KR20220125967A

KR20220125967A - 전자 장치 및 신호 안정화 시간 개선 방법

Info

Publication number: KR20220125967A
Application number: KR1020210029945A
Authority: KR
Inventors: 오두선; 이승원
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2021-03-08
Filing date: 2021-03-08
Publication date: 2022-09-15
Also published as: WO2022191385A1

Abstract

다양한 실시예에 따른 전자 장치는, 제1파장의 제1광 및 제2파장의 제2광을 발광 구간 및 공백 구간을 포함하는 주기로 출력하고, 출력한 광의 반사광을 수신하여 광 데이터를 생성하는 광학 센서 모듈, 메모리, 및 상기 광학 센서 모듈 및 상기 메모리와 작동적으로(operatively) 연결된 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 광 데이터를 확인하고, 상기 제1광을 이용하여 생체신호 데이터를 생성하는 제1측정 모드에서 상기 제2광을 이용하여 생체신호 데이터를 생성하는 제2측정 모드로 전환하는 이벤트를 감지하고, 상기 이벤트의 감지에 응답하여, 제1측정 모드에서 적어도 하나의 공백 구간을 발광 구간으로 전환하여 상기 제2광을 출력하고, 상기 전환된 발광 구간 동안 출력한 제2광으로 자동 이득 제어를 진행하여 제2측정 모드에 적용될 설정값을 결정하고, 상기 설정값이 결정되는 경우, 상기 제2측정 모드로 전환할 수 있다.

Description

전자 장치 및 신호 안정화 시간 개선 방법{ELECTRONIC DEVICE TO IMPROVE SIGNAL STABILIZATION TIME AND THE METHOD THEREOF}

본 문서는 전자 장치에 관한 것이며, 예를 들어 광학 센서 모듈에서 측정 모드가 전환될 때 수행되는 신호 안정화 시간을 개선하는 방법에 관한 것이다.

최근 이동통신 기술 및 프로세서 기술의 발달로 다양한 기능을 수행할 수 있는 웨어러블 디바이스(wearable device)가 개발되고 있다. 웨어러블 디바이스 형태의 전자 장치는 예를 들어, 사용자의 손목에 부착되는 손목 시계(smart watch))의 형태일 수 있으며, 이 경우 전자 장치는 고유의 시계 기능 이외에 통화 및 메시지 송수신, 각종 어플리케이션 실행, 멀티미디어 컨텐츠의 재생 등 다양한 기능을 지원할 수 있다.

웨어러블 디바이스는 사용자의 신체에 부착되어 동작하므로, 여러 생체 센서를 활용하여 사용자의 신체 데이터를 획득하는 데 이용될 수 있다. 예를 들어, 사용자의 심박 수(heart rate), 스트레스(stress), 혈중 산소 포화도(SpO₂) 등을 측정할 수 있다. 광학 센서 모듈을 사용하여 신체 데이터를 획득하는 웨어러블 디바이스는 Green, Red, IR(infra-red) 등 다양한 파장의 광을 사용할 수 있다. 이를 위하여 전자 장치는 적어도 하나의 발광 소자 및/또는 수광 소자를 구비할 수 있다.

종래의 광학 센서 모듈을 사용하여 생체신호를 획득할 때 다양한 파장을 이용하는 전자 장치는, 파장 변환 후 자동 이득 제어(auto gain control, AGC)를 수행하여 시간적 딜레이(delay)가 발생하는 문제가 있었다. 또한, 자동 이득 제어 수행 중에 생성한 생체신호 데이터는 유의미한 값이 아니기 때문에 사용할 수 없었다. 생체신호 데이터를 활용하여 다양한 기능을 수행하는 어플리케이션에도 부정확한 정보를 제공하는 문제가 있었다.

본 문서의 다양한 실시예들은 상기와 같이 생체 신호를 측정하는 전자 장치에서 측정 모드를 전환하는 경우, 자동 이득 제어 수행 측면에서 효율적인 변경 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

다양한 실시예에 따른 전자 장치의 신호 안정화 시간 개선 방법은, 광학 센서 모듈에서 생성한 광 데이터 및 모션 센서에서 생성한 모션 데이터를 확인하는 동작, 제1광을 이용하여 생체신호 데이터를 생성하는 제1측정 모드에서 제2광을 이용하여 생체신호 데이터를 생성하는 제2측정 모드로 전환하는 이벤트를 감지하는 동작, 상기 이벤트의 감지에 응답하여, 제1측정 모드에서 적어도 하나의 공백 구간을 발광 구간으로 전환하여 상기 제2광을 출력하는 동작,상기 전환된 발광 구간 동안 출력한 제2광으로 자동 이득 제어를 진행하여 제2측정 모드에 적용될 설정값을 결정하는 동작, 상기 설정값이 결정되는 경우, 상기 제2측정 모드로 전환하는 동작을 포함할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 본 발명을 통하여 광학 센서 모듈의 측정 모드 전환 시 자동 이득 제어로 인하여 소모되는 시간을 줄일 수 있다. 또한, 자동 이득 제어 중 발생하는 불필요한 광학 신호가 없이, 생체신호 데이터를 사용하는 서비스가 원하는 안정화된 데이터만 전달할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 본 발명을 이용하여 측정 모드 전환으로 인한 생체신호 데이터 출력물의 손실이 발생하지 않을 수 있다.

그 외에 본 발명의 다양한 실시예들로 인하여 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시예에 대한 상세한 설명에서 직접적으로 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 예컨대, 본 발명의 다양한 실시예들에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.

도 1은 다양한 실시예들에 따른, 네트워크 환경 내의 전자 장치의 블록도이다.
도 2a는 다양한 실시예에 따른 전자 장치의 외형을 도시한 것이다.
도 2b는 다양한 실시예에 따른 전자 장치의 본체의 배면을 도시한 것이다.
도 3은 다양한 실시예에 따른 전자 장치의 블록도이다.
도 4a는 다양한 실시예에 따른 광학 센서 모듈의 원리를 도시한 도면이다.
도 4b는 다양한 실시예에 따른 광학 센서 모듈이 출력하는 광 주기를 도시한 도면이다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 다양한 실시예에 따른 전자 장치가 공백 구간을 발광 구간으로 전환하여 설정값을 결정하는 광 주기를 도시한 도면이다.
도 6은 다양한 실시예에 따른 광학 센서 모듈의 오프셋 제어 회로 및 증폭 회로를 도시한 도면이다.
도 7은 다양한 실시예에 따른 전자 장치의 소프트웨어 레이어 구성을 도시한 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 다양한 실시예에 따른 전자 장치가 측정 모드 전환 전 자동 이득 제어를 수행하는 방법을 도시한 도면이다.
도 9a 및 도 9b는 다양한 실시예에 따른 전자 장치가 이벤트 발생 시 설정값을 보정하는 방법을 도시한 도면이다.
도 10은 다양한 실시예에 따른 임계치 초과 시 설정값을 보정하는 동작을 도시한 도면이다.
도 11a는 다양한 실시예에 따른 종래 기술의 측정 모드 전환 시 생체신호 데이터를 생성한 그래프를 도시한 도면이다.
도 11b 및 도 11c는 다양한 실시예에 따른 전자 장치에서 측정 모드를 전환 시 생체신호 데이터를 생성한 그래프를 도시한 도면이다.
도 12는 다양한 실시예에 따른 측정 모드 전환 결정 시 자동 이득 제어 수행 후 측정 모드를 전환하는 방법의 흐름도이다.
도 13은 다양한 실시예에 따른 보정 조건 만족 시 설정값을 보정하고, 측정 모드 전환 시 보정한 설정값을 적용하는 방법의 흐름도이다.
도 14는 다양한 실시예에 따른 자동 이득 제어의 흐름도이다.

도 1은, 다양한 실시예들에 따른, 네트워크 환경(100) 내의 전자 장치(101)의 블록도이다.

도 1을 참조하면, 네트워크 환경(100)에서 전자 장치(101)는 제 1 네트워크(198)(예: 근거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(102)와 통신하거나, 또는 제 2 네트워크(199)(예: 원거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(104) 또는 서버(108) 중 적어도 하나와 통신할 수 있다. 일실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 서버(108)를 통하여 전자 장치(104)와 통신할 수 있다. 일실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 프로세서(120), 메모리(130), 입력 모듈(150), 음향 출력 모듈(155), 디스플레이 모듈(160), 오디오 모듈(170), 센서 모듈(176), 인터페이스(177), 연결 단자(178), 햅틱 모듈(179), 카메라 모듈(180), 전력 관리 모듈(188), 배터리(189), 통신 모듈(190), 가입자 식별 모듈(196), 또는 안테나 모듈(197)을 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서는, 전자 장치(101)에는, 이 구성요소들 중 적어도 하나(예: 연결 단자(178))가 생략되거나, 하나 이상의 다른 구성요소가 추가될 수 있다. 어떤 실시예에서는, 이 구성요소들 중 일부들(예: 센서 모듈(176), 카메라 모듈(180), 또는 안테나 모듈(197))은 하나의 구성요소(예: 디스플레이 모듈(160))로 통합될 수 있다.

프로세서(120)는, 예를 들면, 소프트웨어(예: 프로그램(140))를 실행하여 프로세서(120)에 연결된 전자 장치(101)의 적어도 하나의 다른 구성요소(예: 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소)를 제어할 수 있고, 다양한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 일실시예에 따르면, 데이터 처리 또는 연산의 적어도 일부로서, 프로세서(120)는 다른 구성요소(예: 센서 모듈(176) 또는 통신 모듈(190))로부터 수신된 명령 또는 데이터를 휘발성 메모리(132)에 저장하고, 휘발성 메모리(132)에 저장된 명령 또는 데이터를 처리하고, 결과 데이터를 비휘발성 메모리(134)에 저장할 수 있다. 일실시예에 따르면, 프로세서(120)는 메인 프로세서(121)(예: 중앙 처리 장치 또는 어플리케이션 프로세서) 또는 이와는 독립적으로 또는 함께 운영 가능한 보조 프로세서(123)(예: 그래픽 처리 장치, 신경망 처리 장치(NPU: neural processing unit), 이미지 시그널 프로세서, 센서 허브 프로세서, 또는 커뮤니케이션 프로세서)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(101)가 메인 프로세서(121) 및 보조 프로세서(123)를 포함하는 경우, 보조 프로세서(123)는 메인 프로세서(121)보다 저전력을 사용하거나, 지정된 기능에 특화되도록 설정될 수 있다. 보조 프로세서(123)는 메인 프로세서(121)와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다.

보조 프로세서(123)는, 예를 들면, 메인 프로세서(121)가 인액티브(예: 슬립) 상태에 있는 동안 메인 프로세서(121)를 대신하여, 또는 메인 프로세서(121)가 액티브(예: 어플리케이션 실행) 상태에 있는 동안 메인 프로세서(121)와 함께, 전자 장치(101)의 구성요소들 중 적어도 하나의 구성요소(예: 디스플레이 모듈(160), 센서 모듈(176), 또는 통신 모듈(190))와 관련된 기능 또는 상태들의 적어도 일부를 제어할 수 있다. 일실시예에 따르면, 보조 프로세서(123)(예: 이미지 시그널 프로세서 또는 커뮤니케이션 프로세서)는 기능적으로 관련 있는 다른 구성요소(예: 카메라 모듈(180) 또는 통신 모듈(190))의 일부로서 구현될 수 있다. 일실시예에 따르면, 보조 프로세서(123)(예: 신경망 처리 장치)는 인공지능 모델의 처리에 특화된 하드웨어 구조를 포함할 수 있다. 인공지능 모델은 기계 학습을 통해 생성될 수 있다. 이러한 학습은, 예를 들어, 인공지능 모델이 수행되는 전자 장치(101) 자체에서 수행될 수 있고, 별도의 서버(예: 서버(108))를 통해 수행될 수도 있다. 학습 알고리즘은, 예를 들어, 지도형 학습(supervised learning), 비지도형 학습(unsupervised learning), 준지도형 학습(semi-supervised learning) 또는 강화 학습(reinforcement learning)을 포함할 수 있으나, 전술한 예에 한정되지 않는다. 인공지능 모델은, 복수의 인공 신경망 레이어들을 포함할 수 있다. 인공 신경망은 심층 신경망(DNN: deep neural network), CNN(convolutional neural network), RNN(recurrent neural network), RBM(restricted boltzmann machine), DBN(deep belief network), BRDNN(bidirectional recurrent deep neural network), 심층 Q-네트워크(deep Q-networks) 또는 상기 중 둘 이상의 조합 중 하나일 수 있으나, 전술한 예에 한정되지 않는다. 인공지능 모델은 하드웨어 구조 이외에, 추가적으로 또는 대체적으로, 소프트웨어 구조를 포함할 수 있다.

메모리(130)는, 전자 장치(101)의 적어도 하나의 구성요소(예: 프로세서(120) 또는 센서 모듈(176))에 의해 사용되는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 데이터는, 예를 들어, 소프트웨어(예: 프로그램(140)) 및, 이와 관련된 명령에 대한 입력 데이터 또는 출력 데이터를 포함할 수 있다. 메모리(130)는, 휘발성 메모리(132) 또는 비휘발성 메모리(134)를 포함할 수 있다.

프로그램(140)은 메모리(130)에 소프트웨어로서 저장될 수 있으며, 예를 들면, 운영 체제(142), 미들 웨어(144) 또는 어플리케이션(146)을 포함할 수 있다.

입력 모듈(150)은, 전자 장치(101)의 구성요소(예: 프로세서(120))에 사용될 명령 또는 데이터를 전자 장치(101)의 외부(예: 사용자)로부터 수신할 수 있다. 입력 모듈(150)은, 예를 들면, 마이크, 마우스, 키보드, 키(예: 버튼), 또는 디지털 펜(예: 스타일러스 펜)을 포함할 수 있다.

음향 출력 모듈(155)은 음향 신호를 전자 장치(101)의 외부로 출력할 수 있다. 음향 출력 모듈(155)은, 예를 들면, 스피커 또는 리시버를 포함할 수 있다. 스피커는 멀티미디어 재생 또는 녹음 재생과 같이 일반적인 용도로 사용될 수 있다. 리시버는 착신 전화를 수신하기 위해 사용될 수 있다. 일실시예에 따르면, 리시버는 스피커와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다.

디스플레이 모듈(160)은 전자 장치(101)의 외부(예: 사용자)로 정보를 시각적으로 제공할 수 있다. 디스플레이 모듈(160)은, 예를 들면, 디스플레이, 홀로그램 장치, 또는 프로젝터 및 해당 장치를 제어하기 위한 제어 회로를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 디스플레이 모듈(160)은 터치를 감지하도록 설정된 터치 센서, 또는 상기 터치에 의해 발생되는 힘의 세기를 측정하도록 설정된 압력 센서를 포함할 수 있다.

오디오 모듈(170)은 소리를 전기 신호로 변환시키거나, 반대로 전기 신호를 소리로 변환시킬 수 있다. 일실시예에 따르면, 오디오 모듈(170)은, 입력 모듈(150)을 통해 소리를 획득하거나, 음향 출력 모듈(155), 또는 전자 장치(101)와 직접 또는 무선으로 연결된 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))(예: 스피커 또는 헤드폰)를 통해 소리를 출력할 수 있다.

센서 모듈(176)은 전자 장치(101)의 작동 상태(예: 전력 또는 온도), 또는 외부의 환경 상태(예: 사용자 상태)를 감지하고, 감지된 상태에 대응하는 전기 신호 또는 데이터 값을 생성할 수 있다. 일실시예에 따르면, 센서 모듈(176)은, 예를 들면, 제스처 센서, 자이로 센서, 기압 센서, 마그네틱 센서, 가속도 센서, 그립 센서, 근접 센서, 컬러 센서, IR(infrared) 센서, 생체 센서, 온도 센서, 습도 센서, 또는 조도 센서를 포함할 수 있다.

인터페이스(177)는 전자 장치(101)가 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))와 직접 또는 무선으로 연결되기 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 지정된 프로토콜들을 지원할 수 있다. 일실시예에 따르면, 인터페이스(177)는, 예를 들면, HDMI(high definition multimedia interface), USB(universal serial bus) 인터페이스, SD카드 인터페이스, 또는 오디오 인터페이스를 포함할 수 있다.

연결 단자(178)는, 그를 통해서 전자 장치(101)가 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))와 물리적으로 연결될 수 있는 커넥터를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 연결 단자(178)는, 예를 들면, HDMI 커넥터, USB 커넥터, SD 카드 커넥터, 또는 오디오 커넥터(예: 헤드폰 커넥터)를 포함할 수 있다.

햅틱 모듈(179)은 전기적 신호를 사용자가 촉각 또는 운동 감각을 통해서 인지할 수 있는 기계적인 자극(예: 진동 또는 움직임) 또는 전기적인 자극으로 변환할 수 있다. 일실시예에 따르면, 햅틱 모듈(179)은, 예를 들면, 모터, 압전 소자, 또는 전기 자극 장치를 포함할 수 있다.

카메라 모듈(180)은 정지 영상 및 동영상을 촬영할 수 있다. 일실시예에 따르면, 카메라 모듈(180)은 하나 이상의 렌즈들, 이미지 센서들, 이미지 시그널 프로세서들, 또는 플래시들을 포함할 수 있다.

전력 관리 모듈(188)은 전자 장치(101)에 공급되는 전력을 관리할 수 있다. 일실시예에 따르면, 전력 관리 모듈(188)은, 예를 들면, PMIC(power management integrated circuit)의 적어도 일부로서 구현될 수 있다.

배터리(189)는 전자 장치(101)의 적어도 하나의 구성요소에 전력을 공급할 수 있다. 일실시예에 따르면, 배터리(189)는, 예를 들면, 재충전 불가능한 1차 전지, 재충전 가능한 2차 전지 또는 연료 전지를 포함할 수 있다.

통신 모듈(190)은 전자 장치(101)와 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102), 전자 장치(104), 또는 서버(108)) 간의 직접(예: 유선) 통신 채널 또는 무선 통신 채널의 수립, 및 수립된 통신 채널을 통한 통신 수행을 지원할 수 있다. 통신 모듈(190)은 프로세서(120)(예: 어플리케이션 프로세서)와 독립적으로 운영되고, 직접(예: 유선) 통신 또는 무선 통신을 지원하는 하나 이상의 커뮤니케이션 프로세서를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 통신 모듈(190)은 무선 통신 모듈(192)(예: 셀룰러 통신 모듈, 근거리 무선 통신 모듈, 또는 GNSS(global navigation satellite system) 통신 모듈) 또는 유선 통신 모듈(194)(예: LAN(local area network) 통신 모듈, 또는 전력선 통신 모듈)을 포함할 수 있다. 이들 통신 모듈 중 해당하는 통신 모듈은 제 1 네트워크(198)(예: 블루투스, WiFi(wireless fidelity) direct 또는 IrDA(infrared data association)와 같은 근거리 통신 네트워크) 또는 제 2 네트워크(199)(예: 레거시 셀룰러 네트워크, 5G 네트워크, 차세대 통신 네트워크, 인터넷, 또는 컴퓨터 네트워크(예: LAN 또는 WAN)와 같은 원거리 통신 네트워크)를 통하여 외부의 전자 장치(104)와 통신할 수 있다. 이런 여러 종류의 통신 모듈들은 하나의 구성요소(예: 단일 칩)로 통합되거나, 또는 서로 별도의 복수의 구성요소들(예: 복수 칩들)로 구현될 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은 가입자 식별 모듈(196)에 저장된 가입자 정보(예: 국제 모바일 가입자 식별자(IMSI))를 이용하여 제 1 네트워크(198) 또는 제 2 네트워크(199)와 같은 통신 네트워크 내에서 전자 장치(101)를 확인 또는 인증할 수 있다.

무선 통신 모듈(192)은 4G 네트워크 이후의 5G 네트워크 및 차세대 통신 기술, 예를 들어, NR 접속 기술(new radio access technology)을 지원할 수 있다. NR 접속 기술은 고용량 데이터의 고속 전송(eMBB(enhanced mobile broadband)), 단말 전력 최소화와 다수 단말의 접속(mMTC(massive machine type communications)), 또는 고신뢰도와 저지연(URLLC(ultra-reliable and low-latency communications))을 지원할 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은, 예를 들어, 높은 데이터 전송률 달성을 위해, 고주파 대역(예: mmWave 대역)을 지원할 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은 고주파 대역에서의 성능 확보를 위한 다양한 기술들, 예를 들어, 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO(multiple-input and multiple-output)), 전차원 다중입출력(FD-MIMO: full dimensional MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 또는 대규모 안테나(large scale antenna)와 같은 기술들을 지원할 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은 전자 장치(101), 외부 전자 장치(예: 전자 장치(104)) 또는 네트워크 시스템(예: 제 2 네트워크(199))에 규정되는 다양한 요구사항을 지원할 수 있다. 일실시예에 따르면, 무선 통신 모듈(192)은 eMBB 실현을 위한 Peak data rate(예: 20Gbps 이상), mMTC 실현을 위한 손실 Coverage(예: 164dB 이하), 또는 URLLC 실현을 위한 U-plane latency(예: 다운링크(DL) 및 업링크(UL) 각각 0.5ms 이하, 또는 라운드 트립 1ms 이하)를 지원할 수 있다.

안테나 모듈(197)은 신호 또는 전력을 외부(예: 외부의 전자 장치)로 송신하거나 외부로부터 수신할 수 있다. 일실시예에 따르면, 안테나 모듈(197)은 서브스트레이트(예: PCB) 위에 형성된 도전체 또는 도전성 패턴으로 이루어진 방사체를 포함하는 안테나를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 안테나 모듈(197)은 복수의 안테나들(예: 어레이 안테나)을 포함할 수 있다. 이런 경우, 제 1 네트워크(198) 또는 제 2 네트워크(199)와 같은 통신 네트워크에서 사용되는 통신 방식에 적합한 적어도 하나의 안테나가, 예를 들면, 통신 모듈(190)에 의하여 상기 복수의 안테나들로부터 선택될 수 있다. 신호 또는 전력은 상기 선택된 적어도 하나의 안테나를 통하여 통신 모듈(190)과 외부의 전자 장치 간에 송신되거나 수신될 수 있다. 어떤 실시예에 따르면, 방사체 이외에 다른 부품(예: RFIC(radio frequency integrated circuit))이 추가로 안테나 모듈(197)의 일부로 형성될 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 안테나 모듈(197)은 mmWave 안테나 모듈을 형성할 수 있다. 일실시예에 따르면, mmWave 안테나 모듈은 인쇄 회로 기판, 상기 인쇄 회로 기판의 제 1 면(예: 아래 면)에 또는 그에 인접하여 배치되고 지정된 고주파 대역(예: mmWave 대역)을 지원할 수 있는 RFIC, 및 상기 인쇄 회로 기판의 제 2 면(예: 윗 면 또는 측 면)에 또는 그에 인접하여 배치되고 상기 지정된 고주파 대역의 신호를 송신 또는 수신할 수 있는 복수의 안테나들(예: 어레이 안테나)을 포함할 수 있다.

상기 구성요소들 중 적어도 일부는 주변 기기들간 통신 방식(예: 버스, GPIO(general purpose input and output), SPI(serial peripheral interface), 또는 MIPI(mobile industry processor interface))을 통해 서로 연결되고 신호(예: 명령 또는 데이터)를 상호간에 교환할 수 있다.

일실시예에 따르면, 명령 또는 데이터는 제 2 네트워크(199)에 연결된 서버(108)를 통해서 전자 장치(101)와 외부의 전자 장치(104)간에 송신 또는 수신될 수 있다. 외부의 전자 장치(102, 또는 104) 각각은 전자 장치(101)와 동일한 또는 다른 종류의 장치일 수 있다. 일실시예에 따르면, 전자 장치(101)에서 실행되는 동작들의 전부 또는 일부는 외부의 전자 장치들(102, 104, 또는 108) 중 하나 이상의 외부의 전자 장치들에서 실행될 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(101)가 어떤 기능이나 서비스를 자동으로, 또는 사용자 또는 다른 장치로부터의 요청에 반응하여 수행해야 할 경우에, 전자 장치(101)는 기능 또는 서비스를 자체적으로 실행시키는 대신에 또는 추가적으로, 하나 이상의 외부의 전자 장치들에게 그 기능 또는 그 서비스의 적어도 일부를 수행하라고 요청할 수 있다. 상기 요청을 수신한 하나 이상의 외부의 전자 장치들은 요청된 기능 또는 서비스의 적어도 일부, 또는 상기 요청과 관련된 추가 기능 또는 서비스를 실행하고, 그 실행의 결과를 전자 장치(101)로 전달할 수 있다. 전자 장치(101)는 상기 결과를, 그대로 또는 추가적으로 처리하여, 상기 요청에 대한 응답의 적어도 일부로서 제공할 수 있다. 이를 위하여, 예를 들면, 클라우드 컴퓨팅, 분산 컴퓨팅, 모바일 에지 컴퓨팅(MEC: mobile edge computing), 또는 클라이언트-서버 컴퓨팅 기술이 이용될 수 있다. 전자 장치(101)는, 예를 들어, 분산 컴퓨팅 또는 모바일 에지 컴퓨팅을 이용하여 초저지연 서비스를 제공할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 외부의 전자 장치(104)는 IoT(internet of things) 기기를 포함할 수 있다. 서버(108)는 기계 학습 및/또는 신경망을 이용한 지능형 서버일 수 있다. 일실시예에 따르면, 외부의 전자 장치(104) 또는 서버(108)는 제 2 네트워크(199) 내에 포함될 수 있다. 전자 장치(101)는 5G 통신 기술 및 IoT 관련 기술을 기반으로 지능형 서비스(예: 스마트 홈, 스마트 시티, 스마트 카, 또는 헬스 케어)에 적용될 수 있다.

본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 전자 장치는 다양한 형태의 장치가 될 수 있다. 전자 장치는, 예를 들면, 휴대용 통신 장치(예: 스마트폰), 컴퓨터 장치, 휴대용 멀티미디어 장치, 휴대용 의료 기기, 카메라, 웨어러블 장치, 또는 가전 장치를 포함할 수 있다. 본 문서의 실시예에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않는다.

본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시예들로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 아이템에 대응하는 명사의 단수 형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", "A 또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C", "A, B 및 C 중 적어도 하나", 및 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들 중 어느 하나, 또는 그들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에, "기능적으로" 또는 "통신적으로"라는 용어와 함께 또는 이런 용어 없이, "커플드" 또는 "커넥티드"라고 언급된 경우, 그것은 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로(예: 유선으로), 무선으로, 또는 제 3 구성요소를 통하여 연결될 수 있다는 것을 의미한다.

본 문서의 다양한 실시예들에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현된 유닛을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로와 같은 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는, 상기 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 예를 들면, 일실시예에 따르면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)의 형태로 구현될 수 있다.

본 문서의 다양한 실시예들은 기기(machine)(예: 전자 장치(101)) 의해 읽을 수 있는 저장 매체(storage medium)(예: 내장 메모리(136) 또는 외장 메모리(138))에 저장된 하나 이상의 명령어들을 포함하는 소프트웨어(예: 프로그램(140))로서 구현될 수 있다. 예를 들면, 기기(예: 전자 장치(101))의 프로세서(예: 프로세서(120))는, 저장 매체로부터 저장된 하나 이상의 명령어들 중 적어도 하나의 명령을 호출하고, 그것을 실행할 수 있다. 이것은 기기가 상기 호출된 적어도 하나의 명령어에 따라 적어도 하나의 기능을 수행하도록 운영되는 것을 가능하게 한다. 상기 하나 이상의 명령어들은 컴파일러에 의해 생성된 코드 또는 인터프리터에 의해 실행될 수 있는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장 매체는, 비일시적(non-transitory) 저장 매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, ‘비일시적’은 저장 매체가 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장 매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다.

일실시예에 따르면, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory(CD-ROM))의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어^TM)를 통해 또는 두 개의 사용자 장치들(예: 스마트 폰들) 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.

다양한 실시예들에 따르면, 상기 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있으며, 복수의 개체 중 일부는 다른 구성요소에 분리 배치될 수도 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 상기 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 상기 통합 이전에 상기 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.

도 2a는 다양한 실시예에 따른 전자 장치의 외형을 도시한 것이다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 전자 장치(200)는 손목 착용 형의 웨어러블(wearable) 장치(예: 시계, 팔찌형, 밴드형, 뱅글 타입 등)일 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 광학 센서 모듈(210)(예: PPG 센서)을 탑재하여 사용자의 근접 시 사용자의 생체 정보를 획득할 수 있는 다양한 종류의 전자 장치가 본 발명의 전자 장치(200)에 해당할 수 있다. 예를 들어, 다양한 실시예에 따른 전자 장치(200)는 생체 센서를 구비한 스마트폰, 헤드 마운트 장치(예: VR(virtual reality) 장치, AR(augmented reality) 장치, MR(mixed reality) 장치, 안경 형 장치 등), 신체 부착형 기기(예: 헬스 패치, 디지털 타투 등), 의류형 기기(예: 스마트 의류, 장갑, 신발 등), 밴드형 기기(예: 손목/암 밴드, 스마트 링 등) 등으로 구현될 수도 있다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 전자 장치(200)는 본체(body)와 스트랩 (strap)을 포함할 수 있다. 본체의 전면(예: 사용자가 착용 시 외부로 노출되는 면)에는 디스플레이가 마련되어, 시간 정보를 비롯하여, 메시지, 통화 등 다양한 어플리케이션 화면이 표시될 수 있다. 전자 장치(200)의 사용자는 스트랩 (strap)을 이용해 자신의 신체(예: 손목)에 전자 장치(200)를 착용할 수 있다.

도 2b는 전자 장치(200)의 본체의 배면(예: 사용자가 착용 시 사용자의 신체에 접촉하는 면)을 도시한 것이다. 다양한 실시예에 따르면, 전자 장치(200)는 광학 센서 모듈(210)을 포함하며, 광학 센서 모듈(210)의 발광 소자 및 수광 소자는 본체의 배면에서 외부로 노출되어 외부 객체에 광을 출력하고, 그로부터 반사된 반사광을 감지할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 광학 센서 모듈(210)은 PPG(photoplethysmography) 센서를 포함할 수 있다. PPG 센서는 발광 소자(예: LED)에서 출력한 광이 외부 객체(예: 사용자의 신체)에 반사된 반사광을 수광 소자(예: photodiode)에서 감지하고, 수광 소자에서 감지한 반사광에 기반하여, 사용자의 심박(heart rate), 스트레스(stress), 혈중 산소 포화도(SpO2) 등의 생체 정보를 측정할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 광학 센서 모듈(210)은 적어도 하나의 발광 소자 및 수광 소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2b에 도시된 바와 같이, 광학 센서 모듈(210)은 4개의 발광 소자 및 8개의 수광 소자를 포함할 수 있으나, 발광 소자 및 수광 소자의 수 및/또는 배치 형태는 도 2b에 한정되지 않는다. 일 실시예에 따르면, 광학 센서 모듈(210)에서 수광 소자는 발광 소자를 둘러싼 형태로 배치될 수 있으며, 수광 소자는 복수의 발광 소자에서 출력한 광의 반사광을 수신할 수 있다.

발광 소자는 가시광 대역(예: Green, Red 등) 및/또는 적외선 대역의 광을 출력할 수 있는 LED를 포함할 수 있다. 예를 들어, 발광 소자는 파장이 520 내지 565 nm인 Green 광, 파장이 660 nm 인 Red 광, 및/또는 파장이 880 내지 940 nm인 IR(infra-red) 광을 출력할 수 있다. Green 광을 사용할 경우 움직임에는 강하나 피부 투과율이 낮고, Red 광 또는 IR 광을 사용할 경우 피부 투과율은 높으나 신호 세기가 약하고 움직임에 민감할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 각각의 발광 소자는 각각 고정된 파장 대역의 광을 출력하거나(예: 제1발광 소자는 Green, 제2발광 소자는 IR 대역의 광을 출력), 각각의 발광 소자가 다양한 파장 대역의 광을 출력할 수도 있다. 수광 소자는 광 신호를 감지하여 전기적 신호로 변환하여 출력할 수 있는 포토 다이오드 (photodiode)를 포함할 수 있으며, 각각의 수광 소자는 모든 발광 소자에서 출력한 광의 반사광을 감지할 수 있다. 광학 센서 모듈(210)을 이용하여 사용자의 생체 정보를 획득하는 원리에 대해서는 도 4를 통해 보다 상세히 설명하기로 한다.

다양한 실시예에 따르면, 복수의 발광 소자는 서로 다른 대역의 파장을 갖는 광을 출력할 수도 있고, 동일한 파장의 광을 출력할 수도 있다. 예를 들면, 광학 센서 모듈은 1개의 IR LED, R LED, 및 두 개의 Green LED를 포함할 수도 있다. 일 실시예에 따르면, 하나의 발광 소자는 복수 개의 작은 발광 소자의 집합일 수 있다. 복수 개의 작은 발광 소자를 이용하면, 더욱 넓은 범위에서의 반사광을 수신하여 생성하는 생체신호 데이터의 정확성을 높일 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 수광 소자는 특정 파장의 빛만 수신할 수 있다. 수광 소자는 광 필터를 포함할 수 있으며, 해당 필터를 통과하는 빛만 수신할 수 있다. 예를 들어, 제1수광 소자에는 가시광 필터가 부착되어 있고, 제2수광 소자에는 적외선 필터가 부착되면, 제1수광 소자는 가시광 파장 대역의 빛만 차단하고 나머지 파장 대역 빛을 수광하며, 제2수광 소자는 적외선 파장 대역의 빛만 차단하고 나머지 파장 대역 빛을 수광할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 복수의 수광 소자는 적어도 하나의 채널(channel)로 구성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 수광 소자가 하나의 채널인 경우 복수의 수광 소자에서 수신하는 광량을 합하여 광 데이터를 획득하며, 복수의 채널인 경우 수광 소자 각각의 수광량을 개별적으로 식별할 수 있다. 즉, 복수의 채널인 경우 수신되는 광을 파장 대역별로 구분하여 인식할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 전자 장치(200)는 모션 센서(미도시)를 더 포함할 수 있다. 모션 센서는 자이로 센서(gyro sensor), 가속도 센서 (acceleration sensor) 등 전자 장치(200)의 움직임을 감지할 수 있는 다양한 종류의 센서로 구현될 수 있다. 전자 장치(200)는 모션 센서의 센싱 신호에 기반하여 전자 장치(200)의 움직임의 정도를 판단하고, 그에 따라 전자 장치(200)의 모션 상태(예: 평소, 수면, 운동 등)를 결정할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 전자 장치(200)는 터치 센서(미도시)를 더 포함할 수 있다. 터치 센서는 도 1의 센서 모듈(176) 구성 및/또는 기능 중 적어도 일부를 포함할 수 있으며, 사용자의 신체와 전자 장치(200)의 접촉 여부를 감지할 수 있다. 터치 센서는 전자 장치(200)의 후면부에 모션 센서 및 광학 센서 모듈(210)과 함께 위치할 수 있으며, 전자 장치(200)는 적어도 하나의 터치 센서를 포함할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 전자 장치(200)는 전자 장치(200)의 사용 상태(예: 착용 상태 및/또는 모션 상태)를 고려하여, 생체신호 데이터 획득을 위해 발광 소자 및/또는 수광 소자를 선택적으로 구동할 수 있다. 그에 따라, 사용자에게 차별화된 다양한 생체 정보를 제공할 수 있으며, 측정 신호의 정확도 증가, 소모 전류 개선, 사용자의 생체 정보 측정 시 불편함 제거 등의 효과를 달성 할 수 있다.

도 3은 다양한 실시예에 따른 전자 장치의 블록도이다.

도 3을 참조 하면, 전자 장치(300)는 디스플레이(320), 광학 센서 모듈(330), 모션 센서(340), 프로세서(310) 및 메모리(360)를 포함할 수 있으며, 다양한 실시예에서, 도시된 구성 중 일부가 생략 또는 치환 될 수도 있다. 전자 장치(300)는 도 1의 전자 장치(101)의 구성 및/또는 기능 중 적어도 일부를 더 포함할 수 있다. 도시된(또는 도시되지 않은) 전자 장치(300)의 각 구성 중 적어도 일부는 상호 작동적으로(operatively), 기능적으로(functionally) 및/또는 전기적으로 (electrically) 연결될 수 있다.

전자 장치(300)는 앞서 도 2a 및 2b를 통해 설명한 웨어러블 디바이스일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 광학 센서 모듈(330)을 탑재하여 사용자의 근접 시 사용자의 생체 정보를 획득할 수 있는 스마트폰, 헤드 마운트 장치(예: VR(virtual reality) 장치, AR(augmented reality) 장치, MR(mixed reality) 장치, 안경형 장치 등), 신체 부착형 기기(예: 헬스 패치, 디지털 타투 등), 의류형 기기(예: 스마트 의류, 장갑, 신발 등), 밴드형 기기(예: 손목/암 밴드, 스마트 링 등) 등으로 구현될 수도 있다.

다양한 실시예에 따르면, 디스플레이(320)는 프로세서(310)의 제어에 따라 다양한 영상을 표시할 수 있다. 디스플레이(320)는 액정 디스플레이(liquid crystal display(LCD)), 발광 다이오드(light-emitting diode(LED)) 디스플레이, 마이크로 LED(micro LED) 디스플레이, QD(quantum dot) 디스플레이 또는 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode(OLED)) 디스플레이 중 어느 하나로 구현될 수 있으며, 이에 한정되지는 않는다. 디스플레이(320)는 사용자의 신체 일부(예: 손가락) 또는 입력 장치(예: 스타일러스 펜)를 이용한 터치 및/또는 근접 터치(또는 호버링) 입력을 감지하는 터치 스크린으로 형성될 수 있다. 디스플레이(320)는 도 1의 디스플레이 모듈의 구성 및/또는 기능 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 디스플레이(320)는 적어도 일부가 플렉서블(flexible) 할 수 있으며, 폴더블(foldable) 디스플레이, 또는 롤러블(rollable) 디스플레이로 구현될 수도 있다.

다양한 실시예에 따르면, 광학 센서 모듈(330)은 적어도 하나의 발광 소자(예: 제1발광 소자 및 제2발광 소자) 및 적어도 하나의 수광 소자를 포함할 수 있다. 이하에서는, 광학 센서 모듈(330)이 제1발광 소자 및 제2발광 소자를 포함하는 것으로 설명하나, 광학 센서 모듈(330)에 포함된 발광 소자의 수가 이에 한정되는 것은 아니다.

앞서 도 2b를 통해 설명한 바와 같이, 발광 소자 및 수광 소자는 전자 장치(300)의 본체의 배면에서 외부로 노출 되어, 사용자가 전자 장치(300)를 착용 시 사용자의 신체와 접촉(또는 근접)할 수 있다. 광학 센서 모듈(330)은 프로세서(310)와 전기적으로 연결되며, 프로세서(310)의 제어 신호에 따라 구동될 발광 소자 및 출력 파장이 결정될 수 있고, 수광 소자에서 감지된 광 신호는 전기적 신호로 변환되어 프로세서(310)에 제공될 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 제1발광 소자는 제1속성을 갖고, 제2발광 소자는 제2속성을 가질 수 있으며, 여기서 제1속성 및 제2속성은 발광 소자의 출력 세기 및/또는 출력 파장에 관련된 속성일 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 제1발광 소자 및 제2발광 소자는 출력 세기 또는 출력 파장 중 적어도 하나가 서로 상이한 속성을 포함할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 광학 센서 모듈(330)은 다양한 출력 파장의 빛을 출력할 수 있으며, 일정한 주기로 광을 출력할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 광학 센서 모듈(330)은 다양한 출력 파장을 갖는 광을 출력하는 발광 구간 및 발광 소자에서 광을 출력하지 않는 공백 구간을 포함하는 주기로 광을 출력할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 발광 구간 및 공백 구간의 적어도 일부는 사용자의 전자 장치(300) 착용 여부를 감지하는 데 사용될 수 있고, 다른 일부는 사용자의 생체신호 데이터를 생성하는 데 사용될 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 광학 센서 모듈(330)은 센서 다이오드, 오프셋 제어 회로 및 증폭 회로 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 센서 다이오드는 발광 소자가 출력한 광의 반사광을 수신하여 이를 전기 신호로 변환하고, 광 데이터를 생성할 수 있다. 오프셋 제어 회로는 수신한 광 데이터가 전자 장치(300)의 동적 범위(dynamic range, DR)와 동기화(synchronize)되도록 전기 신호를 조절할 수 있다. 증폭 회로는 증폭 이득(transimpedance amplifier gain, TIA gain)을 조절하여 전기 신호를 증폭 또는 감소시키는 등 진폭을 조절할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 모션 센서(340)는 자이로 센서, 가속도 센서 등 전자 장치(300)의 움직임을 감지할 수 있는 다양한 종류의 센서로 구현될 수 있다. 모션 센서(340)는 프로세서(310)와 전기적으로 연결되어, 전자 장치(300)의 움직임 감지에 따라 생성한 모션 데이터를 프로세서(310)에 제공할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 터치 센서(350)는 도 1의 센서 모듈(176) 구성 및/또는 기능 중 적어도 일부를 포함할 수 있으며, 사용자의 신체와 전자 장치(300)의 접촉 여부를 감지할 수 있다. 터치 센서(350)는 전극 센서(conductivity sensor), 정전식 터치 센서(capacitive touch sensor), 저항막 터치 센서(resistive touch sensor), 표면형 터치 센서(surface touch sensor), 투영형 터치 센서(projected captivated(PCAP) touch sensor), 초음파형 터치 센서(surface acoustic wave touch sensor) 중 어느 하나로 구현될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.

다양한 실시예에 따르면, 메모리(360)는 휘발성 메모리(예: 도 1의 휘발성 메모리(132)) 및 비휘발성 메모리(예: 도 1의 비휘발성 메모리(134))를 포함하여, 다양한 데이터들을 일시적 또는 영구적으로 저장할 수 있다. 메모리(360)는 도 1의 메모리(130)의 구성 및/또는 기능 중 적어도 일부를 포함하고, 도 1의 프로그램(140)을 저장할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 메모리(360)는 프로세서(310)에서 수행될 수 있는 다양한 인스트럭션(instruction)들을 저장할 수 있다. 이와 같은 인스트럭션들은 프로세서(310)에 의해 인식될 수 있는 산술 및 논리 연산, 데이터 이동, 입출력 등과 같은 제어 명령을 포함할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 프로세서(310)는 전자 장치(300) 각 구성요소들(예: 디스플레이(320), 광학 센서 모듈(330), 모션 센서(340), 메모리(360))과 작동적으로(operatively), 기능적으로(functionally), 및/또는 전기적으로(electrically) 연결되어, 각 구성요소들의 제어 및/또는 통신에 관한 연산이나 데이터 처리를 수행할 수 있는 구성일 수 있다. 프로세서(310)는 도 1의 프로세서(120)의 구성 및/또는 기능 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 프로세서(310)가 전자 장치(300) 상에서 구현할 수 있는 연산 및 데이터 처리 기능에는 한정됨이 없을 것이나, 이하에서는 측정 모드 전환 시 자동 이득 제어(auto gain control, AGC) 수행에 걸리는 시간을 최소화하기 위한 다양한 실시예에 대해 설명하기로 한다. 후술할 프로세서(310)의 동작들은 메모리(360)에 저장된 인스트럭션들을 로딩(loading)함으로써 수행될 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 프로세서(310)는 광학 센서 모듈(330)의 오프셋 제어 회로 및 증폭 회로에 적용되는 설정값을 결정할 수 있다. 프로세서(310)는 수광 소자에서 생성한 광 데이터가 전자 장치(300)의 동적 범위와 연동되도록 하는 설정값을 결정할 수 있다. 동적 범위와 연동되는 설정값은 수신되는 광 데이터에 따라 달라질 수 있고, 이는 사용자의 신체 상태에 따라서 달라질 수도 있다. 설정값은 오프셋 제어 회로에 적용되는 오프셋 전류 값 및 증폭 회로의 증폭 이득을 포함할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 프로세서(310)는 광학 센서 모듈(330)이 생성한 광 데이터를 확인할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 광학 센서 모듈(330)은 다양한 출력 파장의 광을 출력하는 발광 구간 및 발광 소자에서 광을 출력하지 않는 공백 구간을 포함하는 주기로 광을 출력할 수 있다. 광학 센서 모듈(330)은 수광 소자에서 출력한 광이 신체에 충돌해 반사되는 반사광을 수신하여 광 데이터를 생성할 수 있다. 프로세서(310)는 광학 센서 모듈(330)이 생성한 광 데이터를 확인하고, 경우에 따라 메모리(360)에 광 데이터를 저장할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 프로세서(310)는 확인한 광 데이터에 기초하여 생체신호 데이터를 생성할 수 있다. 발광 소자에서 출력한 광은 사용자의 신체 상태에 따라서 반사되는 정도가 다를 수 있고, 프로세서(310)는 확인한 광 데이터에 기초하여 사용자의 신체 상태를 분석하고, 생체신호 데이터를 생성할 수 있다. 프로세서(310)는 사용자의 심박 수(heart rate), 스트레스(stress), 혈중 산소포화도(SpO2) 중 적어도 하나에 대한 생체신호 데이터를 생성할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 프로세서(310)는 모션 센서(340)가 생성한 모션 데이터를 확인할 수 있다. 모션 센서(340)는 사용자의 움직임을 감지하여 모션 데이터를 생성할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 모션 데이터는 사용자의 활동량을 수치화한 값을 수 있다. 예를 들어, 사용자의 움직임이 느려지거나, 빨라지는 경우, 모션 센서(340)는 변화한 사용자의 움직임을 감지하고, 움직임임 적은 경우의 모션 데이터와 많은 경우의 모션 데이터를 각각 생성할 수 있다. 프로세서(310)는 모션 센서(340)가 생성한 모션 데이터를 확인할 수 있으며, 필요한 경우 확인한 모션 데이터를 메모리(360)에 저장할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 프로세서(310)는 측정 모드 전환 이벤트를 감지할 수 있다. 프로세서(310)는 특정 이벤트 발생 시 제1측정 모드에서 제2측정 모드로 전환할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1측정 모드는 제1파장을 갖는 광을 출력하고, 그 반사광으로 생체신호 데이터를 생성하는 측정 모드일 수 있고, 제2측정 모드는 제2파장을 갖는 광을 출력하고, 그 반사광으로 생체신호 데이터를 생성하는 측정 모드일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(310)는 측정 모드 전환 이벤트 감지를 위하여 광 데이터 및 모션 데이터 중 적어도 하나를 이용할 수 있다. 예를 들면, 프로세서(310)는 사용자의 움직임이 적은 경우에 제1측정 모드로 생체신호 데이터를 생성하고, 사용자의 움직임이 많아지는 경우 제2측정 모드로 전환하여 생체 신호 데이터를 생성할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 광학 센서 모듈(330)이 광을 출력하는 주기는 적어도 하나의 공백 구간 및 발광 구간을 포함할 수 있고, 공백 구간은 발광 구간의 전 및/또는 후에 수행할 수 있다. 공백 구간이 발광 구간 하나 당 두 개인 경우, 발광 구간의 전후로 공백 구간이 진행될 수 있고, 공백 구간이 발광 구간 하나 당 하나인 경우, 공백 구간은 발광 구간의 앞 또는 뒤에 위치할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 측정 모드 전환 이벤트 감지에 응답하여, 제1측정 모드의 적어도 하나의 공백 구간을 발광 구간으로 전환할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(310)는 제2측정 모드에서 수행할 자동 이득 제어를 전환된 발광 구간에서 수행할 수 있다. 발광 구간 전후에 공백 구간이 존재하는 경우, 프로세서(310)는 공백 구간 중 적어도 하나를 선택하여 발광 구간으로 전환할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(310)는 자동 이득 제어의 정확도를 위해 두 개 이상의 공백 구간을 발광 구간으로 전환할 수도 있다. 공백 구간이 발광 구간의 전 또는 후에 하나만 존재하는 경우, 프로세서(310)는 착용감지 단계의 공백 구간을 발광 구간으로 전환할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 프로세서(310)는 전환한 발광 구간에서 제2광을 출력하여 자동 이득 제어를 진행할 수 있다. 발광 구간으로 전환된 공백 구간은 제1측정 모드 내에 존재할 수 있다. 프로세서(310)는 제2측정 모드에서의 자동 이득 제어를 미리 수행하기 위하여, 발광 구간으로 전환한 공백 구간에서 제2광을 출력하고, 수광 소자에서 반사광을 수신하여 자동 이득 제어를 진행할 수 있다. 프로세서(310)는 제1측정 모드의 공백 구간에서 제2발광 소자를 동작하여 제2측정 모드에서 사용될 제2광을 출력하고, 이를 이용하여 자동 이득 제어를 진행할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 프로세서(310)는 자동 이득 제어에서 설정값을 결정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 설정값은 오프셋 제어 회로에 적용되는 오프셋 전류 값 또는 증폭 회로에 적용되는 증폭 이득 중 적어도 하나일 수 있다. 프로세서(310)는 회로 소자값에 기초하여 자동 이득 제어의 반복 횟수를 결정할 수 있다. 프로세서(310)는 자동 이득 제어를 한 번만 수행할 수도 있고, 여러 번 반복할 수도 있다. 프로세서(310)는 자동 이득 제어에서 오프셋 전류 값 및 증폭 이득을 결정할 수 있다. 즉, 설정값(오프셋 전류 값 및 증폭 이득)을 변경하고, 변경한 설정값을 오프셋 제어 회로 및 증폭 회로에 적용하는 과정을 반복하여 제2측정 모드에서 회로에 적용될 설정값을 결정할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 프로세서(310)는 설정값을 결정한 후 제2측정 모드로 전환할 수 있다. 프로세서(310)는 제2측정 모드로 전환하고, 광학 센서 모듈(330)에 제2광을 출력하는 제2발광 소자를 작동하여 생체신호 데이터를 생성할 수 있다. 프로세서(310)는 제1측정 모드에서 자동 이득 제어를 모두 수행할 수 있고, 제2측정 모드로 전환한 이후에 별도의 자동 이득 제어를 수행하지 않아도 되어 효율적으로 동작할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 프로세서(310)는 자동 이득 제어를 하나의 공백 구간 내에서 수행하지 않고 불연속적으로 발생하는 설정값 변경 이벤트 마다 설정값을 보정할 수 있다. 이하는 자동 이득 제어를 하나의 공백 구간 내에서 수행하여 설정값을 결정하는 것이 아닌, 설정값 변경 이벤트 발생 시 보정 조건을 만족하면 설정값을 보정하고, 측정 모드 전환 시 보정된 설정값을 적용하는 방식에 대한 설명이다.

다양한 실시예에 따르면, 프로세서(310)는 사용자 움직임, 설정값 보정 주기, 광 데이터 변화량 중 적어도 하나를 포함하는 보정 조건을 설정할 수 있다. 프로세서(310)는 광 데이터를 전자 장치(300)의 동적 범위와 연동시키기 위해 설정값을 보정할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(310)는 사용자가 제1속도 이상으로 이동하는 경우에 측정모드를 전환하기로 설정할 수 있다. 프로세서(310)는 모션 데이터를 이용하여 사용자가 제1속도 이상으로 이동하는지 확인하고, 측정 모드 전환 여부를 결정할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 프로세서(310)는 광 데이터 및 모션 데이터에 무관하게 설정값 보정 주기를 설정할 수 있다. 프로세서(310)는 설정값 보정 주기가 되면, 광 데이터 및 모션 데이터와는 별개로 설정값을 보정할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 프로세서(310)는 사용자의 전자 장치(300) 착용 여부에 따라서 설정값을 보정할 수 있다. 프로세서(310)는 터치 센서(350) 및 광학 센서 모듈(330)에서 확인한 정보에 기반하여 사용자의 전자 장치(300) 착용 여부를 감지할 수 있고, 그에 따라 설정값을 보정할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 프로세서(310)는 광 데이터 및 모션 데이터 중 적어도 하나에 기반하여 보정 조건을 만족하는지 판단할 수 있다. 프로세서(310)는 광 데이터에 기초하여 사용자의 혈중 산소 포화도(SpO2) 및 혈관의 수축, 팽창에 대한 정보를 알 수 있고, 모션 데이터에 기초하여 사용자의 움직임에 대한 정보를 알 수 있다. 예를 들어, 사용자의 손목의 혈관을 흐르는 혈액이 증가하는 경우 혈관이 팽창하게 되고, 그에 따라 반사되어 수광 소자에서 감지되는 반사광의 양은 감소할 수 있다. 프로세서(310)는 현재 설정값을 측정하고, 메모리(360)에 저장된 설정값과 비교하여 그 차이를 계산할 수 있다. 차이값이 임계치를 넘는 경우, 프로세서(310)는 현재 설정값을 메모리(360)에 저장할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 프로세서(310)는 측정 모드 전환 시 저장한 설정값을 오프셋 제어 회로 및 증폭 회로에 적용할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(310)는 설정값 보정 이벤트 발생 시, 측정 모드를 전환할지 여부를 판단할 수 있다. 프로세서(310)가 측정 모드를 전환하는 것으로 결정하는 경우, 제2측정 모드로 전환한 후 발생한 설정값 보정 이벤트에 대응하여 보정을 진행하고, 메모리(360)에 저장된 설정값을 오프셋 제어 회로 및 증폭 회로에 적용할 수 있다.

도 4a는 다양한 실시예에 따른 광학 센서 모듈의 원리를 도시한 도면이다.

도 4b는 다양한 실시예에 따른 광학 센서 모듈이 출력하는 광 주기를 도시한 도면이다.

도 4a는 전자 장치를 사용자가 착용한 상태에서 발광 소자(420)(예: 제1발광 소자 및 제2발광 소자)로부터 출력된 광이 외부 객체(예: 사용자의 손목)에서 부딪혀 반사된 반사광이 수광 소자(410)를 통해 감지되는 원리를 도시하고 있다. 도 2b에서는 4개의 발광 소자(420)와 8개의 수광 소자(410)를 도시 하였으나, 앞서 설명한 바와 같이, 전자 장치는 복수의 발광 소자(420) 및/또는 수광 소자(410)를 포함할 수 있으며, 그 수에는 정함이 없다.

발광 소자(420)는 프로세서(예: 도 1의 프로세서(120), 도 3의 프로세서(310))의 제어 신호에 따라 특정한 파장 대역(예: Green, Red, IR)의 광을 출력할 수 있다. 발광 소자(420)에서 출력한 광은 조직 관류(perfused tissue) 및/또는 뼈를 통해 반사될 수 있으며, 사용자의 신체 상황에 따라 수광 소자(410)에서 수신되는 광 신호의 성질이 달라질 수 있다. 예를 들어, 사용자의 손목의 혈관을 흐르는 혈액이 증가하는 경우 혈관이 팽창하게 되고, 그에 따라 반사되어 수광 소자(410)에서 감지되는 반사광의 양은 감소할 수 있다. 이와 같이, 전자 장치는 수광 소자(410)에서 감지된 반사광의 속성에 따라 사용자의 심박, 스트레스, 혈중 산소 포화도(SpO2) 등의 생체 정보를 측정할 수 있다.

도 4b를 참조하면, 광학 센서 모듈(400)은 착용감지 단계 및 신호측정 단계를 포함하는 주기로 광을 출력할 수 있다. 프로세서는 광학 센서 모듈(400)의 동작 주파수(pulse repetition frequency, PRF)를 결정할 수 있다. 광학 센서 모듈(400)은 상기 동작 주파수에 의해서 결정되는 동작 주기(예: 40ms) 내에 적어도 하나의 발광 구간 및 공백 구간을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1주기는 공백 구간인 제1구간, IR 발광 구간인 제2구간, 공백 구간인 제3구간, 공백 구간인 제4구간, Green 발광 구간인 제5구간, 및 공백 구간인 제6구간을 포함할 수 있다. 이 중 제1구간 내지 제3구간은 사용자의 전자 장치 착용 여부를 감지하기 위한 착용감지 단계일 수 있고, 제4구간 내지 제6구간은 사용자의 생체신호 데이터를 생성하기 위한 신호측정 단계일 수 있다. 광학 센서 모듈(400)은 동일한 측정 모드 내에서는 같은 주기로 반복하여 광을 출력할 수 있다. 예를 들면, 제1주기가 끝난 후 같은 주기로 광을 출력할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1주기에서 진행된 제1구간 내지 제6구간과 다음 주기의 제1구간 사이에 시간적 공백이 존재할 수도 있다. 시간적 공백은 사용자의 생체신호 데이터를 연속적으로 생성할 수 있는 시간으로 설정될 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 프로세서는 적어도 하나의 공백 구간에서 획득한 광 데이터를 이용하여 외부 광에 의한 노이즈를 제거할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 수광 소자(410)는 발광 소자(420)에서 출력한 광이 신체에 반사되어 돌아오는 반사광을 수신하면서 외부 광도 같이 수신할 수 있다. 정확한 생체신호 데이터를 생성하기 위하여, 프로세서는 적어도 하나의 공백 구간에서 획득한 광 데이터를 이용하여 외부 광으로 인한 노이즈를 계산할 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 정해진 데이터 수집 시간(예: 1초) 내에서 매 공백 구간마다 노이즈 샘플을 획득할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서는 상기 노이즈 샘플의 평균, 분산, 및 편차를 계산하고, 이를 이용하여 정확한 생체신호 데이터를 생성할 수 있다. 예를 들면, 프로세서는 발광 구간에서 획득한 광 데이터에서 상기 노이즈 샘플의 평균값을 제거하여 광 데이터의 정확성을 높일 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 프로세서는 보다 정확한 데이터 생성을 위하여, 발광 구간의 전후에 수행되는 공백 구간에서 생성되는 데이터의 평균치를 사용할 수 있다. 예를 들어, 제1구간에서 10 lx의 광을 수신하고, 제2구간에서 50 lx의 광을 수신하고, 제3구간에서 20 lx의 광을 수신한 경우, 프로세서는 제1구간 및 제3구간에서 수신한 광의 평균치인 15 lx를 외부 광에 의한 노이즈로 판단할 수 있다. 프로세서는 제2구간에서 수신한 50 lx에서 15 lx를 제거한 것이 발광 소자(420)가 출력한 광의 반사광 만을 수신한 정확한 데이터로 결정할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 프로세서는 각 발광 구간에서 출력할 광의 출력 파장을 결정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 광학 센서 모듈(400)은 착용감지 단계의 발광 구간에서 긴 출력 파장(예: Red, IR)을 갖는 광을 출력할 수 있다. 착용감지 단계에서 수신하는 반사광은 생체신호 데이터 생성에 사용되지 않을 수 있다. 프로세서는 착용감지 단계에서 반사광이 수신되면 사용자가 전자 장치를 착용 중인 것으로 판단할 수 있고, 반사광이 수신되지 않으면 사용자가 전자 장치를 착용 중이지 않은 것으로 판단할 수 있다.

예를 들어, 프로세서는 제1측정 모드에서, 제1파장을 갖는 제1광(예: Green)을 출력하여 생체신호 데이터를 생성할 수 있다. 광학 센서 모듈(400)은 제1측정 모드에서, 공백 구간인 제1구간, IR 발광 구간인 제2구간, 공백 구간인 제3구간, 공백 구간인 제4구간, Green 발광 구간인 제5구간, 공백 구간인 제6구간을 포함하는 제1주기로 광을 출력할 수 있다. 이후 측정 모드를 전환한 경우, 프로세서는 제2측정 모드에서, 제2파장을 갖는 제2광(예: IR)을 출력하여 생체신호 데이터를 생성할 수 있다. 광학 센서 모듈(400)은 제2측정 모드에서, 공백 구간인 제7구간, IR 발광 구간인 제8구간, 공백 구간인 제9구간, 공백 구간인 제10구간, IR 발광 구간인 제11구간, 공백 구간인 제12구간을 포함하는 제2주기로 광을 출력할 수 있다.

도 5a, 도 5b 및 도 5c는 다양한 실시예에 따른 전자 장치가 공백 구간을 발광 구간으로 전환하여 설정값을 결정하는 광 주기를 도시한 도면이다.

도 5a는 공백 구간이 발광 구간의 전후에 진행하는 실시예를 도시한 것이다. 제1측정 모드(예: IR-HR mode)는 공백 구간인 제1구간(502), IR 발광 구간인 제2구간(504), 공백 구간인 제3구간(506), 공백 구간인 제4구간(512), IR 발광 구간인 제5구간(514), 공백 구간인 제6구간(516)을 포함할 수 있다. 제1구간(502), 제2구간(504) 및 제3구간(506)은 사용자의 전자 장치 착용 여부를 판단하기 위한 착용감지 단계이고, 제4구간(512), 제5구간(514) 및 제6구간(516)은 사용자의 생체신호 데이터를 생성하기 위한 신호측정 단계일 수 있다. 제1측정 모드에서 제2측정 모드(예: green-HR mode)로 측정 모드를 전환하는 이벤트 발생 시, 프로세서는 제6구간(516)을 green 발광 구간으로 전환할 수 있다. 프로세서는 제2측정 모드 수행에 필요한 자동 이득 제어를 제6구간(516)에서 수행할 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 제2측정 모드는 공백 구간인 제7구간, IR 발광 구간인 제8구간, 공백 구간인 제9구간, 공백 구간인 제10구간, green 발광 구간인 제11구간, 공백 구간인 제12구간을 포함할 수 있다. 제2측정 모드에서 제3측정 모드(예: IR-HR mode)로 측정 모드를 전환하는 이벤트 발생 시, 프로세서는 제12구간을 IR 발광 구간으로 전환할 수 있다. 프로세서는 제3측정 모드 수행에 필요한 자동 이득 제어를 제12구간에서 수행할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 발광 구간의 전후에 위치하는 공백 구간 중 하나가 발광 구간으로 전환된 경우, 프로세서는 남은 하나의 공백 구간을 이용하여 발광 구간의 노이즈를 제거할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제6구간(516) 및 제12구간이 발광 구간으로 전환된 경우, 프로세서는 제4구간(512) 및 제10구간에서 얻은 광 데이터에 기초하여 제5구간(514) 및 제11구간에서 얻은 광 데이터의 노이즈를 제거할 수 있다. 공백 구간이 하나뿐이기 때문에 평균치가 아닌 하나의 광 데이터 만으로 노이즈를 제거할 수 있다.

도 5b는 공백 구간을 발광 구간의 전에만 진행하는 실시예를 도시한 것이다. 제1측정 모드는 공백 구간인 제1구간(522), IR 발광 구간인 제2구간(524), 공백 구간인 제3구간(532), green 발광 구간인 제4구간(534)을 포함할 수 있다. 제1측정 모드에서 제2측정 모드로 전환하는 이벤트 발생 시, 프로세서는 제1구간(522)을 green 발광 구간으로 전환할 수 있다. 프로세서는 제2측정 모드 수행에 필요한 자동 이득 제어를 제1구간(522)에서 수행할 수 있다. 프로세서는 제3구간(532) 광 데이터를 제4구간(534) 광 데이터의 노이즈 제거에 사용할 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 제2측정 모드는 공백 구간인 제5구간, IR 발광 구간인 제6구간, 공백 구간인 제7구간, green 발광 구간인 제8구간을 포함할 수 있다. 제2측정 모드에서 제3측정 모드로 전환하는 이벤트 발생 시, 프로세서는 제5구간을 IR 발광 구간으로 전환할 수 있다. 프로세서는 제3측정 모드 수행에 필요한 자동 이득 제어를 제5구간에서 수행할 수 있다.

도 5c는 공백 구간을 발광 구간의 후에만 진행하는 실시예를 도시한 것이다. 공백 구간이 발광 구간의 후에만 진행하는 실시예는 공백 구간이 발광 구간의 전에만 진행하는 실시예의 동작과 같고, 공백 구간인 제2구간 및 제6구간을 발광 구간으로 전환하여 다음 측정 모드의 자동 이득 제어를 수행할 수 있다.

도 6은 다양한 실시예에 따른 광학 센서 모듈의 오프셋 제어 회로 및 증폭 회로를 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 광학 센서 모듈(예: 도 3의 광학 센서 모듈(330), 도 4의 광학 센서 모듈(400))은 적어도 하나의 수광 소자(예: 포토 다이오드(610)(photo diode)), 오프셋 제어 회로(620) 및 증폭 회로(630)를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 수광 소자는 발광 소자가 출력한 광의 반사광을 수신하고, 이를 전기 신호로 전환할 수 있다. 이하에서는 수광 소자가 수신한 반사광이 오프셋 제어 회로(620) 및 증폭 회로(630)를 거치며 전자 장치의 동작 범위(dynamic range, DR)내로 조절되는 과정을 설명한다.

다양한 실시예에 따르면, 프로세서는 오프셋 제어 회로(620)에서 전기 신호로 변환된 반사광의 신호를 조절할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서는 오프셋 전류 값을 조절하여 수신한 반사광을 동작 범위 내의 신호로 조절할 수 있다. 프로세서는 수신한 반사광의 광 데이터에서 오프셋 전류 값만큼을 더하거나 빼서 대역을 조절할 수 있다. 예를 들어, 동작 범위가 1000부터 2000인데, 수신되는 광 데이터는 2300에서 2700사이인 경우, 프로세서는 오프셋을 1000으로 결정하여 수신되는 광 데이터에서 오프셋 전류 값을 뺀 1300부터 1700의 값을 획득할 수 있다. 반대로 광 데이터의 값이 동작 범위보다 작은 경우에는 오프셋을 더하여 동작 범위 내로 조절할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 프로세서는 증폭 회로(630)에서 광 데이터의 진폭을 조절할 수 있다. 프로세서는 증폭 회로(630)의 소자 값(저항, 캐패시터)을 조절하여 광 데이터의 진폭을 조절할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 증폭 회로(630)는 전압 증폭기(voltage amplifier), 전류 증폭기(current amplifier), 트랜스컨덕턴스 증폭기(transconductance amplifier), 트랜스레지스턴스 증폭기(transresistance amplifier), 트랜스임피던스 증폭기(transimpedance amplifier) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 증폭 회로(630)는 오프셋 제어 회로(620)를 거쳐 들어오는 전류 입력에 대응하는 전압 신호를 출력할 수 있다.

예를 들어, 전자 장치의 동작 범위가 1000부터 2000이고 오프셋 제어 회로(620)를 거친 광 데이터 값은 1300부터 1700인 경우, 동작 범위는 1000인데 광 데이터의 범위는 400이므로 2.5배만큼 진폭을 증폭하여 동작 범위 내에서 최대로 가동하도록 조절할 수 있다. 반대로 광 데이터 값의 진폭이 동작 범위보다 더 큰 경우에는 진폭을 축소하여 동작 범위 내로 조절할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 동작 범위, 초기 오프셋 전류 값 및 초기 증폭 이득은 전자 장치의 제조 시 정해질 수 있다. 프로세서는 수신되는 광 데이터의 값에 따라 오프셋 전류 값 및 증폭 이득(증폭 회로(630)의 소자 값(저항, 캐패시터))을 결정할 수 있다. 프로세서는 오프셋 전류 값 및 증폭 이득을 결정하는 자동 이득 제어를 수행할 수 있다. 자동 이득 제어를 거치며 설정값을 결정하고, 결정한 설정값을 오프셋 제어 회로(620) 및 증폭 회로(630)에 적용할 수 있다.

도 7은 다양한 실시예에 따른 전자 장치의 소프트웨어 레이어 구성을 도시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 전자 장치는 어플리케이션(720)(application), 플랫폼(710)(platform)(예: Android, WearOS) 를 포함하는 어플리케이션 프로세서(700)(application processor, AP) 및 센서를 포함하여 설계될 수 있다. 상기 어플리케이션 프로세서(700)는 전자 장치의 구동 시 하드웨어와 프로세서의 보안, 시스템 자원의 효율적 관리, 메모리 관리, 인터페이스 제공, 멀티 프로세스, 그리고 서비스 연결 관리 등 중 적어도 하나를 수행할 수 있다.

상기 어플리케이션(720)은 전자 장치 내에서 구동되어 표시 가능한 다양한 프로그램을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치 내의 다양한 메뉴 등에 관한 UI 어플리케이션(720)과, 외부 장치 또는 네트워크를 통해 다운로드 되어 저장되며, 사용자에 의해 설치 또는 삭제가 자유로운 어플리케이션(720) 등을 포함할 수 있다. 이러한 어플리케이션(720)을 통해, SNS, 위치기반 서비스(LBS), 지도 서비스, 웹 검색 서비스, 애플리케이션 검색 서비스, 문자/멀티미디어 메시지 서비스, 메일 서비스, 주소록 서비스, 미디어 재생 서비스 등이 수행될 수 있다. 또한, 게임, 일정관리 등 다양한 기능이 수행될 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 프로세서는 센서(730)를 컨트롤하고, 센서(730)가 생성하는 센서 데이터를 확인할 수 있다. 프로세서는 모션 센서(예: 도 3의 모션 센서(340))가 생성한 모션 데이터 및 광학 센서 모듈(예: 도 4의 광학 센서 모듈(400))이 생성한 광 데이터를 확인할 수 있다. 모션 데이터에는 사용자의 움직임 및 활동량에 대한 정보가 포함될 수 있으며, 광 데이터에는 발광 소자가 출력한 빛이 신체에 반사되어 돌아온 반사광의 정보가 포함될 수 있다. 프로세서는 광학 센서 모듈 내의 오프셋 제어 회로(예: 도 6의 오프셋 제어 회로(620)) 및 증폭 회로(예: 도 6의 증폭 회로(630))에 적용되는 설정값을 결정할 수 있다. 프로세서는 오프셋 전류 값 및 증폭 회로의 소자 값을 결정하여 광 데이터를 동작 범위 내로 조절할 수 있다.

도 8a 및 도 8b는 다양한 실시예에 따른 전자 장치가 측정 모드 전환 전 자동 이득 제어를 수행하는 방법을 도시한 도면이다.

다양한 실시예에 따르면, 프로세서는 측정 모드를 전환할 때 자동 이득 제어를 수행할 수 있다. 도 8a는 프로세서가 측정 모드 전환 이전에 자동 이득 제어(auto gain control, AGC)를 수행하는 방법을 도시한 도면이다.

다양한 실시예에 따르면, 프로세서는 측정 모드 전환 여부를 결정할 수 있다. 프로세서는 광 데이터 및 모션 데이터를 확인하고, 확인한 데이터에 기초하여 측정 모드 전환 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 사용자의 움직임이 적은 경우에는 출력 파장이 긴 광(예: IR 광)을 사용하는 제1측정 모드에서 동작하다가, 움직임이 많아지면 출력 파장이 짧은 광(예: green 광)을 사용하는 제2측정 모드로 전환하기로 결정할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 프로세서는 측정 모드 전환 결정한 경우, 제1측정 모드에서 자동 이득 제어를 수행할 수 있다. 프로세서는 자동 이득 제어를 수행하여 제2측정 모드에 적용될 설정값을 결정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서는 제1측정 모드의 적어도 하나의 공백 구간을 발광 구간으로 전환할 수 있다. 프로세서는 전환한 발광 구간에서 다음 측정 모드에 사용될 광을 출력하여 자동 이득 제어를 수행할 수 있다. 예를 들어, green 광을 사용하는 제1측정 모드에서 IR 광을 사용하는 제2측정 모드로 전환하는 경우, 프로세서는 제1측정 모드의 공백 구간 중 적어도 하나를 선택하여 발광 구간으로 전환하고, 그 구간에서 IR 광을 출력할 수 있다. 해당 구간에서 수광 소자는 IR 광이 신체에 충돌하여 반사되는 반사광을 수신하고 광 데이터를 생성할 수 있다. 프로세서는 생성한 광 데이터에 기반하여 제2측정 모드에서 적용될 설정값을 계산할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 프로세서는 자동 이득 제어를 수행한 이후 제2측정 모드로 변경하면서 결정한 설정값을 바로 적용할 수 있다. 제1측정 모드에서 이미 설정값을 결정했기 때문에, 제2측정 모드에서 따로 설정값을 계산하는 동작 없이 제2측정 모드에서 생체신호 데이터 생성을 시작할 수 있다.

도 8b는 측정 모드 전환 전에 자동 이득 제어를 수행하는 방법의 구체적인 실시예를 도시한다.

일 실시예에 따르면, 프로세서는 제1측정 모드에서는 green 광으로 생체신호 데이터를 생성하고, 제2측정 모드에서는 IR 광으로 생체신호 데이터를 생성할 수 있다. 제1측정 모드는, 공백 구간인 제1구간, IR 발광 구간인 제2구간, 공백 구간인 제3구간, 공백 구간인 제4구간, green 발광 구간인 제5구간, 공백 구간인 제6구간을 포함하는 주기로 광을 출력할 수 있다. 프로세서에서 측정 모드를 전환하기로 결정한 경우, 프로세서는 광 출력 주기를 적어도 한 번 더 반복한 후 측정 모드를 전환할 수 있다. 제1측정 모드의 마지막 광 출력 주기에서, 프로세서는 적어도 하나의 공백 구간을 발광 구간으로 전환하기로 결정할 수 있다. 도 8b에서는 제6구간을 발광 구간으로 전환한 것으로 도시하였으나, 실시예는 이에 한정되지 않고 제1구간, 제3구간, 제4구간 및 제6구간 중 적어도 하나를 발광 구간으로 전환할 수 있다. 프로세서는 전환된 발광 구간에서 제2측정 모드에서 사용될 광을 출력하여 자동 이득 제어를 수행할 수 있다. 즉, 제6구간에서 IR 광을 출력하여 자동 이득 제어를 수행할 수 있다. 프로세서는 제4구간에서 생성한 광 데이터에 기초하여 제5구간에서 생성한 광 데이터의 노이즈를 제거할 수 있다. 프로세서는 자동 이득 제어를 수행한 후 제2측정 모드로 전환할 수 있다. IR 광을 사용하는 제2측정 모드에서 green 광을 사용하는 제3측정 모드로 전환하는 경우에도 동일한 동작이 수행되므로, 관련 설명은 생략하도록 한다.

도 9a 및 도 9b는 다양한 실시예에 따른 전자 장치가 이벤트 발생 시 설정값을 보정하는 방법을 도시한 도면이다.

다양한 실시예에 따르면, 프로세서는 설정값을 보정하는 보정 조건을 설정할 수 있다. 프로세서는 사용자의 움직임 변화량 및 현재 측정 모드에서 수신되는 광 데이터 변화량 중 적어도 하나에 기초하여 설정값을 보정할 수 있다. 또는, 광학 센서 모듈(예: 도 4의 광학 센서 모듈(400)) 및 모션 센서(예: 도 3의 모션 센서(340))가 생성한 데이터에 큰 차이가 없는 경우에도 일정 시간이 경과하면 설정값을 보정하도록 설정할 수 있다. 예를 들어, 프로세서가 5분을 설정값 보정 주기로 설정한 경우, 사용자 움직임이나 광 데이터에 큰 변화가 없더라도 5분마다 한 번씩 설정값을 보정할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 프로세서는 사용자의 착용 여부에 따라 설정값을 보정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서는 터치 센서(예: 도 3의 터치 센서(350))에서 사용자의 전자 장치 착용 여부에 대한 정보를 확인하고, 이에 기반하여 설정값을 보정할 수 있다. 예를 들어, 사용자의 손목에서 워치가 분리된 경우, 프로세서는 설정값을 초기화할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서는 사용자가 전자 장치를 착용하고 있지 않은 경우 광학 센서 모듈의 동작을 중단할 수 있다

도 9a를 참조하면, 프로세서는 프로세서는 설정값 보정 이벤트 발생 시 메모리(예: 도 3의 메모리(360))에 저장된 설정값을 보정할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 설정값 보정 과정은 자동 이득 제어의 일부일 수 있다. 예를 들어, 설정값을 보정하기로 결정한 경우, 프로세서는 설정값 보정 이벤트에 대응하여 오프셋 전류 값 및 증폭 이득을 변경하고 셋팅을 안정화할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서는 현재 결정한 설정값과 메모리에 저장된 설정값의 차이가 임계치를 초과하는 경우, 현재 결정한 설정값을 메모리에 저장할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 프로세서는 보정한 설정값을 메모리에 저장할 수 있다. 프로세서는 측정 모드를 전환할 때 메모리에 저장된 설정값을 적용할 수 있다. 예를 들어, green 광을 사용하는 제1측정 모드에서 IR 광을 사용하는 제2측정 모드로 전환하는 경우, 프로세서는 제1측정 모드에서 보정한 설정값을 적용할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서는 설정값 보정 이벤트가 발생한 경우 측정 모드 전환할지 여부를 판단할 수도 있다. 프로세서는 측정 모드를 전환하기 전에 마지막으로 발생한 설정값 보정 이벤트에 대응하여 설정값을 보정한 후 제2측정 모드로 전환할 수 있다. 측정 모드 변경 시 자동 이득 제어를 처음부터 수행하지 않아도 되기 때문에 딜레이(delay)를 최대한 단축할 수 있다.

도 9b는 이벤트 발생 시 설정값을 보정하는 방법의 구체적인 실시예이다. 프로세서가 제1측정 모드에서 green 광을 사용하여 생체신호 데이터를 생성하고, 제2측정 모드에서 IR 광을 사용하여 생체신호 데이터를 생성하는 경우, 제1측정 모드에서 설정값을 보정할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 프로세서는 제2측정 모드에 사용되는 제2광에 대한 설정값을 보정하면서 제1측정 모드에서 사용 중인 제1광에 대한 설정값도 같이 보정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서는 설정값 보정에 있어서 공백 구간을 발광 구간으로 전환하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 제1측정 모드에서 제1구간이 공백 구간, 제2구간이 제1광 발광 구간, 제3구간이 공백 구간, 제4구간이 공백 구간, 제5구간이 제1광 발광 구간, 제6구간이 공백 구간인 주기로 광을 출력할 수 있다. 설정값 보정 이벤트 발생 시, 프로세서는 공백 구간 중 적어도 하나를 제2광 발광 구간으로 전환하여 제2광에 대한 설정값을 보정하고, 제2구간 및 제5구간 중 적어도 하나의 구간을 이용하여 제1광에 대한 설정값을 보정할 수 있다. 프로세서는 설정값 보정 이벤트가 발생할 때마다 각 출력 파장에 대한 설정값을 보정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 보정된 설정값은 바로 적용되지 않고 메모리에 저장되며, 측정 모드 전환 시 적용될 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 프로세서는 측정 모드 전환 시 설정값을 마지막으로 보정한 후 적용할 수 있다. 일 실시에에 따르면, 프로세서는 마지막으로 발생한 설정값 보정 이벤트에만 대응하여 설정값을 보정하여 제2측정 모드에 적용될 설정값을 결정할 수 있다. 자동 이득 제어와 달리, 이전에 발생한 설정값 보정 이벤트들이 이미 보정한 값에 반영되어 있기 때문에, 측정 모드 전환하기로 결정한 시점과 측정 모드가 실제로 전환되는 시점 사이의 차이가 적을 수 있다.

도 10은 다양한 실시예에 따른 임계치 초과 시 설정값을 보정하는 동작을 도시한 도면이다.

다양한 실시예에 따르면, 프로세서는 정해진 이벤트 발생 시 설정값을 측정할 수 있다. 프로세서는 광학 센서 모듈(예: 도 4의 광학 센서 모듈(400))에서 생성한 광 데이터 및 모션 센서(예: 도 3의 모션 센서(340))에서 생성한 모션 데이터에 기초하여 설정값을 측정할 수 있다. 예를 들어, 사용자의 움직임이 기준 이상으로 많아지는 경우 설정값을 보정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 데이터에 기반하지 않고, 설정값 보정 주기를 설정하여 주기마다 설정값을 측정할 수도 있다.

다양한 실시예에 따르면, 프로세서는 설정값을 변경하여 DC값을 조절할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서는 수신된 광 데이터가 전자 장치의 동적 범위 내에 포함되도록 조절하기 위하여 DC값을 조절할 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 오프셋 전류 값을 변경하여 DC값을 증가시키거나 감소시킬 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 프로세서는 현재 DC값(1003)과 메모리(예: 도 3의 메모리(360))에 저장되어 있는 DC값(1001)의 차이가 임계치(1005) 이상인 경우 설정값을 보정할 수 있다. 프로세서는 현재 DC값(1003)과 메모리에 저장되어 있는 DC값(1001)의 차이가 임계치(1005)보다 적은 경우에는 설정값을 보정하지 않을 수 있다. 임계치(1005)는 모션 데이터 및 광 데이터의 모든 변화에 반응하지 않을 정도로 높지만, 현재 설정값(1003)과의 차이가 너무 벌어지지 않을 정도로 낮게 설정될 수 있다.

도 11a는 다양한 실시예에 따른 종래 기술의 측정 모드 전환 시 생체신호 데이터를 생성한 그래프(1100)를 도시한 도면이다.

도 11a를 참조하면, 종래에는 자동 이득 제어(auto gain control, AGC) 수행할 때 유의미한 생체신호 데이터를 획득할 수 없었다. 측정 모드가 전환(green 측정 모드에서 IR 측정 모드로, IR 측정 모드에서 green 측정 모드로)될 때마다 자동 이득 제어가 수행되므로 해당 구간에서는 생체신호 데이터의 로스(loss)가 발생할 수 있다. 그래프에서는 측정 모드가 전환될 때마다 크레바스(crevasse)가 발생하는 것을 확인할 수 있다.

예를 들어, 프로세서는 green 광을 출력하는 제1측정 모드, IR 광을 출력하는 제2측정 모드, green 광을 출력하는 제3측정 모드, IR 광을 출력하는 제4측정 모드 순서로 측정 모드를 전환할 수 있다. 이 경우 제1측정 모드에서 제2측정 모드로 전환하면서 수행하는 자동 이득 제어(1101), 제2측정 모드에서 제3측정 모드로 전환하면서 수행하는 자동 이득 제어(1103), 제3측정 모드에서 제4측정 모드로 전환하면서 수행하는 자동 이득 제어(1105)에서 유의미한 생체신호 데이터를 생성할 수 없었다.

도 11b 및 도 11c는 다양한 실시예에 따른 전자 장치에서 측정 모드를 전환 시 생체신호 데이터를 생성한 그래프(1110, 1120)를 도시한 도면이다. 도 11b 및 도 11c의 그래프를 참조하면, 더 이상 자동 이득 제어를 수행할 때 생체신호 데이터의 크레바스가 발생하지 않을 수 있다.

도 11b를 참조하면, 프로세서는 제2측정 모드를 위한 자동 이득 제어를 제1측정 모드 내에서 수행할 수 있다. 그 결과 측정 모드 전환 시 자동 이득 제어를 수행하지 않으며, 연속적으로 유의미한 생체신호 데이터를 생성할 수 있다. 제1측정 모드에서 제2측정 모드로 전환 시 수행하는 자동 이득 제어(1111), 제2측정 모드에서 제3측정 모드로 전환 시 수행하는 자동 이득 제어(1113), 제3측정 모드에서 제4측정 모드로 전환 시 수행하는 자동 이득 제어(1115)에서 큰 변동 없이 생체신호 데이터를 생성할 수 있다.

도 11c를 참조하면, 프로세서는 설정값 보정 이벤트 발생 시 설정값을 보정하고, 보정한 설정값을 측정 모드 전환 시 적용할 수 있다. 프로세서는 설정값을 미리 보정하여, 제1측정 모드에서 제2측정 모드로 전환 시 수행하는 자동 이득 제어(1121), 제2측정 모드에서 제3측정 모드로 전환 시 수행하는 자동 이득 제어(1123), 제3측정 모드에서 제4측정 모드로 전환 시 수행하는 자동 이득 제어(1125)에서 큰 변동 없이 생체신호 데이터를 생성할 수 있다.

도 12는 다양한 실시예에 따른 측정 모드 전환 결정 시 자동 이득 제어 수행 후 측정 모드를 전환하는 방법의 흐름도이다.

다양한 실시예에 따르면, 전자 장치는 광학 센서 모듈의 오프셋 제어 회로 및 증폭 회로에 적용되는 설정값을 결정할 수 있다. 전자 장치는 수광 소자에서 생성한 광 데이터가 전자 장치의 동적 범위와 연동되도록 하는 설정값을 결정할 수 있다. 동적 범위와 연동되는 설정값은 수신되는 광 데이터에 따라 달라질 수 있고, 이는 사용자의 신체 상태에 따라서 달라질 수도 있다. 설정값은 오프셋 제어 회로에 적용되는 오프셋 전류 값 및 증폭 회로의 증폭 이득을 포함할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 동작 1202에서, 전자 장치는 광 데이터 및 모션 데이터를 확인할 수 있다. 전자 장치는 광학 센서 모듈을 제어하여, 다양한 출력 파장의 광을 출력하는 발광 구간 및 발광 소자에서 광을 출력하지 않는 공백 구간을 포함하는 주기로 광을 출력할 수 있다. 광학 센서 모듈은 수광 소자에서 출력한 광이 신체에 충돌해 반사되는 반사광을 수신하여 광 데이터를 생성할 수 있다. 전자 장치는 광학 센서 모듈이 생성한 광 데이터를 확인하고, 경우에 따라 메모리에 광 데이터를 저장할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 전자 장치는 확인한 광 데이터에 기초하여 생체신호 데이터를 생성할 수 있다. 발광 소자에서 출력한 광은 사용자의 신체 상태에 따라서 반사되는 정도가 다를 수 있고, 전자 장치는 확인한 광 데이터에 기초하여 사용자의 신체 상태를 분석하고, 생체신호 데이터를 생성할 수 있다. 전자 장치는 사용자의 심박 수(heart rate), 스트레스(stress), 혈중 산소포화도(SpO2) 중 적어도 하나에 대한 생체신호 데이터를 생성할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 동작 1210에서, 전자 장치는 측정 모드를 전환할지 여부를 결정할 수 있다. 전자 장치는 특정 이벤트 발생 시 제1측정 모드에서 제2측정 모드로 전환할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1측정 모드는 제1파장을 갖는 광을 출력하고, 그 반사광으로 생체신호 데이터를 생성하는 측정 모드일 수 있고, 제2측정 모드는 제2파장을 갖는 광을 출력하고, 그 반사광으로 생체신호 데이터를 생성하는 측정 모드일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전자 장치는 측정 모드 전환 이벤트 감지를 위하여 광 데이터 및 모션 데이터 중 적어도 하나를 이용할 수 있다.

예를 들면, 전자 장치는 사용자가 활동량에 변화가 생기는 경우 측정 모드를 전환할 수 있다. 전자 장치는 모션 센서에서 생성하는 모션 데이터에 기초하여 측정 모드 전환 여부를 결정할 수 있다. 전자 장치는 제1파장을 갖는 제1광(예: green 광)을 출력하는 제 1측정 모드에서, 사용자가 움직임이 없거나 적어지는 경우(예: 수면 중) 제2파장을 갖는 제2광(예: IR 광)을 출력하는 제2측정 모드로 전환할 수 있다. 전자 장치는 제2광을 이용하여 생체신호 데이터를 생성할 수 있다. 반대로, 다시 사용자의 움직임이 많아지는 경우에는 제1측정 모드로 전환하고, 제1광을 이용하여 생체신호 데이터를 생성할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 전자 장치는 주변 조도의 변화에 대응하여 측정 모드를 전환할 수 있다. 전자 장치는 조도 센서에서 조도 데이터를 확인하고, 이에 기초하여 측정 모드를 전환할 수 있다. 전자 장치는 제1측정 모드에서 제1광을 이용하여 생체신호 데이터를 측정하다가, 전자 장치 주변이 어두워져 조도가 감소하는 경우 제2측정 모드로 전환할 수 있다. 반대로, 전자 장치 주변 조도가 증가하는 경우 다시 제1측정 모드로 전환할 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 전자 장치는 사용자 입력에 의해서 측정 모드를 전환할 수 있다. 전자 장치는 디스플레이에 측정 모드 전환을 위한 메뉴를 제공하고, 해당 메뉴에 대한 사용자 입력에 기초하여 측정 모드를 전환할 수 있다. 예를 들어, 제1측정 모드에서 제1광을 이용하여 생체신호 데이터를 생성하다가, 사용자가 모드 전환 메뉴를 터치하면 제2측정 모드로 전환하고, 제2광을 이용하여 생체신호 데이터를 생성할 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 전자 장치는 타이머를 이용하여 측정 모드의 지속 시간을 측정하고, 정해진 시간이 지나면 측정 모드를 전환할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치는 타이머(timer)를 이용하여 제1측정 모드의 지속 시간을 측정하고, 정해진 시간(예: 10분)이 지나면 자동으로 제2측정 모드로 전환하여 생체신호 데이터를 생성할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1측정 모드의 지속 시간과 제2측정 모드의 지속 시간은 다르게 설정될 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 동작 1212에서, 전자 장치는 제1측정 모드의 적어도 하나의 공백 구간을 발광 구간으로 전환할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전자 장치는 제2측정 모드에서 수행할 자동 이득 제어를 전환된 발광 구간에서 수행할 수 있다. 발광 구간 전후에 공백 구간이 존재하는 경우, 전자 장치는 공백 구간 중 적어도 하나를 선택하여 발광 구간으로 전환할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전자 장치는 자동 이득 제어의 정확도를 위해 두 개 이상의 공백 구간을 발광 구간으로 전환할 수도 있다. 공백 구간이 발광 구간의 전 또는 후에 하나만 존재하는 경우, 전자 장치는 착용감지 단계의 공백 구간을 발광 구간으로 전환할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 발광 구간의 전후에 위치하는 공백 구간 중 하나가 발광 구간으로 전환된 경우, 전자 장치는 남은 하나의 공백 구간을 이용하여 발광 구간의 노이즈를 제거할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 동작 1214에서, 전자 장치는 전환된 발광 구간에서 제2광을 출력하여 자동 이득 제어를 수행할 수 있다. 전자 장치는 제2측정 모드에서의 자동 이득 제어를 미리 수행하기 위하여, 발광 구간으로 전환한 공백 구간에서 제2광을 출력하고, 수광 소자에서 반사광을 수신하여 자동 이득 제어를 진행할 수 있다. 전자 장치는 제1측정 모드의 공백 구간에서 제2발광 소자를 동작하여 제2측정 모드에서 사용될 제2광을 출력하고, 이를 이용하여 자동 이득 제어를 진행할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 전자 장치는 자동 이득 제어에서 설정값을 결정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 설정값은 오프셋 제어 회로에 적용되는 오프셋 전류 값 또는 증폭 회로에 적용되는 증폭 이득 중 적어도 하나일 수 있다. 전자 장치는 회로 소자값에 기초하여 자동 이득 제어의 반복 횟수를 결정할 수 있다. 전자 장치는 자동 이득 제어를 한 번만 수행할 수도 있고, 여러 번 반복할 수도 있다. 전자 장치는 자동 이득 제어에서 오프셋 전류 값 및 증폭 이득을 결정할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 동작 1216에서, 전자 장치는 설정값을 결정한 이후 제2측정 모드로 전환할 수 있다. 전자 장치는 제2측정 모드로 전환하고, 광학 센서 모듈에 제2광을 출력하는 제2발광 소자를 작동하여 생체신호 데이터를 생성할 수 있다. 전자 장치는 제1측정 모드에서 자동 이득 제어를 모두 수행할 수 있고, 제2측정 모드로 전환한 이후에 별도의 자동 이득 제어를 수행하지 않아도 되어 효율적으로 동작할 수 있다.

도 13은 다양한 실시예에 따른 보정 조건 만족 시 설정값을 보정하고, 측정 모드 전환 시 보정한 설정값을 적용하는 방법의 흐름도이다. 전자 장치는 자동 이득 제어를 하나의 공백 구간 내에서 수행하지 않고 불연속적으로 발생하는 설정값 변경 이벤트 마다 설정값을 보정할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 전자 장치는 사용자 움직임, 설정값 보정 주기, 광 데이터 변화량 중 적어도 하나를 포함하는 보정 조건을 설정할 수 있다. 전자 장치는 광 데이터를 전자 장치의 동적 범위와 연동시키기 위해 설정값을 보정할 수 있다. 전자 장치는 광 데이터 및 모션 데이터에 무관하게 설정값 보정 주기를 설정할 수 있다. 전자 장치는 설정값 보정 주기가 되면, 광 데이터 및 모션 데이터와는 별개로 설정값을 보정할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 전자 장치는 사용자의 전자 장치 착용 여부에 따라서 설정값을 보정할 수 있다. 전자 장치는 터치 센서 및 광학 센서 모듈에서 확인한 정보에 기반하여 사용자의 전자 장치 착용 여부를 감지할 수 있고, 그에 따라 설정값을 보정할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 동작 1302에서, 전자 장치는 광 데이터 및 모션 데이터를 확인할 수 있다. 전자 장치는 보정 조건 만족 여부를 확인하기 위하여 광학 센서 모듈이 생성한 광 데이터 및 모션 센서가 생성한 모션 데이터를 확인할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 동작 1310에서, 전자 장치는 보정 조건을 만족하는 이벤트가 발생하였는지 확인할 수 있다. 전자 장치는 광 데이터에 기초하여 사용자의 혈중 산소 포화도(SpO2) 및 혈관의 수축, 팽창에 대한 정보를 알 수 있고, 모션 데이터에 기초하여 사용자의 움직임에 대한 정보를 알 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 동작 1312에서, 전자 장치는 보정 조건 만족 시 설정값을 보정할 수 있다. 전자 장치는 현재 설정값을 측정하고, 메모리에 저장된 설정값과 비교하여 그 차이를 계산할 수 있다. 차이값이 임계치를 넘는 경우, 전자 장치는 현재 설정값으로 보정하여 메모리에 저장할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 동작 1320에서, 전자 장치는 측정 모드를 전환할지 여부를 결정할 수 있다. 전자 장치는 확인한 광 데이터 및 모션 데이터에 기초하여 측정 모드 전환 여부를 결정할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 동작 1322에서, 전자 장치는 제1측정 모드에서 결정한 설정값을 적용할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 전자 장치는 측정 모드 전환 시 저장한 설정값을 오프셋 제어 회로 및 증폭 회로에 적용할 수 있다. 전자 장치가 측정 모드를 전환하는 것으로 결정하는 경우, 제2측정 모드로 전환한 후 발생한 설정값 보정 이벤트에 대응하여 보정을 진행하고, 메모리에 저장된 설정값을 오프셋 제어 회로 및 증폭 회로에 적용할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 동작 1324에서, 전자 장치는 제2측정 모드로 전환할 수 있다. 전자 장치는 제2측정 모드로 전환하면서 메모리에 저장한 설정값을 적용할 수 있다.

도 14는 다양한 실시예에 따른 자동 이득 제어의 흐름도이다.

다양한 실시예에 따르면, 동작 1402에서, 전자 장치는 측정 모드의 전환 여부를 결정할 수 있다. 전자 장치는 광학 센서 모듈이 생성한 광 데이터 및 모션 센서가 생성한 모션 데이터를 확인하고, 측정 모드 전환 여부를 결정할 수 있다. 전자 장치는 사용자의 움직임 또는 광 데이터의 변화량 중 적어도 하나에 기초하여 측정 모드 전환을 결정할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 동작 1404에서, 전자 장치는 자동 이득 제어의 반복 횟수를 결정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전자 장치가 한 번의 자동 이득 제어에서 변경할 수 있는 설정값의 범위는 한정적일 수 있다. 전자 장치는 광 데이터의 변화에 대응하여, 자동 이득 제어를 반복하여 시행할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 동작 1406에서, 전자 장치는 오프셋 전류 값 및 증폭 이득을 변경할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 전자 장치는 오프셋 제어 회로에서 전기 신호로 변환된 반사광의 신호를 조절할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전자 장치는 오프셋 전류 값을 조절하여 수신한 반사광을 동작 범위 내의 신호로 조절할 수 있다. 전자 장치는 수신한 반사광의 광 데이터에서 오프셋 전류 값만큼을 더하거나 빼서 대역을 조절할 수 있다. 전자 장치는 오프셋 제어 회로를 거친 광 데이터를 증폭 회로에서 증폭할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 동작 1408에서, 전자 장치는 셋팅을 안정화할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 변경한 설정값을 전자 장치에 적용하는 데는 일정 시간이 소요될 수 있다. 전자 장치는 변경한 설정값을 오프셋 제어 회로 및 증폭 회로에 적용하는 셋팅 안정화 과정을 수행할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 동작 1410에서, 전자 장치는 측정 모드 전환 여부를 결정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전자 장치는 앞서 결정한 자동 이득 제어 반복 횟수만큼 자동 이득 제어를 반복할 수 있다. 자동 이득 제어 반복 횟수만큼 반복하고 나면, 전자 장치는 측정 모드 전환을 결정할 수 있다.

Claims

전자 장치에 있어서,
제1파장의 제1광 및 제2파장의 제2광을 발광 구간 및 공백 구간을 포함하는 주기로 출력하고, 출력한 광의 반사광을 수신하여 광 데이터를 생성하는 광학 센서 모듈;
메모리; 및
상기 광학 센서 모듈 및 상기 메모리와 작동적으로(operatively) 연결된 프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는,
상기 광 데이터를 확인하고,
상기 제1광을 이용하여 생체신호 데이터를 생성하는 제1측정 모드에서 상기 제2광을 이용하여 생체신호 데이터를 생성하는 제2측정 모드로 전환하는 이벤트를 감지하고,
상기 이벤트의 감지에 응답하여, 제1측정 모드에서 적어도 하나의 공백 구간을 발광 구간으로 전환하여 상기 제2광을 출력하고,
상기 전환된 발광 구간 동안 출력한 제2광으로 자동 이득 제어를 진행하여 제2측정 모드에 적용될 설정값을 결정하고,
상기 설정값이 결정되는 경우, 상기 제2측정 모드로 전환하도록 설정된 전자 장치.
제 1항에 있어서,
상기 광학 센서 모듈은 센서 다이오드, 오프셋 제어 회로 및 증폭 회로를 포함하고,
상기 설정값은 상기 오프셋 제어 회로에 적용되는 오프셋 전류 값 또는 상기 증폭 회로에 적용되는 증폭 이득 중 적어도 하나를 포함하는 전자 장치.
제 1항에 있어서,
상기 전자 장치는 사용자의 움직임을 감지하여 모션 데이터를 생성하는 모션 센서를 더 포함하고,
상기 프로세서는,
상기 모션 데이터를 확인하고,
상기 광 데이터 및 모션 데이터 중 적어도 하나에 기반하여 사용자 움직임, 설정값 보정 주기, 광 데이터 변화량 중 적어도 하나를 포함하는 보정 조건 만족 여부를 판단하고,
상기 보정 조건을 만족하는 경우 설정값을 보정하여 메모리에 저장하고,
측정 모드를 전환하는 경우 저장된 설정값을 오프셋 제어 회로 및 증폭 회로에 적용하도록 설정된 전자 장치.
제 1항에 있어서,
상기 광학 센서 모듈에서 광을 출력하는 주기는 착용감지 단계 및 신호측정 단계로 이루어지고,
상기 착용감지 단계 및 상기 신호측정 단계는 각각 하나의 발광 구간 및 하나 이상의 공백 구간으로 이루어지도록 설정된 전자 장치.
제 4항에 있어서,
상기 착용감지 단계 및 상기 신호측정 단계에 공백 구간이 각각 하나씩 존재하고,
각 구간에서 공백 구간이 발광 구간에 선행하거나 또는 발광 구간이 공백 구간에 선행하도록 설정된 전자 장치.
제 4항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 착용감지 단계의 공백 구간을 발광 구간으로 전환하여 상기 제2광을 출력하고,
상기 제2광을 이용하여 설정값을 결정하도록 설정된 전자 장치.
제 1항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 발광 구간의 광 데이터를 확인하고,
확인한 광 데이터에 기초하여 생체신호 데이터를 생성하는 전자 장치.
제 7항에 있어서,
상기 프로세서는,
발광 구간 및 상기 발광 구간과 인접한 공백 구간에서 광 데이터를 확인하고,
상기 발광 구간의 광 데이터에서 인접한 공백 구간의 광 데이터를 제거하여 외부 광에 의한 노이즈를 제거하도록 설정된 전자 장치.
제 1항에 있어서,
상기 프로세서는,
회로 소자값에 기초하여 상기 자동 이득 제어 반복 횟수를 결정하고,
상기 자동 이득 제어에서 광 데이터에 기초하여 오프셋 전류 값 및 증폭 이득을 변경하고,
변경한 오프셋 전류 값 및 증폭 이득을 적용하고,
상기 반복 횟수만큼 상기 자동 이득 제어를 반복하도록 설정된 전자 장치.
제 1항에 있어서,
상기 광학 센서 모듈은, 상기 제1파장의 상기 제1광을 출력하는 제1발광 소자 및 상기 제2파장의 상기 제2광을 출력하는 제2발광 소자를 포함하고,
상기 제1파장 내지 상기 제2파장의 광을 감지하도록 설정된 전자 장치.
전자 장치의 신호 안정화 시간 개선 방법에 있어서,
광학 센서 모듈에서 생성한 광 데이터 및 모션 센서에서 생성한 모션 데이터를 확인하는 동작,
제1광을 이용하여 생체신호 데이터를 생성하는 제1측정 모드에서 제2광을 이용하여 생체신호 데이터를 생성하는 제2측정 모드로 전환하는 이벤트를 감지하는 동작,
상기 이벤트의 감지에 응답하여, 제1측정 모드에서 적어도 하나의 공백 구간을 발광 구간으로 전환하여 상기 제2광을 출력하는 동작,
상기 전환된 발광 구간 동안 출력한 제2광으로 자동 이득 제어를 진행하여 제2측정 모드에 적용될 설정값을 결정하는 동작,
상기 설정값이 결정되는 경우, 상기 제2측정 모드로 전환하는 동작을 포함하는 방법.
제 11항에 있어서,
상기 광학 센서 모듈은 센서 다이오드, 오프셋 제어 회로 및 증폭 회로를 포함하고,
상기 설정값은 상기 오프셋 제어 회로에 적용되는 오프셋 전류 값 또는 상기 증폭 회로에 적용되는 증폭 이득 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
제 11항에 있어서,
상기 설정값을 결정하는 동작은,
상기 광 데이터 및 모션 데이터 중 적어도 하나에 기반하여 사용자 움직임, 설정값 보정 주기, 광 데이터 변화량 중 적어도 하나를 포함하는 보정 조건 만족 여부를 판단하는 동작,
상기 보정 조건을 만족하는 경우 설정값을 보정하여 메모리에 저장하는 동작,
측정 모드를 전환하는 경우 저장된 설정값을 적용하는 동작을 더 포함하는 방법.
제 11항에 있어서,
상기 광학 센서 모듈에서 광을 출력하는 주기는 착용감지 단계 및 신호측정 단계로 이루어지고,
상기 착용감지 단계 및 상기 신호측정 단계는 각각 하나의 발광 구간 및 하나 이상의 공백 구간으로 이루어지는 방법.
제 14항에 있어서,
상기 착용감지 단계 및 상기 신호측정 단계에 공백 구간이 각각 하나씩 존재하고,
각 구간에서 공백 구간이 발광 구간에 선행하거나 또는 발광 구간이 공백 구간에 선행하도록 설정된 방법.
제 14항에 있어서,
상기 설정값을 결정하는 동작은,
상기 착용감지 단계의 공백 구간을 발광 구간으로 전환하여 상기 제2광을 출력하는 동작,
상기 제2광을 이용하여 설정값을 결정하는 동작을 포함하는 방법.
제 11항에 있어서,
상기 발광 구간의 광 데이터를 확인하는 동작,
확인한 광 데이터에 기초하여 생체신호 데이터를 생성하는 동작을 더 포함하는 방법.
제 17항에 있어서,
상기 생체신호 데이터를 생성하는 동작은,
발광 구간 및 상기 발광 구간과 인접한 공백 구간에서 광 데이터를 확인하는 동작,
상기 발광 구간의 광 데이터에서 인접한 공백 구간의 광 데이터를 제거하여 외부 광에 의한 노이즈를 제거하는 동작을 더 포함하는 방법.
제 11항에 있어서,
상기 설정값을 결정하는 동작은,
회로 소자값에 기초하여 자동 이득 제어 반복 횟수를 결정하는 동작,
상기 자동 이득 제어에서 광 데이터에 기초하여 오프셋 전류 값 및 증폭 이득을 변경하는 동작,
변경한 오프셋 전류 값 및 증폭기 이득을 적용하는 동작,
상기 반복 횟수만큼 상기 자동 이득 제어를 반복하는 동작을 더 포함하는 방법.
제 11항에 있어서,
상기 광학 센서 모듈은, 상기 제1파장의 상기 제1광을 출력하는 제1발광 소자 및 상기 제2파장의 상기 제2광을 출력하는 제2발광 소자를 포함하고,
상기 제1파장 내지 상기 제2파장의 광을 감지하는 동작을 더 포함하는 방법.