속 사이클들은 상이한 순서를 가질 수 있다.
일부 예에서, 둘 이상의 측정이 동시에 동작할 수 있다. 도 12c에 도시된 바와 같이, 제1 측정 및 제2 측정이 시간 t0와 t1 사이에서 동시에 동작할 수 있다. 광 센서(1204)가 반사 광을 측정하고 광 센서(1214)가 반사 광을 측정하는 동안, 제1 측정은 활성/온 상태의 광 방출기(1206)를 포함할 수 있다. 광 센서(1207)가 반사 광을 측정하고 광 센서(1217)가 반사 광을 측정하는 동안, 제2 측정은 활성/온 상태의 광 방출기(1205)를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 측정들은 엇갈리는(staggered) 방식으로 동작할 수 있다(즉, 하나의 측정의 시작이 다른 측정의 시작으로부터 지연될 수 있음). 일부 예에서, 시간 t1과 시간 t2 사이에 예시된 바와 같이, 일정 기간은 상이한 세트의 광 방출기-광 센서(예컨대, 광 방출기(1208), 광 센서(1204), 및 광 센서(1214))를 갖는 제1 측정을 포함할 수 있고, 그 동안 제2 측정이 동일할 수 있다(예컨대, 광 방출기(1205), 광 센서(1207), 및 광 센서(1217)). 일부 예에서, 시간 t2와 시간 t3 사이에 예시된 바와 같이, 일정 기간은 동일한 세트의 광 방출기-광 센서(예컨대, 광 방출기(1206), 광 센서(1204), 및 광 센서(1214))를 갖는 제1 측정을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 일정 기간은 동시에 동작하는 2개 초과의 측정을 포함할 수 있다. 예를 들어, 모든 측정이 동시에 수행될 수 있다(도시되지 않음). 일부 예에서, 손목에서 떨어진 검출은 측정들 사이의 임의의 시간에 또는 측정들과 동시에 일어날 수 있다.
도 13a는 본 발명의 예에 따른, PPG 시스템의 시간-기반 동작을 예시하는 예시적인 프로세스를 도시한다. 제1 광 방출기는 제1 광 센서를 향해 광을 방출할 수 있다(프로세스(1300)의 단계(1302)). 제1 광 센서는 제1 광 방출기로부터의 반사를 나타내는 제1 신호를 생성할 수 있다(프로세스(1300)의 단계(1304)). 제2 광 방출기는 제2 광 센서를 향해 광을 방출할 수 있다(프로세스(1300)의 단계(1306)). 제2 광 센서는 제2 광 방출기로부터의 반사를 나타내는 제2 신호를 생성할 수 있다(프로세스(1300)의 단계(1308)). 일부 예에서, 제1 광 방출기는 제2 광 방출기와 동시에 동작할 수 있다. 일부 예에서, 제1 광 방출기는 제2 광 방출기 전에 동작할 수 있다. 일부 예에서, 제2 광 방출기는 제1 광 방출기 전에 동작할 수 있다. 제2 신호는 임계값과 비교될 수 있고(프로세스(1300)의 단계(1310)), 제어기는 노이즈 보정이 수행되어야 하는지 여부를 결정할 수 있다(프로세스(1300)의 단계(1312)). 노이즈 보정이 수행되어야 하는 경우, 제1 신호는 제2 신호로 보정 또는 조정될 수 있다(프로세스(1300)의 단계(1314)). 사용자의 생리학적 신호(들)를 결정하기 위해 하나 이상의 알고리즘이 적용될 수 있다(프로세스(1300)의 단계(1316)).
도 13b는 본 발명의 예에 따른, 움직임 검출을 위한 광 방출기-광 센서 세트를 포함하는 PPG 시스템의 동작을 예시하는 예시적인 프로세스를 도시한다. 제1 광 방출기는 제1 광 센서를 향해 광을 방출할 수 있다(프로세스(1330)의 단계(1332)). 제1 광 센서는 제1 광 방출기로부터의 반사를 나타내는 제1 신호를 생성할 수 있다(프로세스(1330)의 단계(1334)). 제2 광 방출기는 제2 광 센서를 향해 광을 방출할 수 있다(프로세스(1330)의 단계(1336)). 제2 광 센서는 제2 광 방출기로부터의 반사를 나타내는 제2 신호를 생성할 수 있다(프로세스(1330)의 단계(1338)). 가속도계가 사용자의 가속도를 검출할 수 있고 가속도 신호를 생성할 수 있다(프로세스(1330)의 단계(1344)). 가속도 신호는 임계값과 비교될 수 있다(프로세스(1330)의 단계(1346)). 제어기는 광학 기반 노이즈 보정이 수행되어야 하는지 여부를 결정할 수 있고(프로세스(1330)의 단계(1348)), 그러한 경우, 제1 신호는 제2 신호로 보정 또는 조정될 수 있다(프로세스(1330)의 단계(1340)). 그렇지 않은 경우, 제어기는 가속도 기반 노이즈 보정이 수행되어야 하는지 여부를 결정할 수 있다(프로세스(1330)의 단계(1350)). 그러한 경우, 제1 신호는 가속도 신호로 보정 또는 조정될 수 있다(프로세스(1330)의 단계(1342)). 사용자의 생리학적 신호(들)를 결정하기 위해 하나 이상의 알고리즘이 적용될 수 있다(프로세스(1330)의 단계(1352)).
도 13c는 본 발명의 예에 따른, 움직임 검출을 위한 가속도계를 포함하는 PPG 시스템의 동작을 예시하는 예시적인 프로세스를 도시한다. 제1 광 방출기는 제1 광 센서를 향해 광을 방출할 수 있다(프로세스(1360)의 단계(1362)). 제1 광 센서는 제1 광 방출기로부터의 반사를 나타내는 제1 신호를 생성할 수 있다(프로세스(1360)의 단계(1364)). 가속도계는 사용자의 움직임을 검출할 수 있고 가속도 신호를 생성할 수 있다(프로세스(1360)의 단계(1366)). 제어기는 사용자가 움직이고 있는지 여부를 결정할 수 있다(프로세스(1360)의 단계(1368)). 사용자가 움직이고 있는 경우, 제2 광 방출기는 제2 광 센서를 향해 광을 방출할 수 있다(프로세스(1360)의 단계(1370)). 제2 광 센서는 반사 광을 검출할 수 있고 제2 신호를 생성할 수 있다(프로세스(1330)의 단계(1372)). 일부 예에서, 제2 광 센서는 가속도계가 사용자 이동을 검출할 때까지 비활성 상태로 유지될 수 있다. 제1 신호는 제2 신호를 사용하여 보정 또는 조정될 수 있다(프로세스(1330)의 단계(1374)). 제어기는 사용자의 생리학적 신호(들)를 결정하기 위해 하나 이상의 알고리즘을 적용할 수 있다(프로세스(1330)의 단계(1376)).
도 13d는 본 발명의 예에 따른, PPG 시스템의 동작을 예시하는 예시적인 프로세스를 도시한다. 가속도계는 사용자 움직임을 검출할 수 있다(프로세스(1380)의 단계(1382)). 사용자 움직임이 검출되는 경우, 제1 광 방출기가 제1 광 센서를 향해 광을 방출할 수 있다(프로세스(1380)의 단계(1384)). 제1 광 센서는 제1 광 방출기로부터의 반사를 나타내는 제1 신호를 생성할 수 있다(프로세스(1380)의 단계(1386)). 제2 광 방출기는 제2 광 센서를 향해 광을 방출할 수 있다(프로세스(1380)의 단계(1388)). 제2 광 센서는 제2 광 방출기로부터의 반사를 나타내는 제2 신호를 생성할 수 있다(프로세스(1380)의 단계(1390)). 제1 신호는 제2 신호를 사용하여 보정 또는 조정될 수 있다(프로세스(1380)의 단계(1392)). 사용자 움직임이 검출되지 않은 경우, 제3 광 방출기가 제1 광 센서를 향해 광을 방출할 수 있다(프로세스(1380)의 단계(1394)). 제1 광 센서는 제3 광 방출기로부터의 반사를 나타내는 제3 신호를 생성할 수 있다(프로세스(1380)의 단계(1396)). 제어기는 사용자의 생리학적 신호(들)를 결정하기 위해 하나 이상의 알고리즘을 적용할 수 있다(프로세스(1380)의 단계(1398)).
도 14는 본 발명의 예에 따른, 사용자의 생리학적 상태와 연관된 신호를 측정하기 위한 광 방출기 및 광 센서를 포함하는 컴퓨팅 시스템의 예시적인 블록도를 도시한다. 컴퓨팅 시스템(1400)은 도 1a 내지 도 1c에 도시된 컴퓨팅 디바이스들 중 임의의 것에 대응할 수 있다. 컴퓨팅 시스템(1400)은, 명령어를 실행하고 컴퓨팅 시스템(1400)과 연관된 동작들을 수행하도록 구성된 프로세서(1410)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리로부터 검색된 명령어를 사용하여, 프로세서(1410)는 컴퓨팅 시스템(1400)의 컴포넌트들 사이의 입력 및 출력 데이터의 수신 및 조작을 제어할 수 있다. 프로세서(1410)는 단일-칩 프로세서일 수 있거나, 다수의 컴포넌트들로 구현될 수 있다.
일부 예에서, 프로세서(1410)는 운영 체제와 함께 컴퓨터 코드를 실행하도록 그리고 데이터를 생성 및 사용하도록 동작할 수 있다. 컴퓨터 코드 및 데이터는 프로세서(1410)에 동작식으로 결합될 수 있는 프로그램 저장 블록(1402) 내에 존재할 수 있다. 프로그램 저장 블록(1402)은 대체적으로 컴퓨팅 시스템(1400)에 의해 사용되고 있는 데이터를 유지하기 위한 장소를 제공할 수 있다. 프로그램 저장 블록(1402)은 임의의 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체일 수 있고, 예를 들어 PPG 신호에 관한 이력 및/또는 패턴 데이터를 그리고 광 센서(1404)와 같은 하나 이상의 광 센서에 의해 측정된 관류 인덱스(perfusion index) 값을 저장할 수 있다. 예로서, 프로그램 저장 블록(1402)은 판독 전용 메모리(ROM)(1418), 랜덤 액세스 메모리(RAM)(1422), 하드 디스크 드라이브(1408) 등을 포함할 수 있다. 컴퓨터 코드 및 데이터는 또한 탈착가능한 저장 매체 상에 존재할 수 있고, 필요한 경우 컴퓨팅 시스템(1400) 상에 로딩 또는 설치될 수 있다. 탈착가능한 저장 매체는, 예를 들어, CD-ROM, DVD-ROM, USB(Universal Serial Bus), SD(Secure Digital), CF(Compact Flash), 메모리 스틱, MMC(Multi-Media Card) 및 네트워크 컴포넌트를 포함한다.
컴퓨팅 시스템(1400)은 또한 프로세서(1410)에 동작식으로 결합될 수 있는 입력/출력(I/O) 제어기(1412)를 포함할 수 있거나, 이는 도시된 바와 같이 별개의 컴포넌트일 수 있다. I/O 제어기(1412)는 하나 이상의 I/O 디바이스와의 상호작용을 제어하도록 구성될 수 있다. I/O 제어기(1412)는 프로세서(1410)와 프로세서(1410)와 통신하기를 원하는 I/O 디바이스 사이에서 데이터를 교환함으로써 동작할 수 있다. I/O 디바이스 및 I/O 제어기(1412)는 데이터 링크를 통해 통신할 수 있다. 데이터 링크는 일방향 링크 또는 양방향 링크일 수 있다. 일부 경우에서, I/O 디바이스는 무선 접속을 통해 I/O 제어기(1412)에 접속될 수 있다. 예로서, 데이터 링크는 PS/2, USB, 파이어와이어(Firewire), IR, RF, 블루투스 등에 대응할 수 있다.
컴퓨팅 시스템(1400)은 프로세서(1410)에 동작식으로 결합될 수 있는 디스플레이 디바이스(1424)를 포함할 수 있다. 디스플레이 디바이스(1424)는 별개의 컴포넌트(주변 디바이스)일 수 있거나, 프로세서(1410) 및 프로그램 저장 블록(1402)과 통합되어 데스크톱 컴퓨터(예컨대, 올인원 기계), 랩톱, 핸드헬드 또는 태블릿 컴퓨팅 디바이스 등을 형성할 수 있다. 디스플레이 디바이스(1424)는, 가능하다면 포인터(pointer) 또는 커서를 포함하는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI) 및 다른 정보를 사용자에게 디스플레이하도록 구성될 수 있다. 예로서, 디스플레이 디바이스(1424)는 액정 디스플레이(LCD), 전계발광 디스플레이(ELD), 전계 방출 디스플레이(FED), 발광 다이오드 디스플레이(LED), 유기 발광 다이오드 디스플레이(OLED) 등을 포함하는 임의의 유형의 디스플레이일 수 있다.
디스플레이 디바이스(1424)는 프로세서(1410)에 결합될 수 있는 디스플레이 제어기(1426)에 결합될 수 있다. 프로세서(1410)는 원시 데이터(raw data)를 디스플레이 제어기(1426)로 전송할 수 있고, 디스플레이 제어기(1426)는 신호를 디스플레이 디바이스(1424)로 전송할 수 있다. 데이터는 이미지를 투사하기 위해 디스플레이 디바이스(1424) 내의 복수의 픽셀에 대한 전압 레벨을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 프로세서(1410)는 원시 데이터를 프로세싱하도록 구성될 수 있다.
컴퓨팅 시스템(1400)은 또한 프로세서(1410)에 동작식으로 결합될 수 있는 터치 스크린(1430)을 포함할 수 있다. 터치 스크린(1430)은 감지 디바이스(1432)와 디스플레이 디바이스(1424)의 조합일 수 있는데, 여기서 감지 디바이스(1432)는 디스플레이 디바이스(1424)의 전방에 위치되거나 디스플레이 디바이스(1424)와 통합된 투명 패널일 수 있다. 일부 경우에서, 터치 스크린(1430)은 터치, 및 그의 표면 상의 터치의 위치 및 크기를 인식할 수 있다. 터치 스크린(1430)은 터치를 프로세서(1410)에 리포트할 수 있고, 프로세서(1410)는 그의 프로그래밍에 따라 터치를 해석할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(1410)는 탭(tap) 및 이벤트 제스처 파싱(event gesture parsing)을 수행할 수 있고, 특정 터치에 따라 디바이스의 웨이크(wake) 또는 하나 이상의 컴포넌트들에 대한 전력공급을 개시할 수 있다.
터치 스크린(1430)은, 터치 스크린(1430)으로부터 데이터를 획득할 수 있고 획득된 데이터를 프로세서(1410)에 공급할 수 있는 터치 제어기(1440)에 결합될 수 있다. 일부 경우에서, 터치 제어기(1440)는 원시 데이터를 프로세서(1410)에 전송하도록 구성될 수 있고, 프로세서(1410)는 원시 데이터를 프로세싱할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(1410)는 터치 제어기(1440)로부터 데이터를 수신할 수 있고, 데이터를 어떻게 해석할지를 결정할 수 있다. 데이터는 터치의 좌표 및 가해지는 압력을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 터치 제어기(1440)는 원시 데이터 자체를 프로세싱하도록 구성될 수 있다. 즉, 터치 제어기(1440)는 감지 디바이스(1432) 상에 위치된 감지 지점(1434)으로부터 신호를 판독할 수 있고, 프로세서(1410)가 이해할 수 있는 데이터로 신호를 변환할 수 있다.
터치 제어기(1440)는 마이크로제어기(1442)와 같은 하나 이상의 마이크로제어기를 포함할 수 있으며, 그의 각각은 하나 이상의 감지 지점(1434)을 모니터링할 수 있다. 마이크로제어기(1442)는, 예를 들어, 감지 디바이스(1432)로부터의 신호를 모니터링하고 모니터링된 신호를 프로세싱하고 이러한 정보를 프로세서(1410)에 리포트하기 위해 펌웨어와 함께 동작하는 주문형 집적 회로(ASIC)에 대응할 수 있다.
디스플레이 제어기(1426) 및 터치 제어기(1440) 중 하나 또는 둘 모두는 필터링 및/또는 변환 프로세스를 수행할 수 있다. 필터링 프로세스는 프로세서(1410)가 중복되거나 필수적이지 않은 데이터로 과부하되는 것을 방지하기 위해 비지 데이터 스트림(busy data stream)을 감소시키도록 구현될 수 있다. 변환 프로세스는 원시 데이터를 프로세서(1410)로 전송하거나 리포트하기 전에 원시 데이터를 조정하도록 구현될 수 있다.
일부 예에서, 감지 디바이스(1432)는 커패시턴스에 기초할 수 있다. 2개의 전기 전도성 부재가 실제로 터치하지 않고서 서로 가까이 갈 때, 그들의 전기장은 커패시턴스를 형성하도록 상호작용할 수 있다. 제1 전기 전도성 부재는 감지 지점(1434)들 중 하나 이상일 수 있고, 제2 전기 전도성 부재는 손가락과 같은 물체(1490) 일 수 있다. 물체(1490)가 터치 스크린(1430)의 표면에 접근함에 따라, 물체(1490)와 물체(1490)에 가까이 근접한 하나 이상의 감지 지점(1434) 사이에 커패시턴스가 형성될 수 있다. 감지 지점(1434)들의 각각에서 커패시턴스의 변화를 검출하고 감지 지점(1434)들의 위치를 인식함으로써, 터치 제어기(1440)는 다수의 물체를 인식할 수 있고, 물체(1490)의 위치, 압력, 방향, 속도 및 가속도를, 그가 터치 스크린(1430)을 가로질러 이동함에 따라, 결정할 수 있다. 예를 들어, 터치 제어기(1440)는 감지된 터치가 표면을 덮는 물체, 손가락, 또는 탭인지 여부를 결정할 수 있다.
감지 디바이스(1432)는 자기-커패시턴스(self-capacitance) 또는 상호 커패시턴스(mutual capacitance)에 기초할 수 있다. 자기-커패시턴스에서, 감지 지점(1434)의 각각은 개별적으로 충전된 전극에 의해 제공될 수 있다. 물체(1490)가 터치 스크린(1430)의 표면에 접근함에 따라, 물체는 물체(1490)에 가까이 근접한 그러한 전극에 용량 결합될 수 있고, 그에 의해 전극으로부터 전하를 빼낼 수 있다. 각각의 전극에서의 전하의 양은 하나 이상의 물체가 터치 스크린(1430)을 터치하거나 또는 그 위에 머물러 있을 때 하나 이상의 물체의 위치를 결정하기 위해 터치 제어기(1440)에 의해 측정될 수 있다. 상호 커패시턴스에서, 감지 디바이스(1432)는 공간적으로 분리된 라인들 또는 와이어들(도시되지 않음)의 2층 그리드(grid)를 포함할 수 있지만, 다른 구성이 가능하다. 상부 층이 라인을 행으로 포함할 수 있는 한편, 하부 층은 라인을 (예컨대, 직교하는) 열로 포함할 수 있다. 감지 지점(1434)은 행과 열의 교차점에 제공될 수 있다. 동작 동안, 행은 충전될 수 있고, 전하는 행으로부터 열로 용량 결합될 수 있다. 물체(1490)가 터치 스크린(1430)의 표면에 접근함에 따라, 물체(1490)는 물체(1490)에 가까이 근접한 행에 용량 결합될 수 있고, 그에 의해 행과 열 사이의 전하 결합을 감소시킬 수 있다. 각각의 열에서의 전하의 양은 다수의 물체가 터치 스크린(1430)을 터치할 때 다수의 물체의 위치를 결정하기 위해 터치 제어기(1440)에 의해 측정될 수 있다.
컴퓨팅 시스템(1400)은 또한 광 방출기(1406)와 같은 하나 이상의 광 방출기 및 사용자의 피부(1420)에 근접한 광 센서(1404)와 같은 하나 이상의 광 센서를 포함할 수 있다. 광 방출기(1406)는 광을 생성하도록 구성될 수 있고, 광 센서(1404)는 사용자의 피부(1420), 혈관구조, 및/또는 혈액에 의해 반사되거나 흡수된 광을 측정하도록 구성될 수 있다. 디바이스(1400)는 광 방출기-광 센서의 복수의 세트를 포함할 수 있다. 광 방출기-광 센서의 세트들 중 적어도 하나는 박동성 혈액을 측정하도록 구성될 수 있고, 광 방출기-광 센서의 세트들 중 적어도 하나는 비-박동성 혈액을 측정하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, 디바이스(1400)는 가속도계(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 광 센서(1404)는 측정된 원시 데이터를 프로세서(1410)에 전송할 수 있고, 프로세서(1410)는 PPG 신호 및/또는 관류 인덱스를 결정하기 위해 노이즈 및/또는 아티팩트 소거를 수행할 수 있다. 프로세서(1410)는 광 방출기 및/또는 광 센서를 동적으로 활성화시킬 수 있고, 응용예, 사용자 피부 유형, 및 사용 조건에 기초하여 개구부 특성을 동적으로 재구성할 수 있다. 일부 예에서, 예를 들어, 일부 광 방출기 및/또는 광 센서가 활성화될 수 있는 한편, 다른 광 방출기 및/또는 광 센서는 전력을 보존하기 위해 비활성화될 수 있다. 일부 예에서, 프로세서(1410)는 이력 추적을 위해 또는 향후의 진단 목적을 위해 ROM(1418) 또는 RAM(1422)에 원시 데이터 및/또는 프로세싱된 정보를 저장할 수 있다.
일부 예에서, 광 센서는 광 정보를 측정할 수 있고, 프로세서는 반사 광 또는 흡수 광으로부터 PPG 신호 및/또는 관류 인덱스를 결정할 수 있다. 광 정보의 프로세싱은 또한 디바이스 상에서 수행될 수 있다. 일부 예에서, 광 정보의 프로세싱은 디바이스 자체 상에서 수행될 필요는 없다. 도 15는 본 발명의 예에 따른, 전자 디바이스가 호스트에 연결된 예시적인 구성을 도시한다. 호스트(1510)는, 도 1a 내지 도 1c에 도시된 시스템 또는 서버 중 임의의 것을 포함하지만 이로 제한되지 않는 디바이스(1500) 외부의 임의의 디바이스일 수 있다. 디바이스(1500)는 통신 링크(1520)를 통해 호스트(1510)에 접속될 수 있다. 통신 링크(1520)는 무선 접속부 및 유선 접속부를 포함하지만 이로 제한되지 않는 임의의 접속부일 수 있다. 예시적인 무선 접속부는 Wi-Fi, 블루투스, 무선 다이렉트(Wireless Direct) 및 적외선(Infrared)을 포함한다. 예시적인 유선 접속부는 USB, 파이어와이어, 선더볼트(Thunderbolt), 또는 물리적 케이블을 필요로 하는 임의의 접속부를 포함한다.
동작 시, 디바이스(1500) 자체 상에서 광 센서로부터의 광 정보를 프로세싱하는 대신에, 디바이스(1500)는 광 센서로부터 측정된 원시 데이터(1530)를 통신 링크(1520)를 통해 호스트(1510)로 전송할 수 있다. 호스트(1510)는 원시 데이터(1530)를 수신할 수 있고, 호스트(1510)는 광 정보를 프로세싱할 수 있다. 광 정보의 프로세싱은 아티팩트로 인한 어떠한 노이즈도 소거 또는 감소시키는 것, 및 사용자의 심박수와 같은 생리학적 신호를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 호스트(1510)는 PPG 신호 및 관류 인덱스에 영향을 미치는 사용자의 특징들의 차이를 처리하기 위해 알고리즘 또는 교정 절차를 포함할 수 있다. 추가로, 호스트(1510)는 진단 목적으로 PPG 신호 및 관류 인덱스 이력을 추적하기 위한 저장소 또는 메모리를 포함할 수 있다. 호스트(1510)는 프로세싱된 결과(1540) 또는 관련 정보를 디바이스(1500)로 다시 전송할 수 있다. 프로세싱된 결과(1540)에 기초하여, 디바이스(1500)는 사용자에게 통지할 수 있거나 그에 따라 그의 동작을 조정할 수 있다. 광 정보의 프로세싱 및/또는 저장을 오프로딩(offloading)함으로써, 디바이스(1500)는 공간 및 전력을 절약할 수 있어서 디바이스(1500)가 소형이고 휴대용으로 유지하는 것을 가능하게 할 수 있는데, 이는 그렇지 않으면 프로세싱 로직에 필요할 수 있는 공간이 디바이스 상에 마련될 수 있기 때문이다.
전자 디바이스가 개시된다. 전자 디바이스는, 제1 광을 생성하도록 구성된 하나 이상의 제1 광 방출기; 제1 광의 반사를 검출하도록 구성되고 제1 광의 반사를 나타내는 제1 신호를 생성하도록 구성된 하나 이상의 제1 광 센서 - 제1 신호는 비-박동성 혈액 정보를 포함함 -; 및 하나 이상의 제1 광 센서에 결합된 로직을 포함할 수 있고, 로직은 제1 신호를 수신하도록 그리고 제1 신호로부터 생리학적 신호의 적어도 일부분을 결정하도록 구성된다. 추가로 또는 대안으로, 일부 예에서, 디바이스는 제2 광의 반사를 검출하도록 구성되고 제2 광의 반사를 나타내는 제2 신호를 생성하도록 구성된 하나 이상의 제2 광 센서를 추가로 포함하고, 제2 광은 하나 이상의 제1 광 방출기에 의해 생성되고 제2 신호는 박동성 혈액 정보를 포함하고, 로직은 하나 이상의 제2 광 센서에 추가로 결합되고, 제2 신호를 수신하도록 그리고 생리학적 신호의 결정 시에 제2 신호를 포함하도록 추가로 구성될 수 있다. 추가로 또는 대안으로, 일부 예에서, 하나 이상의 제1 광 방출기, 하나 이상의 제1 광 센서, 및 하나 이상의 제2 광 센서는 공통 광학 축을 따라서 위치된다. 추가로 또는 대안으로, 일부 예에서, 디바이스는 제2 광을 생성하도록 구성된 하나 이상의 제2 광 방출기를 추가로 포함하고, 하나 이상의 제1 광 센서는 제2 광의 반사를 나타내는 제2 신호를 생성하도록 추가로 구성되고, 제2 신호는 박동성 혈액 정보를 포함하고, 로직은 제2 신호를 수신하도록 그리고 생리학적 신호의 결정 시에 제2 신호를 포함하도록 추가로 구성된다. 추가로 또는 대안으로, 일부 예에서, 하나 이상의 제1 광 방출기, 하나 이상의 제1 광 센서, 및 하나 이상의 제2 광 방출기는 공통 광학 축을 따라서 위치된다. 추가로 또는 대안으로, 일부 예에서, 디바이스는 제2 광을 생성하도록 구성된 하나 이상의 제2 광 방출기; 및 제2 광의 반사를 검출하도록 구성되고 제2 광의 반사를 나타내는 제2 신호를 생성하도록 구성된 하나 이상의 제2 광 센서를 추가로 포함하고, 제2 신호는 박동성 혈액 정보를 포함하고, 로직은 하나 이상의 제2 광 센서에 추가로 결합되고, 제2 신호를 수신하도록 그리고 생리학적 신호의 결정 시에 제2 신호를 포함하도록 추가로 구성된다. 추가로 또는 대안으로, 일부 예에서, 하나 이상의 제2 광 방출기 및 하나 이상의 제2 광 센서는 상이한 공동 내에 위치된다. 추가로 또는 대안으로, 일부 예에서, 제2 광은 570 내지 750 nm의 파장을 갖는 광을 포함한다. 추가로 또는 대안으로, 일부 예에서, 제2 광은 495 내지 570 nm의 파장을 갖는 광을 포함한다. 추가로 또는 대안으로, 일부 예에서, 제1 광과 제2 광은 교차한다. 추가로 또는 대안으로, 일부 예에서, 디바이스는 제3 광을 생성하도록 구성된 하나 이상의 제3 광 방출기를 추가로 포함하고, 하나 이상의 제2 광 센서는 추가로 제3 광의 반사를 검출하도록 구성되고 제3 광의 반사를 나타내는 제3 신호를 생성하도록 구성되며, 제3 신호는 박동성 혈액 정보를 포함하고, 로직은 제3 신호를 수신하도록 그리고 생리학적 신호의 결정 시에 제3 신호를 포함하도록 추가로 구성된다. 추가로 또는 대안으로, 일부 예에서, 제1 광은 570 내지 750 nm의 파장을 갖는 광을 포함하고, 제2 광은 495 내지 570 nm의 파장을 갖는 광을 포함하고, 제3 광은 750 내지 1400 nm의 파장을 갖는 광을 포함한다. 추가로 또는 대안으로, 일부 예에서, 하나 이상의 제1 광 방출기 및 하나 이상의 제1 광 센서는 동일한 공동 내에 위치된다. 추가로 또는 대안으로, 일부 예에서, 제1 광은 495 내지 570 nm의 파장을 갖는 광을 포함한다. 추가로 또는 대안으로, 일부 예에서, 하나 이상의 제1 광 방출기 중 적어도 하나는 하나 이상의 제1 광 센서 중 적어도 하나로부터 1 mm 미만으로 이격된다. 추가로 또는 대안으로, 일부 예에서, 디바이스는 하나 이상의 제1 광 방출기 중 적어도 하나를 하나 이상의 제1 광 센서 중 적어도 하나로부터 광학적으로 격리시키도록 구성된 격리부를 추가로 포함한다. 추가로 또는 대안으로, 일부 예에서, 디바이스는 하나 이상의 제1 광 방출기 중 적어도 하나에 광학적으로 결합된 윈도우를 추가로 포함하고, 격리부의 단부는 윈도우의 내부 표면과 접촉하고, 내부 표면은 윈도우의 외부 표면보다 하나 이상의 제1 광 방출기에 더 가깝게 위치된다. 추가로 또는 대안으로, 일부 예에서, 디바이스는 하나 이상의 제1 광 방출기 중 적어도 하나에 광학적으로 결합된 윈도우를 추가로 포함하고, 격리부의 제1 단부는 윈도우의 외부 표면과 접촉하고, 외부 표면은 윈도우의 내부 표면보다 하나 이상의 제1 광 방출기로부터 더 멀리 위치된다. 추가로 또는 대안으로, 일부 예에서, 격리부는 제1 단부와 제2 단부 사이에 배치된 연속 섹션을 포함하고, 제2 단부는 하나 이상의 제1 광 방출기 중 적어도 하나에 근접하게 위치된다. 추가로 또는 대안으로, 일부 예에서, 격리부는 제1 단부와 제3 단부 사이에 배치되는 제1 섹션 - 제3 단부는 윈도우의 내부 표면에 위치됨 -, 및 제3 단부와 제2 단부 사이에 배치되는 제2 섹션 - 제2 단부는 하나 이상의 제1 광 방출기 중 적어도 하나에 근접하게 위치됨 - 을 포함한다. 추가로 또는 대안으로, 일부 예에서, 디바이스는 제2 격리부를 추가로 포함하고, 격리부의 제1 단부는 제2 격리부로부터 멀리 제1 거리만큼 측방향으로 이격되고, 격리부의 제2 단부는 제2 격리부로부터 멀리, 제1 거리와는 상이한 제2 거리만큼 측방향으로 이격된다.
생리학적 신호를 결정하기 위한 방법이 개시된다.
본 방법은 사용자에게 제1 광을 방출하는 단계; 제1 광의 반사를 검출하는 단계; 제1 광의 검출된 반사를 나타내는 제1 신호를 생성하는 단계 - 제1 신호는 비-박동성 혈액 정보를 포함함 -; 사용자에게 제2 광을 방출하는 단계; 제2 광의 반사를 검출하는 단계; 제2 광의 검출된 반사를 나타내는 제2 신호를 생성하는 단계 - 제2 신호는 박동성 혈액 정보를 포함함 -; 제1 신호에 포함된 정보를 보상하기 위해 제2 신호를 조정하는 단계; 및 조정된 제2 신호에 기초하여 생리학적 신호를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 추가로 또는 대안으로, 일부 예에서, 제1 광은 사용자의 제1 부분에 방출되고, 제2 광은 사용자의, 제1 부분과는 상이한 제2 부분에 방출된다. 추가로 또는 대안으로, 일부 예에서, 제1 및 제2 광은 사용자의 제1 부분에 방출된다. 추가로 또는 대안으로, 일부 예에서, 본 방법은 제1 및 제2 신호들에 포함된 하나 이상의 피크를 결정하는 단계; 및 하나 이상의 피크의 하나 이상의 위치를 결정하는 단계를 추가로 포함하고, 제2 신호를 조정하는 단계는 하나 이상의 위치에서 제2 신호를 크기조정하는 단계를 포함한다. 추가로 또는 대안으로, 일부 예에서, 본 방법은 사용자의 가속도를 검출하는 단계; 및 가속도를 나타내는 제3 신호를 생성하는 단계를 추가로 포함하고, 제2 신호를 조정하는 단계는 제3 신호에 포함된 정보를 추가로 포함한다. 추가로 또는 대안으로, 일부 예에서, 본 방법은 사용자의 가속도를 검출하는 단계; 가속도를 나타내는 제3 신호를 생성하는 단계; 및 제3 신호를 임계값과 비교하는 단계를 추가로 포함하고, 제2 광은 제3 신호가 임계값 이상일 때 사용자에게 방출된다.
광 방출기(들) 및 광 센서(들)는 그들의 조명 필드(illumination field)(들) 및 시야(field-of-view)(들)가 디바이스 하우징의 후방 표면으로부터 각각 연장되도록 위치될 수 있다. 일부 변형예에서, 디바이스 하우징의 후방 표면의 적어도 일부분(예컨대, 웨어러블 디바이스의 하측)은 개인에 의해 착용된 경우에 피부와 접촉할 수 있다. 디바이스의 후방 표면은, 디바이스가 개인에 의해 착용된 (예컨대, 손목, 팔, 가슴, 다리 등에 부착된) 경우에 광 방출기(들) 및 광 센서(들)의 조명 필드(들) 및/또는 시야(들) 내에 또는 그 부근에 있는 피부 영역으로부터 떨어진 비-박동성 혈액의 이동을 용이하게 하기 위해, 피부 접촉을 용이하게 하고/하거나 피부에 압력을 인가하도록 선택적으로 크기설정되고 형상화될 수 있는 하나 이상의 돌출부 또는 상승된 영역을 포함할 수 있다 비-박동성 혈류가 박동성 혈액 측정에서의 움직임 아티팩트의 유의한 원인일 수 있기 때문에, 이 영역에서 비-박동성 혈액의 유동을 감소시킴으로써 이는 박동성 혈액의 광학적 측정을 개선하는 것을 도울 수 있다.
일부 변형예에서, 돌출부는 디바이스가 개인에 의해 착용된 경우에 압력을 피부에 인가하는 하나 이상의 곡선 또는 윤곽을 가질 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 돌출부는 볼록하고/하거나, 오목하고/하거나, 일부 영역에서 볼록하고 다른 영역에서 오목할 수 있는 하나 이상의 곡선 또는 윤곽을 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 하나 이상의 돌출부의 볼록한 영역은 광 방출기(들) 및/또는 광 센서(들)의 광 경로 위에 배치될 수 있다. 다른 변형예에서, 하나 이상의 돌출부의 오목한 영역은 광 방출기(들) 및/또는 광 센서(들)의 광 경로 위에 배치될 수 있다. 하나 이상의 돌출부는 투명 및/또는 불투명 영역들을 포함할 수 있다. 광 방출기(들) 및 광 센서(들)의 조명 필드 및/또는 시야(즉, 광학 경로 또는 광 경로) 내에 위치되는 돌출부(들)의 영역은 투명하거나 반투명할 수 있는 한편, 돌출부의 다른 영역은 불투명할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 돌출부가 광 방출기(들) 및/또는 광 센서(들)의 광학 경로 내에 배치될 수 있다. 후방 표면(즉, 디바이스의 하측)은 광 방출기(들) 및/또는 광 센서(들)의 조명 필드 및/또는 시야와 정렬되는 하우징 내의 개구 또는 윈도우, 및 개구 위에 또는 그 내에 배치되는 광학적으로 투명한 커버 구조물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광 방출기(들) 및/또는 광 센서(들)가 내부에 존재하는 공동은 개구 또는 윈도우를 포함할 수 있다. 커버 구조물은 하우징 표면에 대해 동일 높이에 있을 수 있거나, 또는 오목하거나 볼록할 수 있다. 일부 변형예에서, 돌출부는 볼록한 커버 구조물을 포함할 수 있다. 일부 돌출부 또는 커버 구조물은 돌출부의 두께를 통해 연장되는 본 명세서에 기술된 바와 같은 광학 장벽 또는 격리부를 포함할 수 있다. 격리부는 장벽의 일 측으로부터의 광이 장벽의 타 측으로부터의 광과 간섭하는 것을 방해 또는 방지할 수 있다. 일부 변형예에서, 격리부는 공동 내부로부터 그리고 돌출부의 두께를 통해 연속적으로 연장될 수 있다. 격리부는 공동 및 돌출부를 통해 연장되는 단일 컴포넌트일 수 있거나, 함께 연결되는 하나 이상의 격리부 세그먼트로 구성될 수 있다. 격리부는 방출기 또는 검출기의 광학 경로에 대략 평행할 수 있다. 공동의 광학 개구 또는 윈도우의 크기 및 형상은 광 방출기(들) 및/또는 광 센서(들)의 조명 필드 및/또는 시야의 크기 및 형상에 대응할 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 광학 개구 또는 윈도우의 직경은 약 1 mm 내지 약 20 mm, 예를 들어 약 3 mm, 약 4 mm, 약 5 mm, 약 6 mm, 약 8 mm, 약 10 mm, 약 12 mm, 약 15 mm 등, 예를 들어 약 5.4 mm, 약 6.4 mm로 다양할 수 있다.
손목 착용형 디바이스의 일부 변형예는, 광 방출기(들) 및/또는 광 센서(들)가 내부에 배치되는 하나 이상의 공동의 광학 개구(들) 또는 윈도우(들)를 둘러싸고/거나 적어도 부분적으로 둘러싸고/거나 에워싸는 돌출부를 포함하는 하우징을 가질 수 있다. 돌출부는 광 방출기(들) 및/또는 광 센서(들)의 광학 경로 내에 위치되지 않을 수 있다. 디바이스의 하나 이상의 공동의 하나 이상의 광학 개구를 적어도 부분적으로 둘러싸는 돌출부의 하나의 변형예가 도 16a 및 도 16b에 도시되어 있다. 도 16a는 손목착용 디바이스(예컨대, 도 1a 내지 도 1c에 도시된 디바이스들 중 임의의 것)의 후방 표면(1600), 및 디바이스의 공동의 광학 개구(1604)를 적어도 부분적으로 둘러싸는 돌출부(1602)를 도시한다. 하나 이상의 광학 컴포넌트들(예컨대, 광 방출기(들), 광 센서(들), 또는 이들의 조합)이 디바이스의 하우징 내에 위치되고, 대응하는 공동의 광학 개구(1604)와 정렬될 수 있다. 투명 또는 반투명 커버 구조물이 광학 개구 또는 공동의 각각의 위에 또는 그 내에 배치될 수 있다. 돌출부(1602)는 개방 또는 폐쇄 링일 수 있는 링 형상일 수 있다. 또 다른 변형예에서, 돌출부는 아크 형상일 수 있다. 돌출부(1602)에 의해 둘러싸인 하측 또는 후방 표면(1600)의 둘러싸인 영역(1606)은 도 16b에 도시된 바와 같이 볼록 곡률을 가질 수 있거나, 오목 곡률을 가질 수 있다. 또 다른 변형예에서, 둘러싸인 영역(1606)은 어떠한 곡선도 갖지 않을 수 있고, 실질적으로 평탄할 수 있다. 도 16a에 도시된 바와 같이, 돌출부(1602)는 광학 개구(1604) 및 대응하는 공동 모두를 둘러쌀 수 있지만, 돌출부(1602)가 개구 및 대응하는 공동의 서브세트를 둘러쌀 수 있는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 일부 디바이스는 공동의 제1 세트를 둘러싸는 제1 돌출부 및 공동의 제2 세트를 둘러싸는 제2 돌출부를 포함할 수 있다. 디바이스는, 임의의 공동을 둘러싸거나 에워싸지 않을 수 있지만 디바이스의 하우징의 길이 또는 폭에 걸쳐 있을 수 있는 둘 이상의 돌출부를 포함할 수 있다. 도 16b는 개인의 피부(1608)에 부착될 때 링 형상의 돌출부(1602)를 갖는 후방 표면(1600)의 측면도를 도시한다. 본 예에서, 돌출부(1602)는 광학 윈도우(1604) 둘레의 링에 집중되는 압력을 인가할 수 있다. 즉, 돌출부(1602) 아래의 피부 영역은 영역(1606) 또는 광학 개구(1604) 아래의 피부 영역보다 더 많이 변위될 (즉, 더 큰 수준의 압력을 받게 할) 수 있다. 광학 개구 및/또는 대응하는 공동을 둘러싸는 돌출부는, 광학 개구 및/또는 대응하는 공동 바로 아래에 위치된 피부와 비교하여 더 큰 수준의 압력을 광학 개구 및/또는 대응하는 공동을 둘러싸는 피부가 받게 할 수 있다. 전술된 바와 같이, 각각의 광학 개구(1604)에 대응하는 각각의 공동 내에 배치되는 광학 컴포넌트는 전술된 바와 같이 하나 이상의 광 방출기, 하나 이상의 광 센서, 또는 하나 이상의 광 방출기와 하나 이상의 광 센서의 조합을 포함할 수 있다. 커버 구조물은 각각 공동으로부터 그리고 커버 구조물의 두께를 통해 연장되는 격리부를 포함할 수 있다.
일부 변형예에서, 디바이스의 하측 또는 후방 표면은 하우징의 표면으로부터 연장되는 상승된 영역을 포함하는 돌출부를 포함할 수 있다. 광 방출기(들) 및/또는 광 센서(들)가 내부에 위치되는 공동들 및 그들의 대응하는 광학 개구들이 돌출부 상에 위치될 수 있다. 예를 들어, 돌출부는 하우징의 표면으로부터 연장되는 평탄역(plateau)을 형성할 수 있고, 광학 개구 및/또는 대응하는 공동은 평탄역의 표면 상에 위치될 수 있다. 평탄역은 후방 표면의 면적의 상당 부분에 걸쳐 또는 그를 가로질러 연장될 수 있다(예를 들어, 평탄역의 표면적이 전체 후방 표면의 표면적의 약 30%, 또는 약 40%, 또는 약 50% 또는 약 60% 이상일 수 있음). 예를 들어, 평탄역의 표면적은 하측 또는 후방 표면의 표면적과 대략 동일할 수 있거나(예를 들어, 전체 후방 표면을 덮음), 평탄역의 표면적은 후방 표면의 표면적보다 약 20% 미만, 약 30% 미만, 약 40%, 약 50% 미만일 수 있다. 후방 표면으로부터 그리고 그를 가로질러 연장되는 돌출부 또는 상승된 영역을 포함하는 후방 표면을 갖는 디바이스의 하나의 변형예가 도 17a 및 도 17b에 도시되어 있다. 하측 또는 후방 표면(1700)은 후방 표면(1700)의 다른 영역(1706)에 대해 상승된 표면을 포함하는 돌출부(1702)를 포함할 수 있다. 디바이스는 돌출부(1702)의 상승된 표면 상에 위치된 4개의 공동에 대응하는 4개의 광학 개구(1704)를 포함할 수 있다. 피부와 접촉하는 돌출부(1702)의 표면은 평탄(즉, 어떠한 곡선도 없음)할 수 있거나, 또는 도 17a 및 도 17b에 도시된 바와 같이 볼록 곡선을 가질 수 있다. 광학 개구(1704) 위에 또는 내에 배치된 커버 구조물은 돌출부(1702)의 표면과 동일 높이에 있을 수 있거나, 돌출부(1702)의 표면으로부터 훨씬 더 멀리 돌출될 수 있다. 도 17b는 개인의 피부(1708)에 부착될 때의 후방 표면(1700)의 측면도를 도시한다. 돌출부(1702)와 접촉하는 피부 영역은, 도 17b에 화살표로 개략적으로 나타낸 바와 같이, 후방 표면(1700)의 상승되지 않은 영역(1706)과 접촉하는 피부와 비교하여 더 큰 수준의 압력을 받을 수 있다. 즉, 광학 개구 바로 아래의 그리고 그 부근의 피부 영역은 증가된 압력 수준을 받을 수 있다. 돌출부(1702)가 원형 형상을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 돌출부는 임의의 형상(예컨대, 타원형, 난형, 직사각형 등)을 가질 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 다른 변형예에서, 후방 표면은 광학 개구와 함께 위치되는 둘 이상의 상승된 영역 또는 돌출부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 후방 표면은 공동 및/또는 대응하는 광학 개구의 제1 서브세트를 포함하는 후방 표면의 일부분들 위에서 연장되는 제1 반원형 돌출부, 및 공동 및/또는 대응하는 광학 개구의 제2 서브세트를 포함하는 후방 표면의 일부분들 위에서 연장되는 제2 반원형 돌출부를 포함할 수 있다. 전술된 바와 같이, 각각의 광학 개구(1704)에 대응하는 각각의 공동 내에 배치되는 광학 컴포넌트는 전술된 바와 같이 하나 이상의 광 방출기, 하나 이상의 광 센서, 또는 하나 이상의 광 방출기와 하나 이상의 광 센서의 조합을 포함할 수 있다. 커버 구조물은 각각 공동으로부터 그리고 커버 구조물의 두께를 통해 연장되는 격리부를 포함할 수 있다.
일부 변형예에서, 웨어러블 디바이스의 후방 표면은 전술되고 도 17a 및 도 17b에 도시된 돌출부(들)와 유사할 수 있지만, 돌출부(들)는 공동의 광학 개구 또는 윈도우가 내부에 위치될 수 있는 하나 이상의 리세스된 영역을 포함할 수 있다. 각각의 광학 윈도우 위에 배치된 커버 구조물의 표면은 커버 구조물 표면이 돌출부의 표면과 동일 평면이 아니거나 그를 넘어서 연장되지도 않도록 각각의 리세스 내에 설정될 수 있다. 하나의 변형예가 도 18a에 도시되어 있다. 거기에 도시된 바와 같이, 웨어러블 디바이스의 후방 표면(1800)은 각각이 광학 개구 또는 윈도우(1804) 위에 위치되는 리세스(즉, 리세스된 영역)(1803)를 포함하는 돌출부(1802)를 포함할 수 있다. 즉, 광 방출기(들) 및/또는 광 센서(들)가 내부에 위치되는 공동은 그 자체가 돌출부의 리세스 내에 위치될 수 있다. 각각의 광학 개구 위에 위치된 커버 구조물의 높이는 각각의 리세스(1803)의 깊이를 초과하지 않을 수 있다. 도 18c는 개인의 피부(1808)와 접촉할 때의 후방 표면(1800)의 측면도를 도시한다. 리세스된 영역(1803)들 또는 광학 윈도우(1804)들 사이의 또는 리세스된 영역 외부의 (예를 들어, 돌출부(1802)의 외부 에지 또는 주연부의 둘레 또는 그 근처의) 돌출부(1802)의 영역(1805)과 접촉하는 피부 영역은, 리세스된 영역(1803) 및/또는 광학 개구(1804)의 커버 구조물과 접촉하는 피부 영역과 비교하여 더 높은 수준의 압력을 받을 수 있다. 예를 들어, 증가된 압력 수준을 받을 수 있는 피부 영역은 도 18c에 화살표로 나타나 있다. 돌출부(1802)의 표면적은 도 18a에 도시된 바와 같이 후방 표면(1800)의 표면적과 유사할 수 있거나, 도 18b에 도시된 바와 같이 후방 표면(1810)의 표면적보다 작을 수 있다. 거기에 도시된 바와 같이, 돌출부(1812)는 전술된 바와 같이 광학 개구 또는 윈도우(1814) 위에 배치된 리세스(1813)를 포함할 수 있다. 돌출부(1812)의 표면적은 후방 표면(1810)의 표면적보다 약 20% 미만, 약 30% 미만, 약 40%, 약 50% 미만일 수 있다. 돌출부(1812)를 둘러싸는 후방 표면의 영역(1816)과 접촉하거나 돌출부(1812)의 리세스된 영역(1813)과 접촉하는 피부 영역은 돌출부(1812)와 접촉하는 피부 영역과 비교하여 감소된 수준의 압력을 받을 수 있다. 전술된 바와 같이, 각각의 광학 개구(1804, 1814)에 대응하는 공동 내에 배치되는 광학 컴포넌트는 하나 이상의 광 방출기, 하나 이상의 광 센서, 또는 하나 이상의 광 방출기와 하나 이상의 광 센서의 조합을 포함할 수 있다. 커버 구조물은 각각 공동으로부터 그리고 커버 구조물의 두께를 통해 연장되는 격리부를 포함할 수 있다.
일부 변형예에서, 웨어러블 디바이스의 하측 또는 후방 표면은 광 방출기(들) 및/또는 광 센서(들)의 광학 경로 내에 배치되는 돌출부를 포함할 수 있다. 그러한 변형예에서, 돌출부는 광학적으로 투명하거나 반투명할 수 있다. 예를 들어, 웨어러블 디바이스의 후방 표면은 대응하는 광학 개구를 각각 갖는 하나 이상의 공동 및 각각의 광학 개구 위에 위치된 돌출부를 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 각각의 광학 개구 위에 배치되는 커버 구조물은 그 자체가, 광 방출기(들) 및/또는 검출기(들)의 광학 경로 아래에 위치된 피부 영역 상에 직접 더 높은 압력의 집중된 영역을 적용하는 돌출부일 수 있다. 다시 말하면, 증가된 수준의 압력을 받을 수 있는 피부 영역(들)은, (예를 들어, 도 18c에 도시된 바와 같이, 방출기 및/또는 검출기의 조명 필드(들) 및/또는 시야(들) 사이에 위치된 피부에 증가된 압력의 집중된 영역을 적용하는 돌출부와는 대조적으로) 하나 이상의 광 방출기의 조명 필드(들) 및/또는 하나 이상의 광 센서의 시야(들)와 공동-국소화될 수 있다. 광 방출기(들) 및/또는 광 센서(들)의 광학 경로(들) 내에 배치된 돌출부를 포함하는 하측 또는 후방 표면을 갖는 디바이스의 하나의 변형예가 도 19a 및 도 19b에 도시되어 있다. 후방 표면(1900)은 하나 이상의 광학 개구 또는 윈도우(1904), 및 대응하는 공동의 각각의 광학 개구(1904) 위에 배치된 볼록한 커버 구조물 또는 돌출부(1902)를 포함할 수 있다. 돌출부(1902)는 아크릴, 유리 등과 같은 광학적으로 투명하거나 반투명한 재료를 포함할 수 있다. 도 19b는 디바이스가 개인에 의해 착용되고 후방 표면이 개인의 피부(1908)에 맞대어 위치될 때의 후방 표면(1900)의 측면도를 도시한다. 거기에 도시된 바와 같이, (도 19b에서 화살표로 개략적으로 나타내는) 돌출부(1902) 아래에 위치된 피부 영역은 후방 표면(1900)의 돌출되지 않은 부분(1906) 아래에 위치된 피부 영역에 비해 증가된 수준의 압력을 받을 수 있다. 돌출부(1902)의 곡률 반경은 돌출부의 표면을 가로질러 일관될 수 있거나(즉, 돌출부의 곡률이 구의 곡률에 근사함), 또는 변할 수 있다(즉, 돌출부의 곡률이 난형체(ovoid)의 곡률과 유사할 수 있음). 전술된 바와 같이, 각각의 광학 개구(1904)에 대응하는 각각의 공동 내에 배치되는 광학 컴포넌트는 전술된 바와 같이 하나 이상의 광 방출기, 하나 이상의 광 센서, 또는 하나 이상의 광 방출기와 하나 이상의 광 센서의 조합을 포함할 수 있다. 커버 구조물은 각각 공동으로부터 그리고 커버 구조물의 두께를 통해 연장되는 격리부를 포함할 수 있다.
웨어러블 디바이스의 후방 표면의 하나 이상의 돌출부의 높이 및/또는 곡률은, 개인의 피부 내의 원하는 접촉 및/또는 압력 프로파일을 달성하는 데 바람직할 수 있는 바와 같이 변할 수 있다. 도 20은 도 19a 및 도 19b에 도시된 돌출부와 유사한 돌출부의 다양한 돌출부 표면 기하학적 형상의 예를 도시한다(그러나, 그러한 크기 및 기하학적 형상은 전술된 돌출부 및/또는 광학 윈도우 커버 구조물 중 임의의 것에 적용가능할 수 있음). 도 20은 공동(2006)의 광학 개구 또는 윈도우(2004) 위에 위치된 돌출부(2002)를 포함하는 웨어러블 디바이스의 하측 또는 후방 표면(2000)을 도시한다. 일부 변형예에서, 돌출부는 광학 개구 위에 배치된 커버 구조물을 포함할 수 있다. 돌출부(2002)는 높이(2003)가 약 0.3 mm 내지 약 2 mm, 예를 들어, 약 0.5 mm, 또는 약 0.9 mm, 약 1.1 mm, 약 1.3 mm 등일 수 있다. 돌출부(2002)의 곡률 반경은 약 2.5 mm 내지 약 8.5 mm, 예를 들어, 약 3.23 mm, 약 3.43 mm, 약 4.25 mm, 약 4.47 mm, 약 6.5 mm, 약 7.47 mm 등일 수 있다. 돌출부(2002)의 베이스의 폭(2005)은 광학 개구(2004)의 폭에 걸쳐 있을 수 있거나, 광학 개구의 폭보다 작을 수 있다. 일부 변형예에서, 폭(2005)은 약 3 mm 내지 약 10 mm, 예를 들어, 약 3.5 mm, 약 4.6 mm, 약 5.4 mm, 약 6 mm, 약 7.3 mm, 약 8.8 mm 등일 수 있다.
일부 변형예에서, 커버 구조물 및/또는 돌출부는 프레넬 렌즈 또는 유사한 광학 컴포넌트를 포함할 수 있다. 웨어러블 디바이스는 여러 광학 컴포넌트들 및 연관된 배선을 포함할 수 있기 때문에, 컴포넌트를 가리고 내부 컴포넌트가 사용자의 눈에 대해 가시적이게 하는 것을 방지하는 것이 바람직할 수 있다. 내부 컴포넌트를 가리는 것에 더하여, 광 방출기로부터 방출된 광은 광의 세기가 영향을 받지 않도록 그의 광 출력, 수집 효율, 빔 형상, 및 수집 영역을 유지하는 것이 바람직할 수 있다. 내부 컴포넌트를 가리기 위해, 프레넬 렌즈와 같은 하나 이상의 렌즈가 돌출부 내에, 그리고/또는 돌출부와 커버 구조물 사이에, 그리고/또는 커버 구조물 내에, 그리고/또는 하우징 재료의 두께 내에, 그리고/또는 하우징 아래에 (예컨대, 하우징에 의해 둘러싸인 부피 내에) 위치될 수 있다. 예를 들어, 프레넬 렌즈(2102)가 도 21a에 도시된 바와 같이, 공동(2110) 내에 위치되는 광 방출기(2106)와 돌출부(2100) 사이에 위치될 수 있다. 이러한 변형예에서, 프레넬 렌즈(2102)는 공동(2110)의 광학 개구(2104) 위에 위치될 수 있는데, 즉 디바이스 하우징(2103)의 표면(2101)으로부터 연장될 수 있다. 프레넬 렌즈(707)는 2개의 영역, 즉 광학 중심(2109) 및 장식용 구역(2111)을 가질 수 있다. 광학 중심(2109)은 방출된 광을 더 작은 빔 크기로 시준하기 위해 광 방출기(2106)와 실질적으로 동일한 영역 또는 위치에 배치될 수 있다. 장식용 구역(2111)은 광학 중심(2109)의 외측 영역에 위치될 수 있다. 장식용 구역(2111)은 하부의 내부 컴포넌트를 가리는 것을 도울 수 있는 리지(ridge)를 포함할 수 있다. 선택적으로, 광 방출기(2106)와 동일한 공동(2110) 내에 배치된 광 센서(2108)가 광학 중심을 갖거나 갖지 않을 수 있는 동일한 또는 상이한 프레넬 렌즈에 의해 덮일 수 있다(즉, 대면적 광 센서가, 광 필드의 형상화를 필요로 하지 않을 수 있고 광학 중심을 갖는 프레넬 렌즈를 필요로 하지 않을 수 있고 대신에 장식용 구역을 위해 구성된 리지를 포함하는 하나 이상의 영역을 갖는 프레넬 렌즈를 사용할 수 있는 대면적 광다이오드일 수 있음). 프레넬 렌즈(2102)의 리지 형상은, 특히 장식용 구역에서, 가림(obscuration)을 용이하게 하는 것을 돕도록 변할 수 있다. 예를 들어, 깊고 예리한 톱니 패턴이 가림에 대한 높은 요구를 위해 사용될 수 있다. 다른 유형의 리지 형상은 둥근 원통형 리지, 비대칭 형상, 및 파형 형상(즉, 구불구불한 리지)을 포함할 수 있다. 프레넬 렌즈(2102)는 광 시준을 위해 추가로 또는 대안으로 사용될 수 있다. 광을 시준함으로써, 광학 신호 효율이 개선될 수 있다. 렌즈 또는 유사한 시준 광학 요소가 없으면, 방출기 광은 광 센서로부터 멀어지는 각도로 지향될 수 있고 손실될 수 있다. 추가로 또는 대안으로, 광은 광 센서를 향하는 각도로 지향될 수 있지만, 그 각도는 얕을 수 있다. 프레넬 렌즈(2102)는 광을, 달리 손실될 수 있거나 얕은 각도로 조직 내로 들어갈 수 있는 방향으로 방향전환시킬 수 있다. 그러한 방향전환된 광은 손실되는 대신에 수집될 수 있고/있거나 비-신호 기생 광을 방지할 수 있어서, 개선된 광학 신호 효율을 가져올 수 있다. 일부 예에서, 확산제가 프레넬 렌즈에 대안으로 또는 추가로 사용될 수 있다. 확산제는 광 방출기의 하나 이상의 컴포넌트를 둘러싸고/싸거나, 터치하고/하거나 덮는 것일 수 있다. 일부 예에서, 확산제는 다이 또는 컴포넌트 및/또는 와이어 본드를 봉지하는 수지 또는 에폭시일 수 있다. 확산제는 광 방출기로부터 방출되는 광의 각도를 조정하는 데 사용될 수 있다. 방출되는 광의 빔을 좁게 함으로써, 렌즈 및/또는 윈도우에 의해 더 많은 광이 수집되어 광 센서에 의해 더 많은 양의 검출된 광을 야기할 수 있다.
도 21b에 도시된 다른 변형예에서, 프레넬 렌즈(2122)가 돌출부(2120)와 공동(2130) 내에 위치되는 광 방출기(2126) 사이에 위치될 수 있다. 이러한 변형예에서, 프레넬 렌즈(2122)는 공동(2130)의 광학 개구(2124) 내에, 즉 디바이스 하우징(2123)의 두께 내에 위치될 수 있다. 선택적으로 공동(2130) 내에 광 센서(2128)가 있을 수 있다. 프레넬 렌즈(2122)는 전술된 특징들 중 임의의 것을 가질 수 있고, 광 방출기(2126) 및/또는 광 센서(2128) 중 어느 하나 위에 위치된 광학 중심을 갖거나 갖지 않을 수 있다(도 21b의 변형예는 광학 중심을 갖지 않는 프레넬 렌즈를 사용함).
위에서 나타낸 바와 같이, 돌출부의 일부 변형예는 돌출부의 전체 두께를 통해 연장되는 격리부를 포함할 수 있는데, 여기서 격리부는 돌출부의 일 측 상의 광학 컴포넌트의 광 경로를 타 측으로부터 분리시키도록 구성된다. 격리부는 공동 내부로부터, 공동을 통해, 그리고 돌출부의 두께를 통해 연장될 수 있다. 도 22a는 공동(2206)의 광학 개구(2204) 위에 배치된 돌출부(2202)를 포함하는 웨어러블 디바이스의 하측 또는 후방 표면(2200)의 하나의 변형예를 도시하는데, 여기서 돌출부(2202)는 돌출부의 두께를 통해 연장되는 격리부 또는 광학 장벽(2203)을 포함한다. 이러한 예에서, 격리부(2203)는 공동(2206) 내부로부터 돌출부(2202)로 그리고 그를 통해 연장된다. 격리부(2203)가 공동의 베이스에 실질적으로 수직인 것으로 도시되어 있지만, 격리부(2203)는 공동의 베이스에 대해 일정 각도로 있을 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 제1 광학 컴포넌트(2208)(예컨대, 광 방출기 또는 광 센서)가 공동의 일 측 상에 위치되고, 제2 광학 컴포넌트(2210)(예컨대, 광 센서 또는 광 방출기)가 공동의 타 측 상에 위치되어, 격리부(2203)가 돌출부 및 공동 내의 이들 제1 및 제2 광학 컴포넌트들의 광 경로들을 분리시키게 할 수 있다. 격리부(2203)는 이전에 기술된 격리부 변형예들 중 임의의 것과 유사할 수 있다. 도 22b는 공동(2226)의 광학 개구(2224) 위에 배치된 돌출부(2222)를 포함하는 웨어러블 디바이스의 하측 또는 후방 표면(2220)의 다른 변형예를 도시하는데, 여기서 돌출부(2222)는 돌출부의 두께를 통해 연장되는 격리부 또는 광학 장벽(2223)을 포함한다. 이러한 변형예에서, 프레넬 렌즈 조립체(2225)는 (예컨대, 하우징의 두께의 일부로서 그리고/또는 하우징에 의해 둘러싸인 부피 내에 위치되는) 광학 개구 및/또는 공동(2226) 내에 위치될 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 프레넬 렌즈 조립체가 전술된 바와 같이 돌출부(2222) 내에 위치될 수 있다. 프레넬 렌즈 조립체(2225)는, 각각이 격리부(2223)의 일 측에 결합되는 제1 프레넬 렌즈 및 제2 프레넬 렌즈를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 프레넬 렌즈들은 격리부(2223)에 부착되는 2개의 별개의 그리고/또는 독립적인 프레넬 렌즈로서 제조될 수 있다. 대안으로, 제1 및 제2 프레넬 렌즈들은 단일 프레넬 렌즈로서 제조될 수 있고, 이어서 2개의 컴포넌트로 절단되고 격리부(2223)에 부착될 수 있다. 프레넬 렌즈 조립체의 하나 이상의 프레넬 렌즈는 전술된 렌즈 특징들 중 임의의 것을 가질 수 있다.
웨어러블 디바이스의 일부 변형예에서, 동일한 공동 내에 둘 이상의 광 방출기가 있을 수 있고, 하나 이상의 프레넬 렌즈가 돌출부와 광 방출기 사이에 배치될 수 있다. 프레넬 렌즈는 공동 내의 각각의 광 방출기에 대한 하나의 광학 중심을 포함할 수 있다. 도 22c는 공동(2234) 내에 위치된 3개의 광 방출기(2232a, 2232b, 2232c), 및 광 방출기(2232a, 2232b, 2232c)와 공동(2234)의 개구 위에 위치된 커버 구조물 및/또는 돌출부(2238) 사이에 배치된 프레넬 렌즈(2236)를 포함하는 웨어러블 디바이스(2230)를 도시한다. 본 예에서, 광 방출기들의 동일한 공동 내에 배치된 광 센서(2240), 및 광 센서와 광 방출기들 사이에 광학 장벽을 제공하는 격리부(2242)가 있을 수 있다. 광 방출기(2232a, 2232b, 2232c)는 동일 선상으로 배열될 수 있거나, 임의의 패턴으로 서로에 대해 오프셋될 수 있다. 일부 변형예에서, 특정 파장의 광 방출기가 다른 광 방출기보다 광 센서에 더 가깝게 위치될 수 있다. 예를 들어, 적색 및/또는 적외선 광 방출기가 녹색 광 방출기보다 광 센서에 더 가까이 근접하게 있을 수 있다. 도 22d는 도 22d의 디바이스의 공동(2234)의 평면도이다. 프레넬 렌즈(2236)는 대응하는 광 방출기(2232a, 2232b, 2232c) 위에 각각 위치되는 (예컨대, 그와 정렬되는) 3개의 광학 중심(2237a, 2237b, 2237c)을 포함할 수 있다. 디바이스의 하측 위에서 볼 때의 리지 패턴은 3개 세트의 동심형 링, 또는 나선, 또는 복수의 동심형 및/또는 병합된 원호를 갖는 것으로 보일 수 있다. 일부 변형예에서, 광 방출기가 동일 선상으로 배열되지 않은 경우에, 프레넬 렌즈의 광학 중심들은 서로에 대해 오프셋될 수 있다. 대안으로, 프레넬 렌즈는 어떠한 광학 중심도 광 방출기들(및/또는 광 센서들) 중 임의의 것 위에 위치되지 않을 수 있다. 도 22e는 도 22d의 것과 유사한 웨어러블 디바이스의 공동의 일례를 도시하지만, 여기서 프레넬 렌즈는 광 방출기 위에 위치된 (예컨대, 그와 정렬된) 광학 중심을 갖지 않는다. 디바이스의 하측 위에서 볼 때의 프레넬 렌즈(2250)의 리지 패턴은 원호 형상의 에지를 갖는 것으로 보일 수 있다. 일부 변형예에서, 어떠한 광학 중심도 없는 프레넬 렌즈가 복수의 동심형 반원, 부분 절두형 원(예컨대, 1개, 2개, 3개, 4개 또는 그 이상의 절두형 측부를 가짐), 동심형 원호 등의 외형을 가질 수 있다. 리지 패턴 형상, 크기, 에지 밀도 등은, 바람직할 수 있는 바와 같이, 도 22c 및 도 22d에 도시된 것들로부터 변할 수 있다.
임의의 개수, 크기, 형상/기하학적 형상 등의 전술된 돌출부가 바람직할 수 있는 바와 같이 본 명세서에 기술된 디바이스들 중 임의의 것에 적용될 수 있다.
상기에 논의된 바와 같이, 노이즈 보정은 (예를 들어, 녹색 광 방출기를 포함하는) PPG 채널에 의해 측정된 신호를 보정 또는 조정하기 위해 (예를 들어, 적색 또는 적외선 광 방출기를 포함하는) 노이즈 기준 채널을 사용함으로써 수행될 수 있다. 일부 예에서, 노이즈 기준 채널과 연관된 광학 감쇠 계수는 PPG 채널과 연관된 광학 감쇠 계수보다 작을 수 있다. 그 결과, 광 방출기와 광원 사이의 분리 거리가 동일하더라도, 노이즈 기준으로부터의 광은 PPG 채널로부터의 광과 비교하여 사용자의 조직 내로 더 깊게 가로지를 수 있다. 광이 더 깊게 가로지름에 따라, 노이즈 기준 채널의 사용자의 조직 내의 감지 부피는 PPG 채널의 감지 부피와 상이할 수 있으며, 그에 의해 가능하게는 노이즈 보정의 유효성을 감소시킬 수 있다. 노이즈 보정의 유효성을 향상시키는 한 가지 방법은 PPG 채널을 위한 광 방출기 및 광 센서보다 더 짧은 분리 거리를 갖도록 노이즈 기준 채널을 위한 광 방출기 및 광 센서를 구성하는 것일 수 있다. 일부 경우에, 상이한 분리 거리는 광학 컴포넌트가 디바이스의 배면 상의 더 큰 영역을 점유하게 할 수 있으며, 이는 더 큰 윈도우로 이어질 수 있다.
노이즈 보정의 유효성을 향상시키는 다른 방법은 노이즈 기준 및 PPG 채널들을 공동-국소화하는 것일 수 있다. 도 23a 내지 도 23c는 본 발명의 예에 따른, 노이즈 기준 및 PPG 채널들을 공동-국소화하기 위한 광 방출기의 예시적인 구성의 단면도를 도시한다. 일부 예에서, 도 23a에 예시된 바와 같이, 광 방출기는 상이한 광 방출 각도로 구성될 수 있다. 디바이스(2300)는 광 방출기(2305), 광 방출기(2306), 및 광 센서(2304)를 포함할 수 있다. 광 방출기(2305)와 광 방출기(2306)는, 광 방출기(2306)와 광 센서(2304) 사이의 분리 거리에 대한 광 방출기(2305)와 광 센서(2304) 사이의 분리 거리가 실질적으로 동일할 (예를 들어, 10% 차이 이내일) 수 있도록 공동-국소화될 수 있다. 예를 들어, 광 방출기(2305)는 광 방출기(2306)에 가까이 근접하게 (예를 들어, 1 mm 이하로 떨어져) 위치될 수 있다. 일부 예에서, 광 센서(2304)는 격리부(2319)에 의해 분리된, 광 방출기(2305) 및 광 방출기(2306)와는 상이한 공동 내에 위치될 수 있다. 일부 예에서, 상이한 공동들 내에 위치된 하나 이상의 광 방출기-광 센서 세트는 박동성 혈액량 변화를 측정하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, 동일한 공동 내에 위치된 하나 이상의 광 방출기-광 센서 세트는 (얕은 조직 구조, 깊은 조직 구조, 또는 둘 모두로부터의) 비-박동성 혈액량 변화를 측정하도록 그리고/또는 노이즈 기준 채널로서 역할을 하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 광 방출기(2306) 및 광 센서(2304)를 포함하는 세트는 박동성 혈액량 변화에 감응성이도록 구성될 수 있다. 광 방출기(2305) 및 광 센서(2304)를 포함하는 세트는 (광 방출기(2306) 및 광 센서(2305)를 포함하는 세트보다) 동맥 혈액량 변화에 덜 감응성일 수 있고, 비-박동성 혈액 변화(예컨대, 노이즈)를 나타내는 신호를 생성하도록 구성될 수 있다.
광 방출기(2305)는 광을 피부(2320)를 향해 그리고 광 센서(2304)의 방향으로 방출하도록 구성될 수 있는 한편, 광 방출기(2306)는 광을 2320을 향해 그리고 광 센서(2304)의 방향으로부터 멀어지게 방출하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 광 방출기(2306)에 의해 방출되는 광은 피부(2320) 내로 더 깊이 검사할 수 있고, 광 방출기(2305)에 의해 방출되는 광은 피부(2320) 내로 더 얕게 검사할 수 있다. 침투 깊이는, 예를 들어, 광 방출기(2305) 및 광 방출기(2306)로부터의 광 방출 각도를 상이하게 구성함으로써 달성될 수 있다. 광 방출 각도는 광 방출기(2305) 및 광 방출기(2306) 둘 모두로부터의 광이 동일한 위치(2301)에 입사하고 피부(2320) 내의 동일한 부피의 조직을 침투하도록 구성될 수 있다. 결과적으로, 디바이스(2300)는 다수의 채널 - 다수의 채널은 다수의 채널의 주의 계수(attention coefficient)가 상이하더라도 그리고 감소된 영역 제약(area constraint)을 갖더라도 유사한 광학적 감지 부피를 측정하도록 구성됨 - 을 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, PPG 채널에 포함된 광 방출기(예를 들어, 광 방출기(2306))는 노이즈 기준 채널에 포함된 광 방출기(예를 들어, 광 방출기(2305))보다 광 센서(2304)에 더 가깝게 위치될 수 있다. 제어기(2309)는 신호(2350) 및 신호(2355)를 수신할 수 있고, 사용자의 생리학적 신호를 결정하기 위해 하나 이상의 알고리즘을 적용할 수 있다. 도면이 광 방출기에 의해 방출된 단일 광선을 도시하고 있지만, 본 발명의 예는 광 방출기에 의해 방출된 다수의 광선을 포함할 수 있고; 명료함을 위해 단일 광선이 도시되어 있다.
일부 예에서, 디바이스는 도 23b에 예시된 바와 같이, 상이한 광 방출기의 침투 깊이를 변화시키기 위한 하나 이상의 반사 벽을 포함할 수 있다. 디바이스는 반사 벽(2315)을 포함할 수 있다. 광 방출기(2306)에 의해 방출된 광의 적어도 일부분이 광 센서(2304)를 향해 지향될 수 있고, 반사 벽(2315)에서 반사될 수 있다. 광 방출기(2305)에 의해 방출된 광의 일부분이 광 센서(2304)로부터 멀어지게 지향될 수 있고, 반사 벽(2315)에서 반사될 수 있다. 광선들 둘 모두는 피부(2320) 내의 동일한 위치(2301) 및/또는 동일한 부피의 조직에 입사할 수 있다.
일부 예에서, 디바이스는 도 23c에 예시된 바와 같이, 광 방출기에 의해 방출되는 광의 각도를 변화시키기 위한 하나 이상의 프레넬 렌즈를 포함할 수 있다. 디바이스는 프레넬 렌즈(2322)를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 광 방출기(2305) 및 광 방출기(2306)에 의해 방출되는 광은 프레넬 렌즈(2322)의 표면 상에 동일한 입사각을 포함할 수 있다. 프레넬 렌즈는 광 빔의 입사각을 변화시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프레넬 렌즈(2322)는 방출기(2306)에 의해 방출된 광을 일 방향을 향해 방향전환시킬 수 있고, 광 방출기(2306)에 의해 방출된 광을 다른 방향을 향해 방향전환시킬 수 있다. 일부 예에서, 프레넬 렌즈(2322)를 빠져나가는 광의 각도는 30 내지 60°일 수 있다. 광 방출기(2306)로부터 기인하는 광에 대한 각도는 광 방출기(2305)로부터 기인하는 광과 동일하거나 상이할 수 있다. 광선들 둘 모두는 피부(2320) 내의 동일한 위치(2301) 및/또는 동일한 부피의 조직에 입사할 수 있다.
개시된 예들이 첨부의 도면들을 참조하여 충분히 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 다양한 변경들 및 수정들이 명백할 것이라는 것에 주목하여야 한다. 그러한 변경들 및 수정들은 첨부된 청구항들에 의해 정의되는 바와 같은 개시된 예들의 범주 내에 포함되는 것으로서 이해되어야 한다.
Claims (20)
- 전자 디바이스로서,
제1 광을 생성하도록 구성된 하나 이상의 제1 광 방출기;
상기 제1 광의 반사를 검출하도록 구성되고 상기 제1 광의 반사를 나타내는 제1 신호를 생성하도록 구성된 하나 이상의 제1 광 센서 - 상기 제1 신호는 비-박동성 혈액 정보(non-pulsatile blood information)를 포함함 -; 및
상기 하나 이상의 제1 광 센서에 결합된 로직을 포함하고, 상기 로직은,
상기 제1 신호를 수신하도록, 그리고
상기 제1 신호로부터 생리학적 신호의 적어도 일부분을 결정하도록 구성되는, 전자 디바이스. - 제1항에 있어서,
제2 광의 반사를 검출하도록 구성되고 상기 제2 광의 반사를 나타내는 제2 신호를 생성하도록 구성된 하나 이상의 제2 광 센서를 추가로 포함하고, 상기 제2 광은 상기 하나 이상의 제1 광 방출기에 의해 생성되고 상기 제2 신호는 박동성 혈액 정보를 포함하고,
상기 로직은 상기 하나 이상의 제2 광 센서에 추가로 결합되고,
상기 제2 신호를 수신하도록 그리고 상기 생리학적 신호의 결정 시에 상기 제2 신호를 포함하도록 추가로 구성되는, 전자 디바이스. - 제2항에 있어서, 상기 하나 이상의 제1 광 방출기, 하나 이상의 제1 광 센서, 및 하나 이상의 제2 광 센서는 공통 광학 축을 따라서 위치되는, 전자 디바이스.
- 제1항에 있어서,
제2 광을 생성하도록 구성된 하나 이상의 제2 광 방출기를 추가로 포함하고, 상기 하나 이상의 제1 광 센서는 상기 제2 광의 반사를 나타내는 제2 신호를 생성하도록 추가로 구성되고, 상기 제2 신호는 박동성 혈액 정보를 포함하고,
상기 로직은 상기 제2 신호를 수신하도록 그리고 상기 생리학적 신호의 결정 시에 상기 제2 신호를 포함하도록 추가로 구성되는, 전자 디바이스. - 제1항에 있어서,
제2 광을 생성하도록 구성된 하나 이상의 제2 광 방출기; 및
상기 제2 광의 반사를 검출하도록 구성되고 상기 제2 광의 반사를 나타내는 제2 신호를 생성하도록 구성된 하나 이상의 제2 광 센서를 추가로 포함하고, 상기 제2 신호는 박동성 혈액 정보를 포함하고,
로직은 상기 하나 이상의 제2 광 센서에 추가로 결합되고, 상기 제2 신호를 수신하도록 그리고 상기 생리학적 신호의 결정 시에 상기 제2 신호를 포함하도록 추가로 구성되는, 전자 디바이스. - 제5항에 있어서, 상기 하나 이상의 제2 광 방출기 및 상기 하나 이상의 제2 광 센서는 상이한 공동 내에 위치되는, 전자 디바이스.
- 제5항에 있어서,
제3 광을 생성하도록 구성된 하나 이상의 제3 광 방출기를 추가로 포함하고, 상기 하나 이상의 제2 광 센서는 추가로 상기 제3 광의 반사를 검출하도록 구성되고 상기 제3 광의 반사를 나타내는 제3 신호를 생성하도록 구성되며, 상기 제3 신호는 박동성 혈액 정보를 포함하고,
로직은 상기 제3 신호를 수신하도록 그리고 상기 생리학적 신호의 결정 시에 상기 제3 신호를 포함하도록 추가로 구성되는, 전자 디바이스. - 제5항에 있어서, 상기 제1 광은 570 내지 750 nm의 파장을 갖는 광을 포함하고, 상기 제2 광은 495 내지 570 nm의 파장을 갖는 광을 포함하고, 상기 제3 광은 750 내지 1400 nm의 파장을 갖는 광을 포함하는, 전자 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 제1 광 방출기 중 적어도 하나는 상기 하나 이상의 제1 광 센서 중 적어도 하나로부터 1 mm 미만으로 이격되는, 전자 디바이스.
- 제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 제1 광 방출기 중 적어도 하나를 상기 하나 이상의 제1 광 센서 중 적어도 하나로부터 광학적으로 격리시키도록 구성된 격리부(isolation)를 추가로 포함하는, 전자 디바이스. - 제10항에 있어서,
상기 하나 이상의 제1 광 방출기 중 적어도 하나에 광학적으로 결합된 윈도우를 추가로 포함하고, 상기 격리부의 단부는 상기 윈도우의 내부 표면과 접촉하고, 상기 내부 표면은 상기 윈도우의 외부 표면보다 상기 하나 이상의 제1 광 방출기에 더 가깝게 위치되는, 전자 디바이스. - 제10항에 있어서,
상기 하나 이상의 제1 광 방출기 중 적어도 하나에 광학적으로 결합된 윈도우를 추가로 포함하고, 상기 격리부의 제1 단부는 상기 윈도우의 외부 표면과 접촉하고, 상기 외부 표면은 상기 윈도우의 내부 표면보다 상기 하나 이상의 제1 광 방출기로부터 더 멀리 위치되는, 전자 디바이스. - 제12항에 있어서, 상기 격리부는 상기 제1 단부와 제2 단부 사이에 배치된 연속 섹션을 포함하고, 상기 제2 단부는 상기 하나 이상의 제1 광 방출기 중 상기 적어도 하나에 근접하게 위치되는, 전자 디바이스.
- 제12항에 있어서, 상기 격리부는
상기 제1 단부와 제3 단부 사이에 배치되는 제1 섹션 - 상기 제3 단부는 상기 윈도우의 내부 표면에 위치됨 -, 및
상기 제3 단부와 제2 단부 사이에 배치되는 제2 섹션 - 상기 제2 단부는 상기 하나 이상의 제1 광 방출기 중 상기 적어도 하나에 근접하게 위치됨 - 을 포함하는, 전자 디바이스. - 제10항에 있어서,
제2 격리부를 추가로 포함하고, 상기 격리부의 제1 단부는 상기 제2 격리부로부터 멀리 제1 거리만큼 측방향으로 이격되고, 상기 격리부의 제2 단부는 상기 제2 격리부로부터 멀리, 상기 제1 거리와는 상이한 제2 거리만큼 측방향으로 이격되는, 전자 디바이스. - 생리학적 신호를 결정하기 위한 방법으로서,
사용자에게 제1 광을 방출하는 단계;
상기 제1 광의 반사를 검출하는 단계;
상기 제1 광의 검출된 반사를 나타내는 제1 신호를 생성하는 단계 - 상기 제1 신호는 비-박동성 혈액 정보를 포함함 -;
상기 사용자에게 제2 광을 방출하는 단계;
상기 제2 광의 반사를 검출하는 단계;
상기 제2 광의 검출된 반사를 나타내는 제2 신호를 생성하는 단계 - 상기 제2 신호는 박동성 혈액 정보를 포함함 -;
상기 제1 신호에 포함된 정보를 보상하기 위해 상기 제2 신호를 조정하는 단계; 및
상기 조정된 제2 신호에 기초하여 상기 생리학적 신호를 결정하는 단계를 포함하는, 방법. - 제16항에 있어서, 상기 제1 광은 상기 사용자의 제1 부분에 방출되고, 상기 제2 광은 상기 사용자의, 상기 제1 부분과는 상이한 제2 부분에 방출되는, 방법.
- 제16항에 있어서,
상기 제1 및 제2 신호들에 포함된 하나 이상의 피크를 결정하는 단계; 및
상기 하나 이상의 피크의 하나 이상의 위치를 결정하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 제2 신호를 조정하는 단계는 상기 하나 이상의 위치에서 상기 제2 신호를 크기조정하는(scaling) 단계를 포함하는, 방법. - 제16항에 있어서,
상기 사용자의 가속도를 검출하는 단계; 및
상기 가속도를 나타내는 제3 신호를 생성하는 단계를 추가로 포함하고,
상기 제2 신호를 조정하는 단계는 상기 제3 신호에 포함된 정보를 추가로 포함하는, 방법. - 제16항에 있어서,
상기 사용자의 가속도를 검출하는 단계;
상기 가속도를 나타내는 제3 신호를 생성하는 단계; 및
상기 제3 신호를 임계값과 비교하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 제2 광은 상기 제3 신호가 상기 임계값 이상일 때 상기 사용자에게 방출되는, 방법.
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