KR20190010305A - Optical sensor device with optical structure for noise reduction and electronic device including the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 개시(disclosure)의 다양한 실시 예들은 노이즈를 저감하는 광학구조를 가진 광학 센서 장치 및 이를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.Various embodiments of the disclosure relate to an optical sensor device having an optical structure for reducing noise and an electronic device including the same.
최근 건강에 대한 관심이 높아지면서 휴대용 전자 장치는 신체의 다양한 정보를 검출하여 신체의 건강상태를 확인할 수 있는 기능이 추가되고 있는 추세이다. 사용자는 이러한 휴대용 전자 장치를 이용하여 복잡한 별도의 검출 장치를 사용하지 않고도 간단하고 편리하게 다양한 생체 신호, 예를 들면 심박수, 혈압 등을 측정할 수 있다. 특히 생체정보 측정 기능은 휴대용 전자장치, 예를 들면, 스마트워치 같은 웨어러블(wearable) 장치에 기본으로 탑재될 수 있다. 스마트 워치는 이를 착용한 사용자의 생체 신호를 모니터링하여 건강상태를 실시간으로 파악하고 사용자에게 알릴 수 있다.Recently, as the interest in health has increased, the portable electronic device has a function of detecting various information of the body and checking the health state of the body. The user can easily and conveniently measure various biological signals such as heart rate, blood pressure and the like without using a complicated separate detection device by using such a portable electronic device. Particularly, the biometric information measurement function can be mounted on a portable electronic device, for example, a wearable device such as a smart watch. The smart watch can monitor the vital signs of the wearer and inform the user of the health status in real time.
통상의 휴대용 전자 장치에서, 사용자의 심혈관계 특징을 비침습적(non-invasive)으로 심박을 측정하는 방법으로 심장박동에 동기된 혈류변화를 검출하는 광신호 기반의 맥파형 분석(pulse wave analysis: PWA) 방법이 사용된다 있다. PWA 방법은, 광학 센서를 이용하여 손가락 또는 손목 등의 신체 표면에 적절한 파장의 광을 조사하고, 혈관에서 반사된 광학신호, 예를 들면 광맥파계(Photo-PlethysmoGraph, PPG)의 모양을 분석하여 혈관의 혈류변화에 따라 강약이 측정하는 방법이다.In a conventional portable electronic device, pulse-wave analysis (PWA) based on optical signals, which detects blood flow changes synchronized with the heartbeat, is a method of non-invasively measuring the cardiovascular characteristics of the user, ) Method is used. In the PWA method, light of an appropriate wavelength is irradiated to the surface of a body such as a finger or a wrist using an optical sensor, and the shape of a photo-plethysmoGraph (PPG), for example, And the intensity is measured according to the change in blood flow of the subject.
심박 측정을 위한 광신호 기반의 맥파형 분석을 통한 심박측정의 정확도를 높이기 위해서는 광맥파계가 선명한 파형을 가지는 것이 중요하다. 따라서, 광 검출기가 검출하는 반사광에서 유효한 PPG 신호 이외의 다른 노이즈 를 최소화하는 것이 중요하다.It is important for the vein wave system to have a clear waveform in order to increase the accuracy of the heart rate measurement by analyzing the pulse waveform based on the optical signal for heart rate measurement. Therefore, it is important to minimize noise other than the PPG signal that is effective in the reflected light detected by the photodetector.
본 개시의 다양한 실시 예에 따른 광학 센서 장치는, 사용자의 체표면이 접촉하는 투명 윈도우 표면에서 발생하는 프레넬 로스(Fresnel-loss)로 인한 노이즈를 줄이기 위한 광학 구조를 포함할 수 있다.The optical sensor device according to various embodiments of the present disclosure may include an optical structure for reducing noise due to fresnel-loss occurring on the surface of a transparent window on which a user's body surface contacts.
본 개시의 일 실시 예에 따른 광학 센서 장치는, 상기 광학 센서 장치의 외부를 향하는 제1면 및 제1면에 대향하는 제2면을 포함하는 투명 윈도우; 및 상기 투명 윈도우를 향하여 광을 발산하는 광원, 및 상기 투명 윈도우를 통하여 광을 수신하는 광 검출기를 포함하고 상기 투명 윈도우의 제2면과 일정 간격 이격 배치되는 광학 센서를 포함하고, 상기 투명 윈도우는 상기 제2면의 적어도 일부 영역에서 상기 광학 센서를 향하여 돌출되는 볼록 렌즈를 포함할 수 있다.An optical sensor device according to an embodiment of the present disclosure includes: a transparent window including a first surface facing the outside of the optical sensor device and a second surface facing the first surface; And an optical sensor that includes a light source that emits light toward the transparent window and a light detector that receives light through the transparent window and is spaced apart from the second surface of the transparent window by a predetermined distance, And a convex lens protruding from the at least part of the second surface toward the optical sensor.
본 개시의 일 실시 예에 따르는 전자 장치는, 상기 전자 장치의 외부를 향하는 제1면 및 제1면에 대향하는 제2면을 포함하고 상기 전자 장치의 외부 하우징에 고정 결합하는 투명 윈도우; 상기 투명 윈도우를 향하여 광을 발산하는 광원, 및 상기 투명 윈도우의 상기 제1면에 접촉한 외부 객체에서 반사된 광을 수신하는 광 검출기를 포함하고, 상기 투명 윈도우의 제2면과 일정 간격 이격되도록 상기 전자 장치의 내부 회로 기판에 배치되는 광학 센서; 및 상기 광학 센서를 제어하고, 상기 광학 센서로부터 검출된 신호를 처리하여 상기 외부 객체의 상태 정보를 결정하는 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 상기 투명 윈도우는 상기 제2면의 적어도 일부 영역에서 상기 광학 센서를 향하여 돌출되는 볼록 렌즈를 포함할 수 있다.An electronic device according to one embodiment of the present disclosure includes: a transparent window including a first surface facing outwardly of the electronic device and a second surface facing the first surface and being fixedly coupled to an outer housing of the electronic device; A light source for emitting light toward the transparent window and a photodetector for receiving light reflected from an external object in contact with the first surface of the transparent window, An optical sensor disposed on an internal circuit board of the electronic device; And at least one processor for controlling the optical sensor and processing the signal detected from the optical sensor to determine status information of the external object, And a convex lens protruding toward the sensor.
본 개시의 다양한 실시 예에 따른 광학 센서 장치는, 투명 윈도우의 광학 센서를 향한 면에 배치된 볼록 렌즈가 투명 윈도우의 표면에서 반사되는 반사광의 경로를 변경하여 유효한 광 신호의 저감은 최소화하되 노이즈를 저감시키는 효과를 가질 수 있다. 또한, 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 광학 센서 장치는, 조립 시 공차가 발생하여도 노이즈를 저감할 수 있도록 구성요소들의 최적의 사양을 제공할 수 있다. The optical sensor device according to various embodiments of the present disclosure is characterized in that a convex lens disposed on a surface facing the optical sensor of the transparent window changes the path of reflected light reflected from the surface of the transparent window to minimize the reduction of the effective optical signal, It is possible to have a reducing effect. In addition, the optical sensor device according to various embodiments of the present disclosure can provide an optimum specification of the components so that noise can be reduced even if tolerance occurs during assembly.
도 1은 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 광학 센서 장치의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.
도2a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 광학 센서 장치가 구비된 전자 장치의 후면 사시도이다.
도 2b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 광학 센서 장치가 구비된 웨어러블 장치의 후면 사시도 이다.
도 3a는 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 광학 센서 장치를 전면에서 바라본 분리 사시도이다.
도 3b는 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 광학 센서 장치를 후면에서 바라본 분리 사시도이다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 광학 센서 장치의 단면도이다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 볼록 렌즈가 포함된 광학 센서 장치의 횡-단면도이다.
도 6a 는 투명 윈도우의 구조 및 두께에 따른 광 검출기가 수신하는 PPG 신호의 광량을 나타내는 그래프이다.
도 6b는 투명 윈도우의 두께에 따라 평면 투명 윈도우 대비 다른 구조에 따른 PPG 신호의 광량의 비율을 나타내는 그래프이다.
도 6c 는 투명 윈도우의 구조 및 두께에 따른 광 검출기가 수신하는 노이즈 광량을 나타내는 그래프이다.
도 6b는 투명 윈도우의 두께에 따라 평면 투명 윈도우 대비 다른 구조에 따른 노이즈 광량의 비율을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 볼록 렌즈의 곡률 및 좌우 이동(y-shift)량에 따른 노이즈 비율의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 볼록 렌즈의 곡률 반경 별 투명 윈도우에 대한 돌출량에 따른 노이즈 광량을 도시한 그래프이다.
도 9a 내지 도 9g는 본 개시의 광학 센서 장치의 다양한 광학 구조의 실시 예를 도시한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a structural diagram for explaining the configuration of an optical sensor device according to various embodiments of the present disclosure; Fig.
2A is a rear perspective view of an electronic device with an optical sensor device according to various embodiments of the present disclosure;
Figure 2B is a rear perspective view of a wearable device with an optical sensor device according to various embodiments of the present disclosure.
3A is an exploded perspective view of an optical sensor device according to various embodiments of the present disclosure as viewed from the front.
3B is an exploded perspective view of an optical sensor device according to various embodiments of the present disclosure, as viewed from the rear.
4 is a cross-sectional view of an optical sensor device according to various embodiments of the present disclosure;
5 is a cross-sectional view of an optical sensor device including a convex lens according to various embodiments of the present disclosure;
6A is a graph showing the amount of light of the PPG signal received by the photodetector according to the structure and thickness of the transparent window.
6B is a graph showing the ratio of the amount of light of the PPG signal according to another structure to that of the transparent window according to the thickness of the transparent window.
6C is a graph showing the amount of noise light received by the photodetector according to the structure and thickness of the transparent window.
6B is a graph showing the ratio of the amount of noise light according to another structure to the plane transparent window according to the thickness of the transparent window.
7 is a graph showing changes in the noise ratio according to the curvature and y-shift amount of a convex lens according to various embodiments of the present disclosure.
8 is a graph showing the amount of noise light according to the amount of protrusion of the convex lens according to the radius of curvature of the transparent window according to various embodiments of the present disclosure.
Figures 9A-9G illustrate an embodiment of various optical structures of the optical sensor device of the present disclosure.
이하, 본 개시의 다양한 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 개시를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 개시의 실시 예의 다양한 변경(modification), 균등물(equivalent), 및/또는 대체물(alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.Hereinafter, various embodiments of the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that this disclosure is not intended to limit the present disclosure to the particular embodiments, but includes various modifications, equivalents, and / or alternatives of the embodiments of the present disclosure. In connection with the description of the drawings, like reference numerals may be used for similar components.
본 문서에서, "가진다," "가질 수 있다,""포함한다," 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예:수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.In this document, the expressions "having," " having, "" comprising," or &Quot;, and does not exclude the presence of additional features.
본 문서에서, "A 또는 B,""A 또는/및 B 중 적어도 하나,"또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B," A 및 B 중 적어도 하나,"또는 " A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.In this document, the expressions "A or B," "at least one of A or / and B," or "one or more of A and / or B," etc. may include all possible combinations of the listed items . For example, "A or B," "at least one of A and B," or "at least one of A or B" includes (1) at least one A, (2) at least one B, (3) at least one A and at least one B all together.
다양한 실시 예에서 사용된 "제 1,""제 2,""첫째,"또는"둘째,"등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 상기 표현들은 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 제1사용자 기기와 제2사용자 기기는, 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 사용자 기기를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 개시의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.The terms "first," "second," "first," or "second," etc. used in various embodiments may describe various components in any order and / or importance, Lt; / RTI > The representations may be used to distinguish one component from another. For example, the first user equipment and the second user equipment may represent different user equipment, regardless of order or importance. For example, without departing from the scope of the present disclosure, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may be named as the first component.
어떤 구성요소(예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제 2 구성요소)에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어 ((operatively or communicatively) coupled with/to)" 있다거나, "접속되어 (connected to)" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예:제 3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소 (예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소 (예: 제 2 구성요소)에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다. It is also possible that a component (eg, a first component) is "(operatively or communicatively coupled) / to" another component (eg, a second component) It is to be understood that when an element is referred to as being "connected to ", it is to be understood that the element may be directly connected to the other element or may be connected through another element (e.g., a third element). On the other hand, when it is mentioned that a component (e.g., a first component) is "directly connected" or "directly connected" to another component (e.g., a second component) It can be understood that there is no other component (e.g., a third component) between other components.
본 문서에서 사용된 표현 "~하도록 구성된 (또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라 예를 들면 "~에 적합한 (suitable for)," "하는 능력을 가지는 (having the capacity to)," "하도록 설계된 (designed to)," "하도록 변경된 (adapted to)," "~하도록 만들어진 (made to)," 또는 "~를 할 수 있는(capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성 (또는 설정)된"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된(specifically designed to) 것만 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치" 라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는"것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 A, B, 및 C를 수행하도록 구성(또는 설정)된 중앙처리장치"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 중앙처리장치(예: 임베디드 중앙처리장치), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 중앙처리장치(generic-purpose processor)(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다. As used herein, the phrase " configured to " (or set) to be "configured" in accordance with the context may include, for example, " having for capacity to, To be designed to, "" adapted to, "" made to, "or" capable of ". The term " configured to (or configured) "may not necessarily mean specifically designed to be" specifically designed. "Instead, in some circumstances, the expression" a device configured to " (Or set) to perform the phrases A, B, and C. For example, a central processing unit " configured to perform the phrases A, B, and C " Purpose processor (e.g., a CPU or an application processor) that can perform one or more software programs stored on a dedicated central processing unit (e.g., an embedded central processing unit) ). ≪ / RTI >
본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the scope of the other embodiments. The singular expressions may include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. All terms used herein, including technical or scientific terms, may have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art of the present disclosure. Commonly used predefined terms may be interpreted to have the same or similar meaning as the contextual meanings of the related art and are not to be construed as ideal or overly formal in meaning unless expressly defined in this document . In some cases, the terms defined herein may not be construed to exclude embodiments of the present disclosure.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 전자 장치는 예를 들면 전자 장치는 스마트폰(smartphone), 태블릿 PC(tablet personal computer), 이동 전화기(mobile phone), 화상 전화기, 전자북 리더기(e-book reader), 데스크탑 PC(desktop personal computer), 랩탑 PC(laptop personal computer), 넷북 컴퓨터(netbook computer), 워크스테이션(workstation), 서버, PDA(personal digital assistant), PMP(portable multimedia player), MP3 플레이어, 모바일 의료기기, 카메라(camera), 또는 웨어러블 장치(wearable device)(예: 스마트 워치, 스마트 글래스), 전자 의복, 전자 팔찌, 전자 목걸이, 전자 앱세서리(appcessory), 전자 문신, 스마트 미러, 또는 스마트 와치(smart watch))중 적어도 하나를 포함할 수 있다. An electronic device according to various embodiments of the present disclosure may be, for example, a smartphone, a tablet personal computer, a mobile phone, a videophone, an e-book reader, A desktop personal computer, a laptop personal computer, a netbook computer, a workstation, a server, a personal digital assistant (PDA), a portable multimedia player (PMP) A medical device, a camera, or a wearable device (e.g., a smart watch, a smart glass), an electronic garment, an electronic bracelet, an electronic necklace, an electronic app apparel, an electronic tattoo, (e.g., a smart watch).
어떤 실시 예들에서, 전자 장치는 스마트 가전 제품(smart home appliance)일 수 있다. 스마트 가전 제품은 예를 들면 텔레비전, DVD(digital video disk) 플레이어, 오디오, 냉장고, 에어컨, 청소기, 오븐, 전자레인지, 세탁기, 공기 청정기, 셋톱 박스(set-top box), 홈 오토매이션 컨트롤 패널(home automation control panel), 보안 컨트롤 패널(security control panel), TV 박스(예: 삼성 HomeSync?, 애플TVTM 또는 구글 TVTM, 게임 콘솔 (예:Xbox?, PlayStation™), 전자 사전, 전자 키, 캠코더(camcorder), 또는 전자 액자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In some embodiments, the electronic device may be a smart home appliance. Smart home appliances include, for example, televisions, digital video disk players, audio, refrigerators, air conditioners, vacuum cleaners, ovens, microwaves, washing machines, air cleaners, set- such as home automation control panel, security control panel, TV box, such as Samsung HomeSync, Apple TV TM or Google TV TM , game consoles such as Xbox, PlayStation, , A camcorder, or an electronic frame.
다른 실시 예에서, 전자 장치는, 각종 의료기기(예:각종 휴대용 의료측정기기 (혈당 측정기, 심박 측정기, 혈압 측정기, 또는 체온 측정기 등), MRA(magnetic resonance angiography), MRI(magnetic resonance imaging), CT(computed tomography), 촬영기, 또는 초음파기 등), 네비게이션(navigation) 장치, GPS 수신기(global positioning system receiver), EDR(event data recorder), FDR(flight data recorder), 자동차 인포테인먼트(infotainment) 장치, 선박용 전자 장비(예: 선박용 항법 장치, 자이로 콤파스 등), 항공 전자기기(avionics), 보안 기기, 차량용 헤드 유닛(head unit), 산업용 또는 가정용 로봇, 금융 기관의 ATM(automatic teller's machine), 상점의 POS(point of sales), 또는 사물 인터넷 장치 (internet of things)(예:전구, 각종 센서, 전기 또는 가스 미터기, 스프링클러 장치, 화재경보기, 온도조절기(thermostat), 가로등, 토스터(toaster), 운동기구, 온수탱크, 히터, 보일러 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In an alternative embodiment, the electronic device may be any of a variety of medical devices (e.g., various portable medical measurement devices such as a blood glucose meter, a heart rate meter, a blood pressure meter, or a body temperature meter), magnetic resonance angiography (MRA) A global positioning system receiver, an event data recorder (EDR), a flight data recorder (FDR), an automotive infotainment device, a navigation system, a navigation system, Electronic devices (eg marine navigation devices, gyro compass, etc.), avionics, security devices, head units for vehicles, industrial or home robots, ATMs (automatic teller's machines) point of sale or internet of things such as light bulbs, various sensors, electric or gas meters, sprinkler devices, fire alarms, thermostats, street lights, toasters, A water tank, a heater, a boiler, and the like).
어떤 실시 예에 따르면, 전자 장치는 가구(furniture) 또는 건물/구조물의 일부, 전자 보드(electronic board), 전자 사인 수신 장치(electronic signature receiving device), 프로젝터(projector), 또는 각종 계측 기기(예:수도, 전기, 가스, 또는 전파 계측 기기 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다양한 실시 예에서, 전자 장치는 전술한 다양한 장치들 중 하나 또는 그 이상의 조합일 수 있다. 어떤 실시 예에 따른 전자 장치는 플렉서블 전자 장치일 수 있다. 또한, 본 개시의 실시 예에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않으며, 기술 발전에 따른 새로운 전자 장치를 포함할 수 있다.According to some embodiments, the electronic device is a piece of furniture or a part of a building / structure, an electronic board, an electronic signature receiving device, a projector, Water, electricity, gas, or radio wave measuring instruments, etc.). In various embodiments, the electronic device may be a combination of one or more of the various devices described above. An electronic device according to some embodiments may be a flexible electronic device. Further, the electronic device according to the embodiment of the present disclosure is not limited to the above-described devices, and may include a new electronic device according to technological advancement.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 다양한 실시 예들을 상세히 설명하면 다음과 같다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략될 수 있다. 또한, 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소 될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. Hereinafter, various embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention with reference to the accompanying drawings, the same components are denoted by the same reference numerals regardless of the reference numerals, and a redundant description thereof may be omitted. In addition, for convenience of explanation, components may be exaggerated or reduced in size. For example, the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of explanation, and thus the present invention is not necessarily limited to those shown in the drawings.
또한, 직교좌표계가 사용되는데, x축 방향은 전자 장치의 세로 방향(예: 길이 방향)을 의미하고, y축은 전자 장치의 가로 방향(예: 길이 방향보다 짧은 길이를 가지는 폭 방향)을 의미하며, z축은 전자 장치의 두께 방향을 의미할 수 있다. 다만, x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.In addition, a Cartesian coordinate system is used, where the x axis direction refers to the longitudinal direction (e.g., longitudinal direction) of the electronic device and the y axis refers to the lateral direction (e.g., the width direction with a shorter length than the longitudinal direction) , and the z axis may denote the thickness direction of the electronic device. However, the x-axis, the y-axis, and the z-axis are not limited to three axes on the orthogonal coordinate system, and can be interpreted in a broad sense including the three axes. For example, the x-axis, y-axis, and z-axis may be orthogonal to each other, but may refer to different directions that are not orthogonal to each other.
도 1은 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 광학 센서 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 1 is a view for explaining a configuration of an optical sensor device according to various embodiments of the present disclosure.
도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 광학 센서 장치(100)(예: 생체 정보 측정 장치)는 사용자의 신체로부터 생체 신호들을 측정하고, 측정된 생체 신호들에 기초하여 사용자의 생체 정보를 추정할 수 있다. 예를 들면, 광학 센서 장치(100)는 사용자의 손목 등의 부위에서 생체 신호들을 측정하고, 측정된 생체 신호들에 기초하여 사용자의 심혈관계 정보를 추정할 수 있다. 심혈 관계 정보는 혈관 경화도(arterial stiffness), 혈압(blood pressure), 혈관 나이(arterial age), 심박수(heart rate), 혈중 산소 포화도(oxygen saturation) 등을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면 광학 센서 장치(100)센서는 사용자가 착용할 수 있는 웨어러블 장치(wearable deice)의 형태로 구현되거나 휴대용 전자 장치에 구비될 수 있다. Referring to FIG. 1, an optical sensor device 100 (for example, a biometric information measuring device) according to an embodiment measures biological signals from a user's body, and estimates the user's biometric information based on the measured biometric signals. can do. For example, the
다양한 실시 예에 따르면, 광학 센서 장치(100)는 광학 센서(110), 신호 처리기(120), 제어기(130) 및 통신 인터페이스부(140)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 신호 처리기(120) 및 제어기(130)(예: 적어도 하나의 프로세서)의 동작은 메모리에 저장된 명령어들을 수행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 동작할 수 있다.According to various embodiments, the
다양한 실시 예에 따르면, 광학 센서(110)는 광원(111) 및 광 검출기(112)를 포함할 수 있다. 광원(111)은 특정 주파수에 따라 변조된 광 신호를 인체에 방사할 수 있고, 광 검출기(112)는 인체에 반사된 반사광을 수신하고, 수신한 반사광을 전기적인 신호로 변환할 수 있다. 반사광을 통해 획득되는 전기적인 신호를 "PPG신호"로 지칭될 수 있다. 반사광의 세기 변화의 분석을 통하여 광맥파계(PPG)를 결정할 수 있다. 광원(111)은, 예를 들면, LED(light emitting diode) 및 레이저 다이오드 등의 전기적 광원 또는 형광등 등의 화학적 광원을 포함할 수 있다. 광원(111)으로부터 방사되는 광의 파장은 피부에 침투하기 위한 깊이나 전력 효율 등에 기초하여 다양하게 결정될 수 있다. 광 검출기(112)는, 예를 들면, 포토다이오드(photodiode) 또는 포토 트랜지스터(phototransistor)를 포함할 수 있다.According to various embodiments, the optical sensor 110 may include a
다양한 실시 예에 따르면, 신호 처리기(120)는 광 검출기(112)로부터 제공된 전기적인 신호에 대한 신호 처리를 수행할 수 있다. 신호 처리기(120)는 전처리기(121), 증폭기(122) 및 아날로그-디지털 컨버터(analog-to-digital converter, ADC(123)를 포함할 수 있다. According to various embodiments, the
다양한 실시 예에 따르면, 전처리기(121)는 광 검출기(112)에서 검출된 전기적인 신호, 예를 들면 PPG신호의 성분을 전류 신호에서 전압 신호로 변환하고, 변환된 전압 신호를 필터링함으로써 노이즈를 제거하거나 필요한 신호 영역을 획득할 수 있다. 증폭기(122)는 전처리기(121)로부터 전달된 신호를 증폭할 수 있고, ADC(123)는 증폭기(122)에 의해 증폭된 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다.According to various embodiments, the
다양한 실시 예에 따르면, 제어기(130)는 신호 처리기(120)로부터 제공된 디지털 신호에 기반하여 파형을 측정할 수 있다. 제어기(130)는 파형의 특징점(예: 피크점(peak point), 계곡점(valley point), 기울기의 최대점, 기울기의 최소점 등)들을 추출하고, 추출된 특징점들에 기초하여 생체 정보, 예를 들면, PPG를 측정할 수 있다. According to various embodiments, the
다양한 실시 예에 따르면, 통신 인터페이스부(140)는 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee) 등과 같은 무선 통신 또는 유선 통신을 이용하여 외부 장치(예를 들면, 모바일 장치, 퍼스널 컴퓨터 또는 네트워크)에 데이터를 전송하거나 외부 장치로부터 명령 또는 데이터를 수신할 수 있다. According to various embodiments, the communication interface unit 140 may transmit data to an external device (e.g., a mobile device, a personal computer, or a network) using wireless communication such as Bluetooth, Zigbee, Or receive commands or data from an external device.
다야한 실시 예에 따르면 광학 센서 장치(100)는 사용자 인터페이스부(user interface, UI)를 더 포함할 수 있다. 광학 센서 장치(100)는 사용자 인터페이스부를 통하여 다양한 입력을 받거나 측정된 생체정보를 제공할 수 있다. 예를 들면, 광학 센서 장치(100)는 터치 디스플레이을 포함하고 이를 통하여, 사용자의 정보를 입력 받거나 측정한 생체정보를 표시할 수 있다. According to various embodiments, the
도2a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 광학 센서 장치가 구비된 전자 장치의 후면 사시도이다. 도 2a의 광학 센서 장치(210)는 도 1에 도시된 광학 센서 장치(100)와 적어도 일부 유사하거나, 광학 센서 장치의 다른 실시 예들을 포함할 수 있다.2A is a rear perspective view of an electronic device with an optical sensor device according to various embodiments of the present disclosure; The
도 2a를 참조하면, 전자 장치(220)는 전자 장치(220)의 일면(예: 후면(221))에 배치된 광학 센서 장치(210)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 광학 센서 장치(210)는 전자 장치(220)의 외관에 일부가 노출되는 방식으로 설치되어 사용자의 신체의 일부를 접촉하여 생체 정보를 측정할 수 있다. 예를 들면, 광학 센서 장치(210)는 전자 장치(220)의 외부 하우징에 포함된 개구부를 통하여 노출될 수 있다. 광학 센서 장치(210)는 사용자가 전자 장치(220)를 파지하였을 때, 사용자의 신체의 일부(예를 들면, 검지)가 가장 편안한 상태로 접촉할 수 있는 위치에 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 광학 센서 장치(210)는 전자 장치(220)의 후면(221)에 배치된 다른 전자 부품들(예를 들면, 카메라 장치(222) 및/또는 지문 센서(223))과 인접하여 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 전자 장치(220)는 다른 면(예: 전면)의 적어도 일부 영역에 배치된 터치 디스플레이를 포함할 수 있으며, 터치 디스플레이는 전자 장치(220)의 사용자 인터페이스로서 기능할 수 있다. 2A, the
도 2b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 광학 센서 장치가 구비된 웨어러블 장치의 후면 사시도이다. 도 2b의 광학 센서 장치(210)는 도 1에 도시된 광학 센서 장치(100) 또는 도 2a에 도시된 광학 센서 장치(210)와 적어도 일부 유사하거나, 광학 센서 장치의 다른 실시 예들을 포함할 수 있다.Figure 2B is a rear perspective view of a wearable device with an optical sensor device according to various embodiments of the present disclosure. The
도 2b를 참조하면, 웨어러블 전자 장치(230)는 웨어러블 장치(230)의 일 면(예: 후면(231))에 배치된 광학 센서 장치(210)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면 웨어러블 장치(230)는 사용자의 손목에 착용 가능하게 구성된 스트랩(232)을 포함할 수 있다. 광학 센서 장치(210)는, 사용자가 스트랩(232)을 이용하여 웨어러블 장치(230)를 착용하였을 때, 사용자의 손목에 접촉하여 생체 정보를 측정할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 웨어러블 전자 장치(220)는 다른 면(예: 전면) 의 적어도 일부 영역에 배치된 터치 디스플레이를 포함할 수 있으며, 터치 디스플레이는 전자 장치(220)의 사용자 인터페이스로서 기능할 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 광학 센서 장치(210)는 스트랩(232)의 내측(예: 사용자의 신체와 접촉하는 면)에 배치될 수 있다. 2B, the wearable
도 3a는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 광학 센서 장치를 전면에서 바라본 분리 사시도이다. 도 3b는 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 광학 센서 장치를 후면에서 바라본 분리 사시도이다. 도 3a 및 도 3b의 광학 센서 장치(300)는 도 1에 도시된 광학 센서 장치(100) 또는 도 2a 및 도 2b에 도시된 광학 센서 장치(210)와 적어도 일부 유사하거나, 광학 센서 장치의 실시 예들을 포함할 수 있다. 3A is an exploded perspective view of an optical sensor device according to various embodiments of the present disclosure as viewed from the front. 3B is an exploded perspective view of an optical sensor device according to various embodiments of the present disclosure, as viewed from the rear. The
도 3a을 참고하면, 광학 센서 장치(300)는 광원(311)과 광 검출기(312)가 포함된 광학 센서(310), 광학 센서(310)에 중첩되도록 배치된 투명 윈도우(320) 및 투명 윈도우(320)를 지지하기 위한 센서 하우징(330)(예: 브라켓 또는 장식 부재)를 포함할 수 있다. 3A, the
다양한 실시 예에 따르면, 투명 윈도우(320)는 광학 센서(310)의 광원(311)과 광 검출기(312)를 마주보는 방향에 배치될 수 있다. 광원(311)에서 발산된 광은 투명 윈도우(320)를 투과하여 투명 윈도우(320)의 외면에 접촉된 사용자의 체표면에 전달될 수 있다. 사용자의 체표면에 전달된 광은 피부와 혈관에서 반사되고 다시 투명 윈도우(320)를 투과하여 광 검출기(312)에 입사될 수 있다. 따라서 사용자의 체표면이 접촉되는 투명 윈도우(320)의 적어도 일부 영역은 전자 장치의 외부로 노출되는 다양한 구조와 형태를 가질 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 투명 윈도우(320)는 투광율이 좋은 규소(Si) 계열의 세라믹(Ceramic), 또는 유리(Glass)나, 폴리머(Polymer)계열의 플라스틱(plastic)수지 또는 투명하면서도 높은 강성을 갖는 실리콘(Silicon) 수지, 또는 고무수지의 재질로 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 투명 윈도우(320)는 광학 센서(310)의 광 및/또는 반사광의 적절한 광 경로를 제공하기 위하여 불-투과부(322)(예: 불투명 코팅층(non-transparent coating layer))를 포함할 수 있다. 예를 들면, 투명 윈도우(320)는 상면에 광학 센서(310)의 광원(311)에 수직(z 축)으로 대응하는 위치에 형성된 제1 투과부(321a) 및 광 검출기(312)에 수직으로 대응하는 위치에 형성된 제2 투과부(321b)를 포함할 수 있다. 다시 말하면, 투명 윈도우(320)는 제1, 2 투과부(321a, 321b)를 제외한 영역에 불-투과부(322)를 포함할 수 있다. 불-투과부(322)는 투명 윈도우(320)의 상면 및/또는 배면에 블랙 인쇄층으로 형성될 수 있다. According to various embodiments, the
다양한 실시 예에 따르면, 투명 윈도우(320)는 광학 센서 장치(300) 또는 광학 센서 장치(300)가 실장되는 전자 장치의 외부 하우징(예: 케이스, 프레임 등)에 포함된 개구부를 통하여 적어도 일부 영역이 외부로 노출될 수 있다. 투명 윈도우(320)가 전자 장치의 외관으로서 노출됨에 있어 견고한 지지를 위한 센서 하우징(330)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 센서 하우징(330)은 전자 장치의 외부 하우징과 일체로 형성되거나, 별도로 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 센서 하우징(330)은 전자 장치의 외관상 미려함을 위하여 장식 부재로 활용되거나, 별도의 장식 부재를 더 포함할 수 있다. 다양한 실시 예에 따르면, 센서 하우징(330)은 투명 윈도우(320)의 적어도 일부가 노출 될 수 있도록 개구부(333)를 가지며 개구부(333)의 테두리를 따라 형성된 관 형상의 돌출부(332)를 포함할 수 있다. 개구부(333)는 위에서 바라보았을 때, 광학 센서(310)의 광원(311) 및 광 검출기(312)가 배치된 영역이 모두 중첩되는 크기를 가질 수 있다. 센서 하우징(330)은 돌출부(332)의 외곽을 따라 형성되는 테두리부(331)(또는 플랜지)를 포함할 수 있다. 테두리부(331)는 광학 센서 장치(300)가 장착되는 전자 장치(예를 들면 도2a의 전자 장치(220) 또는 도 2b의 웨어러블 장치(230))의 외부 하우징에 고정결합 할 수 있는 형상으로 형성될 수 있다. 광학 센서 장치(300)가 전자 장치에 실장 될 때, 테두리부(331)는 전자 장치의 외부 하우징에 포함된 개구부를 통해 돌출부의 적어도 일부가 노출 또는 돌출되도록 외부 하우징의 내측에 부착되는 방식으로 결합할 수 있다. 센서 하우징(330)의 돌출부(332)는 전자 장치에 외관으로서 노출되기 때문에 외관이 미려한 형상을 가지거나, 금속 또는 도금된 합성 수지 재질 등의 다양한 재질로 형성될 수 있다. According to various embodiments, the
도 3b를 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 투명 윈도우(320)는 광원(예: 도 3a의 광원(311)) 및 광 검출기(예: 도 3a의 광 검출기(312))를 포함한 광학 센서(310)를 향한 면에 배치되는 볼록 렌즈(323)를 포함할 수 있다. 볼록 렌즈(323)는 광원(311)에서 발산되는 광 및 광 검출기(312)에 수신되는 반사광의 광경로를 변경하여 노이즈광량을 저감시킬 수 있다. 볼록 렌즈(323)의 기능(function), 및 곡률과 돌출량 등의 구체적인 사양(specification)에 대해서는 추후 설명하기로 한다. 3B, a
다양한 실시 예에 따르면, 광학 센서 장치(300)의 각 구성요소는 별개로 조립되거나 또는 하나의 부품으로 모듈화 될 수 있다. 예를 들면, 광학 센서 장치(300)는 광학 센서(310)가 전자 장치의 내부에 배치되는 회로 기판(예: PCB, FPCB 등)에 실장되고, 투명 윈도우(320) 가 외부 하우징의 개구부를 통하여 노출되도록 고정 결합하는 방식으로 전자 장치에 실장 될 수 있다. 다른, 예를 들면, 투명 윈도우(320)는 센서 하우징(330)에 부착되고 센서 하우징(330)이 전자 장치의 외부 하우징에 고정 결합하는 방식으로 전자 장치에 실장 될 수 있다. 또 다른, 예를 들면, 광학 센서(310)와 투명 윈도우(320) 및/또는 센서 하우징(330)이 하나의 모듈로 생산되고 전자 장치에 고정 결합하거나, 외부 장치로서 착탈되는 방식으로 사용 될 수 있다. According to various embodiments, each component of the
도 4a는 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 광학 센서 장치의 횡-단면도이다. 도 4에 도시된 광학 센서 장치(400)는 도 1에 도시된 광학 센서 장치(100), 도2a 및 도 2b에 도시된광학 센서 장치(210) 또는 도 3a에 도시된 광학 센서 장치(300)와 적어도 일부 유사하거나, 광학 센서 장치의 다른 실시 예들을 포함할수 있다. 4A is a cross-sectional view of an optical sensor device according to various embodiments of the present disclosure; The
도 4를 참고하면,, 광학 센서 장치(400)는 광원(411)과 광 검출기(412)가 나란히 배치된 광학 센서(410), 및 광학 센서(410)와 중첩되는 방식으로 접하거나 근접한 위치에 배치되는 투명 윈도우를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 광학 센서(410)의 광원(411)에서 발산된 광은 투명 윈도우(420)를 투과하여 사용자의 체표면, 예를 들면 손가락(430)에 전달될 수 있다. 전달된 광은 손가락(430)의 피부와 혈관에서 반사될 수 있고, 반사된 광이 다시 투명 윈도우(420)를 투과하여 광 검출기(412)에 입사될 수 있다. 투명 윈도우(420)는 소재와 형상에 따라 표면에서 고유 반사율을 가질 수 있다. 이러한 반사율에 의해 광원으로부터 발산된 광은 투명 윈도우(420)를 투과하지 못하고, 투명 윈도우(420)의 내측 표면에 의해 반사되어 광 검출기(412)로 수신됨으로써 노이즈가 될 수 있다. 노이즈는 투명 윈도우(420) 의 표면에서 투명 윈도우(420)의 굴절률과 다른 굴절률을 갖는 소재, 예를 들면, 공기(air)와 만날 때 그 경계에서 반사가 일어나 생성될 수 있다. 다시 말하면 노이즈는 투명 윈도우(420)의 표면에서 발생하는 프레넬 로스(Frensnel-loss)(또는 Return-loss)에 의해 발생할 수 있다. 일반적으로 프레넬 로스는 굴절률의 차이 및/또는 반사율이 커질수록 큰 노이즈가 발생할 수 있다.4, the
도 4a를 참조하면, 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 광학 센서 장치(400)는 광원(411)과 광 검출기(412)가 포함된 광학 센서(410), 및 광학 센서(410)의 상부에 배치되되, 광학 센서(410)를 향한 면에 볼록 렌즈(423)가 위치된 투명 윈도우(420)를 포함할 수 있다. 4A, an
본 개시의 다양한 실시예에 따르면, 광학 센서 장치(400)는 상술한 노이즈의 저감을 위하여 투명 윈도우(420)에 배치되는 볼록 렌즈(423)를 포함할 수 있다. 볼록 렌즈(423)는 투명 윈도우와 일체로 형성되거나 개별 구성요소로써 윈도우의 배면(422)에 부착될 수 있다.일 실시 예에 따르면, 볼록 렌즈(423)는 광원(411)과 광 검출기(412) 사이에서 투명 윈도우(420)의 배면(422)에 배치될 수 있다. 볼록 렌즈(423)는 집광 효과에 의해 노이즈의 광 경로를 변경하여 투명 윈도우(420)의 상 면(421)에 도달하는 광의 반사 면적(S)을 축소시킬 수 있다. 볼록 렌즈(423)의 광 경로 변경은 광 검출기(412)로 되돌아 오는 전체적인 반사광량을 감소시켜 노이즈를 저감시킬 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, the
일반적으로 광학 센서 장치에서 노이즈를 저감시키기 위한 구조로써 노이즈의 광경로 사이에 black block형태의 격벽막 구조를 더 포함시키는 방법을 사용하고 있다. 다만, 실제 측정해야할 유효 반사량까지 차단하는 영향을 주어 광학 센서 장치의 정확도가 감소될 수 있다. 본 개시의 다양한 실시 예에 따르는 투명 윈도우 등의 다양한 구조가 적용된 투명윈도우에서의 구조별 PPG신호 및 노이즈 광량의 비교는 아래의 표 1에서 예시되는 바와 같다.Generally, a structure for reducing noise in an optical sensor device includes a method in which a black block type barrier film structure is further included between optical paths of noise. However, the accuracy of the optical sensor device can be reduced by influencing the effective reflection amount to be actually measured. A comparison of the structure-specific PPG signal and noise amount in a transparent window to which various structures such as a transparent window according to various embodiments of the present disclosure are applied is as illustrated in Table 1 below.
[구조별 PPG신호 및 노이즈광량 비교][Comparison of PPG signal and noise intensity by structure]
도 5는 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 볼록 렌즈가 포함된 광학 센서 장치의 횡-단면도이다. 도 5에 도시된 광학 센서 장치(500)는 도 1의 광학 센서 장치(100), 도2a 및 도 2b에 도시된 광학 센서 장치(210), 도 3a에 도시된 광학 센서 장치(300) 또는 도 4에 도시된 광학 센서 장치(400)와 적어도 일부 유사하거나, 광학 센서 장치의 다른 실시 예들을 포함할수 있다. 5 is a cross-sectional view of an optical sensor device including a convex lens according to various embodiments of the present disclosure; The
도 5를 참조하면, 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 광학 센서 장치(500)는 광원(511) 및 광 검출기(512)를 포함하는 광학 센서(510), 및 광학 센서(510)의 상부에 배치되되, 광학 센서(510)를 향한 하면(522)에 위치한 볼록 렌즈(523)를 포함한 투명 윈도우(520)를 포함할 수 있다.5, an
본 개시의 다양한 실시 예에서 광학 센서 장치(500)에 포함된 구성요소들의 사양은 노이즈를 저감 효율 및 다양한 제품 설계 환경 등에 기초하여 다양하게 결정될 수 있다. 예를 들면, 이러한 구성 요소들의 사양은 투명 윈도우(520)의 두께(T), 볼록 렌즈(523)의 곡률 반경(R), 볼록 렌즈(523)의 중심(CL), 하면(522)로부터 돌출된 볼록 렌즈(523)의 최대 돌출길이(P) 또는 투명 윈도우(520)와 광학 센서(510) 사이의 간격(B)을 포함할 수 있다.The specifications of the components included in the
이하, 광학 센서 장치(500)에서 노이즈를 저감하기 위한 가장 이상적인 구성요소들의 사양을 결정하기 위한 실험들에서 i) 광원(511) 의 중심(CS)과 광 검출기(512)의 중심(CD) 사이의 간격(d)을 3.2 mm, ii) 투명 윈도우(520)와 광학 센서(510) 사이의 간격(B)을 0.4 mm(예: 광원(511)의 중심(CS)과 광 검출기(512)의 중심(CD) 사이의 간격 길이의 1/8배)를 기준 (통제 변인)으로 하여 실험되었다. 간격(B)은 짧을수록 노이즈 발생량이 적으나 조립 시 발생할 수 있는 공차(÷0.2mm)를 고려하여 0.4 mm로 결정되었다. 또한, 볼록 렌즈(523)의 곡률 중심(CL)은 광원(511)의 중심(Cs)과 광 검출기(512)의 중심(CD) 사이의 중심에 위치된 경우를 기준으로 실험되었다.Experiments to determine the specifications of the most ideal components for reducing noise in the
또한, 투명 윈도우의 두께(T) 관하여, 일반적으로 노이즈는 투명 윈도우의 두께(T)가 증가함에 따라 함께 증가하는 경향을 보인다. 따라서 투명 윈도우(520)의 두께는 얇으면 얇을수록 노이즈 저감 측면에서 유리하다. 다만, 투명 윈도우의 두께(T)는, 외부에 노출되도록 설치되는 점, 또는 사용자 신체의 일부와 접촉하는 구성요소로서 일정 강도 이상의 강성을 가져야 하는 점 등의 제약 사항들에 의하여 1 mm 이상의 두께를 가지도록 설계 될 수 있다.Further, with respect to the thickness T of the transparent window, generally, the noise tends to increase together with the increase of the thickness T of the transparent window. Therefore, the thinner the thickness of the transparent window 520, the more advantageous it is in terms of noise reduction. However, the thickness (T) of the transparent window is not limited to a thickness of 1 mm or more due to restrictions such as being installed to be exposed to the outside, or having a rigidity higher than a certain strength, . ≪ / RTI >
도 6a 는 투명 윈도우의 구조 및 두께에 따른 광 검출기가 수신하는 PPG 신호의 광량을 나타내는 그래프이며, 도 6b는 투명 윈도우의 두께에 따라 평면 투명 윈도우 대비 다른 구조에 따른 PPG 신호의 광량의 비율을 나타내는 그래프이다. 또한, 도 6c 는 투명 윈도우의 구조 및 두께에 따른 광 검출기가 수신하는 노이즈의 광량을 나타내는 그래프이며, 도 6d는 투명 윈도우의 두께에 따라 평면 투명 윈도우 대비 다른 구조에 따른 노이즈 광량의 비율을 나타내는 그래프이다. FIG. 6A is a graph showing the amount of light of the PPG signal received by the photodetector according to the structure and thickness of the transparent window, FIG. 6B is a graph showing the ratio of the amount of light of the PPG signal according to another structure, Graph. 6C is a graph showing the amount of noise received by the photodetector according to the structure and thickness of the transparent window, FIG. 6D is a graph showing the ratio of the amount of noise light according to another structure, to be.
도 6a내지 도 6d를 참조하면, 본 개시의 다양한 실시 예에서의 볼록 렌즈(523)를 포함한 투명 윈도우(예: 도 5의 투명윈도우(520))의 구조가, 모든 두께에 있어서, 기존의 평면 윈도우 구조에 비하여, 유효한PPG 신호의 광량은 대략 80%이상의 비율로 수신되고, 노이즈 광량은 대략 60% 이하의 비율로 수신됨을 확인할 수 있다. 또한, 격벽막 구조를 포함하는 윈도우 구조는, 노이즈광량이 볼록 렌즈(523)를 포함한 투명 윈도우(520)에 비하여 더 낮은 비율로 수신되지만, 유효한 PPG 신호의 광량 역시 50%이하로 수신됨을 확인할 수 있다. 즉 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 볼록 렌즈(예: 도 5의 볼록 렌즈(523))를 포함한 투명 윈도우(520)의 구조는 격벽막 구조를 포함한 투명 윈도우에 대비하여, PPG 신호의 광량의 손실은 적으므로 생체 정보 측정에 있어서 높은 정확도를 가질 수 있다. 다시 말하면, 볼록 렌즈(523)를 포함한 투명 윈도우(520)를 구비한 광학 센서 장치(500)가 격벽막 구조를 포함한 투명 윈도우를 구비한 장치에 비하여 성능 면에서 유리하다.6A-6D, the structure of a transparent window (e.g., transparent window 520 of FIG. 5) including a
도 6a 및 도 6b를 참조하여, (예: 도 5의 투명 윈도우(520))의 두께(T)의 적절한 값을 결정할 수 있다. 도 6a를 참조하면, 유효한 PPG 신호의 광량이 투명 윈도우(520)의 두께(T)가 대략2.4mm보다 두꺼워지는 경우 급격하게 저하됨을 확인할 수 있다. 또한, 도 6b를 참조하면 투명 윈도우(520)의 두께(T)가 2.0 mm 를 초과하는 경우, 기존의 평면 투명 윈도우에 대한 유효한 PPG 신호의 광량의 비율이 저하됨을 확인할 수 있다. 따라서, 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 투명 윈도우(520)의 두께(T)는 바람직하게 2.0 mm이하의 값을 가지도록 설계 될 수 있다. 또는, 투명 윈도우(520)의 두께(T)는 광원(511) 및 상기 광 검출기(512)의 각 중심 사이 길이의 5/8 배 이하를 가지도록 설계될 수 있다.Referring to Figures 6A and 6B, an appropriate value of the thickness T of (e.g., the transparent window 520 of Figure 5) may be determined. Referring to FIG. 6A, it can be seen that the light amount of the effective PPG signal sharply decreases when the thickness T of the transparent window 520 becomes thicker than approximately 2.4 mm. 6B, when the thickness T of the transparent window 520 exceeds 2.0 mm, the ratio of the effective amount of the PPG signal to the conventional planar transparent window decreases. Thus, the thickness T of the transparent window 520 according to various embodiments of the present disclosure may be designed to have a value preferably less than or equal to 2.0 mm. Alternatively, the thickness T of the transparent window 520 may be designed to be 5/8 times or less the length between the
도 7은 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 볼록 렌즈의 곡률 및 좌우 이동(y-shift)량에 따른 노이즈 비율의 변화를 나타내는 그래프이다. 7 is a graph showing changes in the noise ratio according to the curvature and y-shift amount of a convex lens according to various embodiments of the present disclosure.
본 개시의 다양한 실시 예에 따른 투명 윈도우(예: 도 5의 투명 윈도우(520))의 곡률 반경(R) 값은 작을수록 굴절효과가 커지고, 커질수록 굴절효과가 작아질 수 있다. 다만, 기존의 평면의 투명 윈도우의 경우 광학 센서에 대하여 좌우(세로방향 또는 도 5의 y방향)으로 이동하더라도 노이즈의 변화가 없지만, 본 개시의 볼록 렌즈(예: 도 5의 볼록 렌즈(523))를 포함한 투명 윈도우(520)의 경우, 좌우로 움직임에 따라, 볼록 렌즈의 중심(CL)이 변경되고 광경로가 변경되어 노이즈의 변화가 발생할 수 있다. 이를 고려하기 위하여 볼록 렌즈의 중심(CL)의 위치가 광원(예: 도 5의 광원(511)) 및 광 검출기(예: 도 5의 광 검출기(512)) 사이의 중심을 0이라고 하고, 곡률 반경(R)의 크기를 변화하면서 노이즈의 크기 변화를 실험 한 결과는 아래의 표 2 및 도 7에서 개시된 바와 같다. (실험에서 투명 윈도우의 두께(T)는 1.5mm, 광학 센서(510)와 투명 윈도우(520)의 사이 간격(B)은 0.4 mm을 기준(통제 변인)으로 하였다. )The smaller the value of the radius of curvature R of the transparent window (e.g., the transparent window 520 of FIG. 5) according to various embodiments of the present disclosure, the greater the refraction effect, and the greater the refraction effect. However, in the case of the conventional planar transparent window, there is no change in noise even when moving in the left and right (longitudinal direction or y direction in FIG. 5) with respect to the optical sensor. However, the convex lens (e.g., the
[곡률 반경(R)의 크기에 따른 중심위치 변경(y-shift)시 노이즈 비교][Noise comparison at the center position change (y-shift) according to the size of the radius of curvature (R)] [
상기 표 2 및 도 7을 참조하면, 볼록 렌즈(523)의 중심(CL)이0에 위치한 경우, 곡률 반경(R)이 작아질수록 노이즈 저감효과가 크지만, 볼록 렌즈의 중심(CL)이 이동됨에 따라 노이즈 저감효과는 급격히 낮아지는 결과를 확인할 수 있다. 예를 들면, 곡률 반경(R)이 1.0 mm인 경우, 중심(CL)이 -0.20 mm 이동되면 오히려 기존의 평면 투명 윈도우 대비 노이즈 광량이 117.6% 수신되어 오히려 증가하는 결과를 가진다. 다른, 예를 들면, 곡률 반경(R)이 7.0 mm인 경우, 중심(CL)이 ±0.2 mm 이동하여도 모든 위치에서 볼록 렌즈(523)가 없는 경우보다 노이즈 광량이 저감되는 특성을 확보할 수 있다. 다만, 조립시 발생할 수 있는 조립 공차 ±0.2 mm를 고려할 때, 전 범위에서 향상된 노이즈 저감 효과를 가지고, 특히 볼록 렌즈의 중심(CL) 이 0에 위치한 경우 가장 큰 노이즈 저감 효과를 가지는 곡률 반경(R)이 대략 2.0 mm인 경우가 최적의 효과 및 신뢰성을 가질 수 있다. 2.0 mm는 투명 윈도우의 두께(T, 1.5 mm)의 4/3배이다. 또한, 곡률 반경(R)이 대략 4.5 mm인 경우, 전 범위에서 20% 이상의 노이즈 저감 효과를 가지는 것을 확인할 수 있다. 4.5mm는 투명 윈도우의 두께(T, 1.5 mm)의 3배이다. 즉, 본 개시의 일 실시 예에 따르는 광학 센서 장치는, 볼록 렌즈의 곡률 반경(R)이 투명 윈도우의 두께(T)의 대략 4/3배 이상 내지 3배 이하인 경우, 노이즈 저감 효과 및 제품 신뢰성에 있어서 만족될 수 있다. 특히, 볼록 렌즈의 곡률 반경(R)이 투명 윈도우의 두께(T)의 4/3배 인 경우, 노이즈 저감에 있어 가장 큰 효율 및 제품 신뢰성을 가질 수 있다.Referring to Table 2 and 7, the
도 8은 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 볼록 렌즈의 곡률 반경 별 투명 윈도우에 대한 돌출량에 따른 노이즈 광량을 도시한 그래프이다. 아래 표 3은 돌출량(독립 변인)에 따른 볼록 렌즈의 폭 길이를 나타낸 표이다.8 is a graph showing the amount of noise light according to the amount of protrusion of the convex lens according to the radius of curvature of the transparent window according to various embodiments of the present disclosure. Table 3 below is a table showing the width of the convex lenses according to the amount of protrusion (independent variable).
[돌출량(p)에 따른 볼록 렌즈 폭 길이][Length of convex lens width according to projected amount (p)] [
먼저, 도 8 을 참조하면, 볼록 렌즈의 돌출량(p)에 따른 노이즈 변화는 곡률 반경(R)이 1.0 mm 인 경우 돌출량(p)의 길이가0.35 mm 인 경우까지 계속 감소하고, 곡률 반경(R)이 2.0 mm 인 경우 돌출량(p)의 길이가 0.3 mm인 경우까지 감소하지만, 곡률 반경(R)이 3.0 mm에서는 돌출량(p)의 길이가 0.15 mm 까지 감소한 이후에 다시 노이즈가 증가함을 확인할 수 있다.First, referring to FIG. 8, the noise change according to the protrusion amount p of the convex lens is continuously decreased until the length of the protrusion amount p is 0.35 mm when the radius of curvature R is 1.0 mm, When the radius of curvature R is 2.0 mm, the length of the protrusion p decreases to 0.3 mm, but when the radius of curvature R is 3.0 mm, the length of the protrusion p decreases to 0.15 mm, , Respectively.
상술한 결과를 기반으로, 돌출량(p)을 독립변인으로 했을 때, 볼록 렌즈의 폭 길이를 종속변인으로 설정하고 폭 길이를 나타낸 값은 상기 표 3과 같다. 돌출량(p)을 볼록 렌즈의 폭을 기준으로 다시 환산한 표 3을 살펴보면, 대략 볼록 렌즈의 폭이 0~2.0 mm 에서는 볼록 렌즈의 폭이 커질수록 노이즈의 저감량도 점점 커지되, 2.0 mm 가 넘어가면 노이즈의 저감량이 다시 줄어드는 경향을 보임을 확인할 수 있다. 결론적으로, 일 실시 예에 따른 볼록 렌즈(523)의 폭 길이가, 광원(511)과 광 검출기(512) 중심 사이의 거리(d)가 3.2 mm인 경우에서, 대략 2 mm 의 값을 가지는 경우 가장 높은 노이즈 저감 효과를 가질 수 있다. 다시 말하면, 볼록 렌즈(523)의 폭 길이가, 광원(511)과 광 검출기(512) 중심 사이의 거리의 대략 5/8배일 때 가장 높은 노이즈 저감 효과를 가질 수 있다.Based on the above results, when the protrusion amount p is an independent variable, the width of the convex lens is set as a dependent variable, and the value of the width is shown in Table 3 above. When the width of the convex lens is approximately 0 to 2.0 mm, the reduction amount of the noise is gradually increased as the width of the convex lens becomes larger, and when the width of the convex lens is 2.0 mm The noise reduction tendency is reduced again. The width of the
도 9a 내지 도 9g는 본 개시의 광학 센서 장치의 다양한 광학 구조의 다양한 실시 예를 도시한다. 도 9a내지 도 9g에 도시된 광학 센서 장치(900a, 900b, 900c, 900d, 900e, 900f, 900g)는 도 1에 도시된 광학 센서 장치(100), 도2a 및 도 2b에 도시된 광학 센서 장치(210), 도 3a에 도시된 광학 센서 장치(300), 도 4에 도시된 광학 센서 장치(400) 또는 도5에 도시된 광학 센서 장치(500) 와 적어도 일부 유사하거나, 광학 센서 장치의 다른 실시 예들을 포함할수 있다. Figures 9A-9G illustrate various embodiments of various optical structures of the optical sensor device of the present disclosure. The
도 9a내지 도 9g를 참고하면, 각각의 광학 센서 장치(900a, 900b, 900c, 900d, 900e, 900f, 900g)는 광원(921)과, 광원(921)에 인접하도록 배치되는 광 검출기(922)를 포함하는 광학 센서(920)와, 광학 센서(920)와 중첩되는 위치에 배치되는 투명 윈도우(910)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 투명 윈도우(910)는 다양한 형상의 볼록 렌즈(910a, 910b, 910c, 910d, 910e, 910f, 910g)는 후술되는 바와 같이 다양한 형상으로 형성될 수 있다.9A to 9G, each of the
도 9a를 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 투명 윈도우(910)는 광학 센서(920)를 향한 면에 배치된 볼록 렌즈(910a)를 더 포함할 수 있다. 볼록 렌즈(910a)는 위에서 바라보았을 때, 대략 원 형상을 가지고 광원(921)과 광 검출기(922) 사이의 대략 중심에 위치할 수 있다. 도 9b를 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 투명 윈도우(910)는 광학 센서(920)를 향한 면에 배치된 원통형 볼록 렌즈(910b)를 더 포함할 수 있다. 원통형 볼록 렌즈(910b)는 위에서 바라보았을 때, 광원(921)과 광 검출기(922) 사이의 대략 중심에서 광원(921)과 광 검출기(922)를 가로지르는 방향으로 배치될 수 있다.9A, a
도 9c를 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 투명 윈도우(910)는 광학 센서(920)를 향한 면에 배치된 타원형 볼록 렌즈(910c)를 더 포함할 수 있다. 타원형 볼록 렌즈(910c)는 위에서 바라보았을 때, 대략 타원 형상을 가지고 광원(921)과 광 검출기(922) 사이의 대략 중심 위치에서 배치될 수 있다. 도 9d를 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 투명 윈도우(910)는 광학 센서(920)를 향한 면에 배치된 원통형 볼록 렌즈(910d)를 더 포함할 수 있다. 원통형 볼록 렌즈(910d)는 측면에서 바라보았을 때, 광원(921) 및 광 검출기(922)를 각각 향한 양 끝 단의 곡률보다 양 끝 단 사이의 곡률이 완만하거나 평면인 형태를 가질 수 있다. 원통형 볼록 렌즈(910d)는 위에서 바라보았을 때, 광원(921)과 광 검출기(922) 사이의 대략 중심에서 광원(921)과 광 검출기(922)를 가로지르는 방향으로 배치될 수 있다. 원통형 볼록 렌즈들(910c, 910d)는 광원(921)과 광 검출기(922) 사이의 거리가 먼 경우 적용될 수 있다.9C, the
도 9e를 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 투명 윈도우(910)는 광학 센서(920)를 향한 면의 반대 면(외부에 노출되는 면)에 배치된 볼록 렌즈(910e)를 더 포함할 수 있다. 볼록 렌즈(910e)는 위에서 바라보았을 때, 대략 원 형상을 가지고 광원(921)과 광 검출기(922) 사이의 대략 중심에 위치할 수 있다. 도 9f를 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 투명 윈도우(910)는 광학 센서(920)를 향한 면의 반대면에 배치된 원통형 볼록 렌즈(910f)를 더 포함할 수 있다. 원통형 볼록 렌즈(910f)는 위에서 바라보았을 때, 광원(921)과 광 검출기(922) 사이의 대략 중심에서 광원(921)과 광 검출기(922)를 가로지르는 방향으로 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따른 광학 센서 장치는 볼록 렌즈(910e, 또는 910f)가 투명 윈도우(910)의 외부 면에 배치되어 반사광의 광 경로를 변경함으로써, 노이즈를 저감시키는 효과를 가질 수 있다.9E, a
도 9g를 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 투명 윈도우(910)의 양면에 각각 배치된 제1 볼록 렌즈(910g) 및 제2 볼록 렌즈(911g)를 더 포함할 수 있다. 제1 및 제2 볼록 렌즈들(910g, 911g)는 위에서 바라보았을 때, 광원(921)과 광 검출기(922) 사이의 대략 중심에 위치할 수 있다. 제1 및 제2 볼록 렌즈들(910g, 911g) 각각은 적절한 곡률 및 형상을 가짐으로써, 반사광의 광경로를 변경하여 광학 센서 장치에 노이즈를 저감하는 효과를 제공할 수 있다.9G, a first
본 개시의 일 실시 예에 따른 광학 센서 장치는, 상기 광학 센서 장치의 외부를 향하는 제1면 및 제1면에 대향하는 제2면을 포함하는 투명 윈도우; 및 상기 투명 윈도우를 향하여 광을 발산하는 광원, 및 상기 투명 윈도우를 통하여 광을 수신하는 광 검출기를 포함하고 상기 투명 윈도우의 제2면과 일정 간격 이격 배치되는 광학 센서를 포함하고, 상기 투명 윈도우는 상기 제2면의 적어도 일부 영역에서 상기 광학 센서를 향하여 돌출되는 볼록 렌즈를 포함할 수 있다.An optical sensor device according to an embodiment of the present disclosure includes: a transparent window including a first surface facing the outside of the optical sensor device and a second surface facing the first surface; And an optical sensor that includes a light source that emits light toward the transparent window and a light detector that receives light through the transparent window and is spaced apart from the second surface of the transparent window by a predetermined distance, And a convex lens protruding from the at least part of the second surface toward the optical sensor.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 상기 볼록 렌즈는, 상기 제1면을 상부에서 바라볼 때, 상기 광원 및 상기 광 검출기 사이에 배치될 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the convex lens may be disposed between the light source and the photodetector when the first surface is viewed from above.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 상기 볼록 렌즈는, 상기 제1면을 상부에서 바라볼 때, 상기 광원 및 상기 광 검출기의 각 중심 사이의 거리의 중심에 배치될 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the convex lens can be disposed at the center of the distance between the centers of the light source and the photodetector when the first surface is viewed from above.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 상기 볼록 렌즈의 곡률 반경은 상기 투명 윈도우의 두께의 4/3배 이상 내지 3배 이하 일 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the radius of curvature of the convex lens may be 4/3 to 3 times the thickness of the transparent window.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 상기 볼록 렌즈는, 상기 제1면을 상부에서 바라볼 때, 상기 볼록 렌즈의 폭이 상기 광원 및 상기 광 검출기의 각 중심 사이 길이의 대략 5/8 배가 되도록 돌출될 수 있다.,According to one embodiment of the present disclosure, the convex lens is formed such that when the first surface is viewed from above, the width of the convex lens is approximately 5/8 times the length between the centers of the light source and the photodetector .
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 상기 투명 윈도우의 두께는 상기 광원 및 상기 광 검출기의 각 중심 사이 길이의 5/8 배 이하일 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the thickness of the transparent window may be no more than 5/8 times the length between the centers of the light source and the photodetector.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 상기 일정 간격은 상기 광원 및 상기 광 검출기의 각 중심 사이의 길이의 대략 1/8배 이하 일 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the constant spacing may be less than about 1/8 times the length between the centers of the light source and the photodetector.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 상기 볼록 렌즈는 원통형의 형상을 가지고, 상기 제1면을 상부에서 바라볼 때, 상기 광원 및 광 검출기의 사이를 가로지르도록 배치될 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the convex lens has a cylindrical shape and may be arranged to traverse the light source and the photodetector when the first surface is viewed from above.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 제1 항에 있어서 상기 볼록 렌즈는 타원 형상을 가질 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the convex lens may have an elliptical shape.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 상기 투명 윈도우는 상기 볼록 렌즈가 배치된 면의 반대 면에 배치된 제2 볼록 렌즈를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the transparent window may further include a second convex lens disposed on the opposite side of the surface on which the convex lens is disposed.
본 개시의 일 실시 예에 따르는 전자 장치는, 상기 전자 장치의 외부를 향하는 제1면 및 제1면에 대향하는 제2면을 포함하고 상기 전자 장치의 외부 하우징에 고정 결합하는 투명 윈도우; 상기 투명 윈도우를 향하여 광을 발산하는 광원, 및 상기 투명 윈도우의 상기 제1면에 접촉한 외부 객체에서 반사된 광을 수신하는 광 검출기를 포함하고, 상기 투명 윈도우의 제2면과 일정 간격 이격되도록 상기 전자 장치의 내부 회로 기판에 배치되는 광학 센서; 및 상기 광학 센서를 제어하고, 상기 광학 센서로부터 검출된 신호를 처리하여 상기 외부 객체의 상태 정보를 결정하는 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 상기 투명 윈도우는 상기 제2면의 적어도 일부 영역에서 상기 광학 센서를 향하여 돌출되는 볼록 렌즈를 포함할 수 있다.An electronic device according to one embodiment of the present disclosure includes: a transparent window including a first surface facing outwardly of the electronic device and a second surface facing the first surface and being fixedly coupled to an outer housing of the electronic device; A light source for emitting light toward the transparent window and a photodetector for receiving light reflected from an external object in contact with the first surface of the transparent window, An optical sensor disposed on an internal circuit board of the electronic device; And at least one processor for controlling the optical sensor and processing the signal detected from the optical sensor to determine status information of the external object, And a convex lens protruding toward the sensor.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 상기 볼록 렌즈는 상기 제1면을 상부에서 바라볼 때, 상기 광원 및 상기 광 검출기 사이에 배치될 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the convex lens may be disposed between the light source and the photodetector when the first surface is viewed from above.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 상기 볼록 렌즈는 상기 제1면을 상부에서 바라볼 때, 상기 광원 및 상기 광 검출기의 각 중심 사이의 거리의 중심에 배치될 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the convex lens may be disposed at the center of the distance between the centers of the light source and the photodetector when the first surface is viewed from above.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 상기 볼록 렌즈는 곡률 반경이 상기 투명 윈도우의 두께의 4/3배 이상 내지 3배 이하 일 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the convex lens may have a radius of curvature of 4/3 to 3 times the thickness of the transparent window.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 상기 볼록 렌즈는 상기 제1면을 상부에서 바라볼 때, 상기 볼록 렌즈의 폭이 상기 광원 및 상기 광 검출기의 각 중심 사이 길이의 대략 5/8 배가 되도록 돌출될 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, when the convex lens is viewed from above, the convex lens is projected so that the width of the convex lens is approximately 5/8 times the length between the centers of the light source and the photodetector .
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 상기 투명 윈도우의 두께는 상기 광원 및 상기 광 검출기의 각 중심 사이 길이의 5/8 배 이하일 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the thickness of the transparent window may be no more than 5/8 times the length between the centers of the light source and the photodetector.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 상기 일정 간격은 상기 광원 및 상기 광 검출기의 각 중심 사이의 길이의 대략 1/8배 이하 일 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the constant spacing may be less than about 1/8 times the length between the centers of the light source and the photodetector.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 상기 볼록 렌즈는 원통형의 형상을 가지고, 상기 제1면을 상부에서 바라볼 때, 상기 광원 및 광 검출기의 사이를 가로지르도록 배치될 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the convex lens has a cylindrical shape and may be arranged to traverse the light source and the photodetector when the first surface is viewed from above.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 상기 투명 윈도우의 적어도 일부는 상기 외부 하우징의 개구부를 통하여 외부로 노출될 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, at least a part of the transparent window may be exposed to the outside through the opening of the outer housing.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 상기 외부 하우징에 포함된 상기 개구부의 테두리에서 외부를 향하여 돌출된 관 형상을 가지는 센서 하우징을 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the sensor housing may further include a tubular sensor housing protruding outward from an edge of the opening included in the outer housing.
본 문서에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구성된 유닛을 포함하며 예를 들면 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로 등의 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. "모듈"은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. "모듈"은 기계적으로 또는 전자적으로 구현될 수 있으며 예를 들면 어떤 동작들을 수행하는, 알려졌거나 앞으로 개발될, ASIC(application-specific integrated circuit) 칩, FPGAs(field-programmable gate arrays), 또는 프로그램 가능 논리 장치를 포함할 수 있다. 다양한 실시 예에 따른 장치(예: 모듈들 또는 그 기능들) 또는 방법(예: 동작들)의 적어도 일부는 프로그램 모듈의 형태로 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체(예: 메모리)에 저장된 명령어로 구현될 수 있다. 상기 명령어가 프로세서에 의해 실행될 경우, 프로세서가 상기 명령어에 해당하는 기능을 수행할 수 있다. 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체는, 하드디스크, 플로피디스크, 마그네틱 매체(예: 자기테이프), 광기록 매체(예: CD-ROM, DVD, 자기-광 매체 (예: 플롭티컬 디스크), 내장 메모리 등을 포함할 수 있다. 명령어는 컴파일러에 의해 만들어지는 코드 또는 인터프리터에 의해 실행될 수 있는 코드를 포함할 수 있다. 다양한 실시 예에 따른 모듈 또는 프로그램 모듈은 전술한 구성요소들 중 적어도 하나 이상을 포함하거나, 일부가 생략되거나, 또는 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다. 다양한 실시 예에 따른, 모듈, 프로그램 모듈 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적, 병렬적, 반복적 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 적어도 일부 동작이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 다른 동작이 추가될 수 있다.The term "module" as used herein encompasses units comprised of hardware, software or firmware and may be used interchangeably with terms such as, for example, logic, logic blocks, components, or circuits. A "module" may be an integrally constructed component or a minimum unit or part thereof that performs one or more functions. "Module" may be implemented either mechanically or electronically and may include, for example, known or later developed, application-specific integrated circuit (ASIC) chips, field-programmable gate arrays (FPGAs) Logic devices. At least some of the devices (e.g., modules or functions thereof) or methods (e.g., operations) according to various embodiments may be implemented with instructions stored in a computer-readable storage medium (e.g., memory) . When the instruction is executed by the processor, the processor may perform a function corresponding to the instruction. The computer-readable recording medium may be a hard disk, a floppy disk, a magnetic medium such as a magnetic tape, an optical recording medium such as a CD-ROM, a DVD, a magnetic-optical medium such as a floppy disk, The instructions may include code that is generated by the compiler or code that may be executed by the interpreter. Modules or program modules according to various embodiments may include at least one or more of the components described above Operations that are performed by modules, program modules, or other components, in accordance with various embodiments, may be performed in a sequential, parallel, iterative, or heuristic manner, or at least in part Some operations may be executed in a different order, omitted, or other operations may be added.
본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 실시 예에 따른 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 실시 예의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시 예의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 다양한 실시 예의 범위는 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 다양한 실시 예의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 다양한 실시 예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. The embodiments of the present invention disclosed in this specification and drawings are intended to be illustrative only and not for purposes of limitation of the scope of the present invention, I do not want to. Accordingly, the scope of various embodiments of the present invention should be construed as being included in the scope of various embodiments of the present invention in addition to the embodiments disclosed herein, all changes or modifications derived from the technical ideas of various embodiments of the present invention.
Claims (20)
상기 광학 센서 장치의 외부를 향하는 제1면 및 제1면에 대향하는 제2면을 포함하는 투명 윈도우; 및
상기 투명 윈도우를 향하여 광을 발산하는 광원, 및 상기 투명 윈도우를 통하여 광을 수신하는 광 검출기를 포함하고, 상기 투명 윈도우의 제2면과 일정 간격 이격 배치되는 광학 센서를 포함하고,
상기 투명 윈도우는 상기 제2면의 적어도 일부 영역에서 상기 광학 센서를 향하여 돌출되는 볼록 렌즈를 포함하는 광학 센서 장치.
In the optical sensor device,
A transparent window including a first surface facing the outside of the optical sensor device and a second surface facing the first surface; And
An optical sensor including a light source that emits light toward the transparent window and a light detector that receives light through the transparent window, the optical sensor being spaced apart from the second surface of the transparent window,
Wherein the transparent window comprises a convex lens projecting toward the optical sensor in at least a portion of the second surface.
상기 볼록 렌즈는 상기 제1면을 상부에서 바라볼 때, 상기 광원 및 상기 광 검출기 사이에 배치된 광학 센서 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the convex lens is disposed between the light source and the photodetector when the first surface is viewed from above.
상기 볼록 렌즈는 상기 제1면을 상부에서 바라볼 때, 상기 광원 및 상기 광 검출기의 각 중심 사이의 거리의 중심에 배치된 광학 센서 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the convex lens is disposed at the center of a distance between the respective centers of the light source and the photodetector when the first surface is viewed from above.
상기 볼록 렌즈의 곡률 반경은 상기 투명 윈도우의 두께의 4/3배 이상 내지 3배 이하 인 광학 센서 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the radius of curvature of the convex lens is not less than 4/3 times and not more than 3 times the thickness of the transparent window.
상기 볼록 렌즈는, 상기 제1면을 상부에서 바라볼 때, 상기 볼록 렌즈의 폭이 상기 광원 및 상기 광 검출기의 각 중심 사이 길이의 대략 5/8 배이하가 되도록 돌출된 광학 센서 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the convex lens is protruded so that the width of the convex lens is approximately 5/8 times or less the length between the centers of the light source and the photodetector when the first surface is viewed from above.
상기 투명 윈도우의 두께는 상기 광원 및 상기 광 검출기의 각 중심 사이 길이의 5/8 배 이하인 광학 센서 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the transparent window is no more than 5/8 times the length between the centers of the light source and the photodetector.
상기 일정 간격은 상기 광원 및 상기 광 검출기의 각 중심 사이의 길이의 대략 1/8배이하인 광학 센서 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the predetermined distance is about 1/8 times or less the length between the centers of the light source and the photodetector.
상기 볼록 렌즈는 원통형의 형상을 가지고, 상기 제1면을 상부에서 바라볼 때, 상기 광원 및 광 검출기의 사이를 가로지르도록 배치된 광학 센서 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the convex lens has a cylindrical shape and is arranged to cross the space between the light source and the photodetector when the first surface is viewed from above.
The optical sensor device according to claim 1, wherein the convex lens has an elliptical shape.
The optical sensor device according to claim 1, wherein the transparent window further comprises a second convex lens disposed on the opposite side of the surface on which the convex lens is disposed.
상기 전자 장치의 외부를 향하는 제1면 및 제1면에 대향하는 제2면을 포함하고 상기 전자 장치의 외부 하우징에 고정 결합하는 투명 윈도우;
상기 투명 윈도우를 향하여 광을 발산하는 광원, 및 상기 투명 윈도우의 상기 제1면에 접촉한 외부 객체에서 반사된 광을 수신하는 광 검출기를 포함하고, 상기 투명 윈도우의 제2면과 일정 간격 이격 되도록 상기 전자 장치의 내부 회로 기판에 배치되는 광학 센서; 및
상기 광학 센서를 제어하고, 상기 광학 센서로부터 검출된 신호를 처리하여 상기 외부 객체의 상태 정보를 결정하는 적어도 하나의 프로세서를 포함하되,
상기 투명 윈도우는 상기 제2면의 적어도 일부 영역에서 상기 광학 센서를 향하여 돌출되는 볼록 렌즈를 포함하는 전자 장치.
In an electronic device,
A transparent window including a first surface facing the exterior of the electronic device and a second surface facing the first surface and being fixedly coupled to an outer housing of the electronic device;
A light source for emitting light toward the transparent window and a photodetector for receiving light reflected from an external object in contact with the first surface of the transparent window, An optical sensor disposed on an internal circuit board of the electronic device; And
At least one processor for controlling the optical sensor and for processing the signal detected from the optical sensor to determine status information of the external object,
Wherein the transparent window includes a convex lens projecting from the at least a portion of the second surface toward the optical sensor.
상기 볼록 렌즈는 상기 제1면을 상부에서 바라볼 때, 상기 광원 및 상기 광 검출기 사이에 배치된 전자 장치.
12. The method of claim 11,
Wherein the convex lens is disposed between the light source and the photodetector when the first surface is viewed from above.
상기 볼록 렌즈는 상기 제1면을 상부에서 바라볼 때, 상기 광원 및 상기 광 검출기의 각 중심 사이의 거리의 중심에 배치된 전자 장치.
12. The method of claim 11,
Wherein the convex lens is disposed at a center of a distance between the center of each of the light source and the photodetector when the first surface is viewed from above.
상기 볼록 렌즈의 곡률 반경은 상기 투명 윈도우의 두께의 4/3배 이상 내지 3배 이하 인 전자 장치.
12. The method of claim 11,
And the radius of curvature of the convex lens is not less than 4/3 times and not more than 3 times the thickness of the transparent window.
상기 볼록 렌즈는 상기 제1면을 상부에서 바라볼 때, 상기 볼록 렌즈의 폭이 상기 광원 및 상기 광 검출기의 각 중심 사이 길이의 대략 5/8 배가 되도록 돌출된 전자 장치.
12. The method of claim 11,
Wherein the convex lens is protruded so that the width of the convex lens is approximately 5/8 times the length between the centers of the light source and the photodetector when the first surface is viewed from above.
상기 투명 윈도우의 두께는 상기 광원 및 상기 광 검출기의 각 중심 사이 길이의 5/8 배 이하인 전자 장치.
12. The method of claim 11,
Wherein the thickness of the transparent window is 5/8 times or less the length between the centers of the light source and the photodetector.
상기 일정 간격은 상기 광원 및 상기 광 검출기의 각 중심 사이의 길이의 대략 1/8배이하인 전자 장치.
12. The method of claim 11,
Wherein the predetermined interval is approximately 1/8 times or less the length between the centers of the light source and the photodetector.
상기 볼록 렌즈는 원통형의 형상을 가지고, 상기 제1면을 상부에서 바라볼 때, 상기 광원 및 광 검출기의 사이를 가로지르도록 배치된 전자 장치.
12. The method of claim 11,
Wherein the convex lens has a cylindrical shape and is disposed across the light source and the photodetector when the first surface is viewed from above.
상기 투명 윈도우의 적어도 일부는 상기 외부 하우징의 개구부를 통하여 외부로 노출되는 전자 장치.
12. The method of claim 11,
Wherein at least a part of the transparent window is exposed to the outside through an opening of the outer housing.
상기 외부 하우징에 포함된 상기 개구부의 테두리에서 외부를 향하여 돌출된 관 형상을 가지는 센서 하우징을 더 포함하는 전자 장치.
20. The method of claim 19,
Further comprising a sensor housing having a tubular shape protruding outward from an edge of the opening included in the outer housing.
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Cited By (2)
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CN110393514A (en) * | 2019-06-24 | 2019-11-01 | 华为技术有限公司 | Wearable device and photo-electric pulse sensory package |
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