KR20220159105A - 웨어러블 온도 측정 장치 및 이를 이용한 온도 측정 방법 - Google Patents

웨어러블 온도 측정 장치 및 이를 이용한 온도 측정 방법 Download PDF

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KR20220159105A
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김병인
이원종
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동우 화인켐 주식회사
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Abstract

본 발명은, 온도 측정 대상이 착용할 수 있는 웨어러블 장치(wearable device)에 있어서, 제1 금속 및 제2 금속을 이용하여 상기 대상의 온도를 측정하기 위한 제1 온도 측정 센서; 및 상기 제1 온도 측정 센서의 온도를 측정하기 위한 제2 온도 측정 센서를 포함하고, 상기 제1 금속의 제1 말단 및 상기 제2 금속의 제1 말단이 접촉하여 형성되는 제1 접촉면은, 열전도를 이용하여 상기 대상으로부터 온도를 수용하기 위한 영역으로 제공되고, 상기 제2 온도 측정 센서는 상기 제1 금속의 제2 말단 및 상기 제2 금속의 제2 말단에 의하여 형성된 제2 접촉면과 인접하게 형성되고, 상기 제1 접촉면과 상기 제2 접촉면 간의 제1 이격 거리는 상기 제2 접촉면과 상기 제2 온도 측정 센서 간의 제2 이격 거리보다 더 큰 웨어러블 장치에 관한 것이다.

Description

웨어러블 온도 측정 장치 및 이를 이용한 온도 측정 방법{WEARABLE TEMPERATURE MEASURING DEVICE AND TEMPERATURE MEASURING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 웨어러블 온도 측정 장치 및 이를 이용한 온도 측정 방법에 관한 것이다.
유행병 창궐 등의 영향으로, 체온 측정 및 모니터링의 필요성이 증가함에 따라, 신체에 착용하여 지속적으로 체온 모니터링이 가능한 웨어러블 체온계의 개발 필요성이 대두되고 있다.
특히, 웨어러블 체온계의 경우, 사용자의 편의 향상을 위하여 사용자의 신체에 접촉된 상태에서 체온을 측정할 수 있어야 한다.
이러한 필요성의 일환으로, 대한민국 공개특허 제10-2017-0091346호는, 반지형 웨어러블 기기를 개시하고 있다. 그러나 상기 반지형 웨어러블 기기는, 체온 측정 대상과 접촉한 상태에서 대상의 온도를 측정함에도 불구하고, 기존의 비접촉식 온도 센서를 사용함으로써 정확도가 크게 떨어지는 문제가 있다.
또한, 이러한 문제를 해결하기 위하여 웨어러블 기기와 같이 소형의 장치에 접촉식 온도 센서를 구비할 경우, 체온 측정을 위한 회로에서 방열되는 열원에 의한 노이즈의 영향을 받아 체온 측정의 정확도가 감소되는 문제가 있다.
따라서, 웨어러블 기기, 특히 접촉식 온도 센서를 구비하는 웨어러블 기기의 체온 측정 정확도를 향상시킬 수 있는 방법의 개발이 요청되고 있다.
대한민국 공개특허 제10-2017-0091346호
본 발명은 접촉식 온도 센서를 구비하는 웨어러블 장치의 오차를 보정함으로써, 온도 측정 대상의 온도를 보다 정확하게 측정할 수 있는 웨어러블 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 온도 측정 대상이 착용할 수 있는 웨어러블 장치(wearable device)에 있어서, 제1 금속 및 제2 금속을 이용하여 상기 대상의 온도를 측정하기 위한 제1 온도 측정 센서; 및 상기 제1 온도 측정 센서의 온도를 측정하기 위한 제2 온도 측정 센서를 포함하고, 상기 제1 금속의 제1 말단 및 상기 제2 금속의 제1 말단이 접촉하여 형성되는 제1 접촉면은, 열전도를 이용하여 상기 대상으로부터 온도를 수용하기 위한 영역으로 제공되고, 상기 제2 온도 측정 센서는 상기 제1 금속의 제2 말단 및 상기 제2 금속의 제2 말단에 의하여 형성된 제2 접촉면과 인접하게 형성되고, 상기 제1 접촉면과 상기 제2 접촉면 간의 제1 이격 거리는 상기 제2 접촉면과 상기 제2 온도 측정 센서 간의 제2 이격 거리보다 더 큰 웨어러블 장치에 관한 것이다.
본 발명은, 그 제1 관점에 있어서, 상기 제1 이격 거리를 증가시키기 위하여, 상기 제2 접촉면은 상기 웨어러블 장치가 상기 대상과 접촉하는 내측 방향 보다 외측 방향에 더 가까운 것일 수 있다.
본 발명은, 그 제2 관점에 있어서, 상기 제1 이격 거리와 상기 제2 이격 거리 간의 비가 4:1 내지 20:1인 것일 수 있다.
본 발명은, 그 제3 관점에 있어서, 상기 제1 온도 측정 센서에 의해 측정된 대상의 온도 및 제2 온도 측정 센서에 의해 측정된 제1 온도 측정 센서의 온도를 이용하여 상기 대상의 최종 온도를 연산하는 연산부를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은, 그 제4 관점에 있어서, 상기 제1 이격 거리 및 제2 이격 거리를 이용하여 보정을 수행하는 온도 보정부를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은, 그 제5 관점에 있어서, 상기 보정은, 하기 수학식 (1) 및 수학식 (2) 중 어느 하나를 이용하여 보정하는 것일 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
[수학식 2]
Figure pat00002
상기 Tmp.H는 온도 보정부에 의해 보정된 대상의 최종 온도, 상기 Tmp.th는 제2 온도 측정 센서에 의해 측정된 제1 온도 측정 센서의 온도, 상기 Tmp.d는 제1 온도 측정 센서에 의해 측정된 대상의 온도 및 제2 온도 측정 센서에 의해 측정된 제1 온도 측정 센서의 온도 차이값, 상기 Lj는 상기 제1 이격 거리, 상기 Ld는 상기 제2 이격 거리를 나타낸다.
본 발명은, 그 제6 관점에 있어서, 상기 제1 온도 측정 센서가 박막 형태인 경우에는 수학식 (1)이 적용되고, 상기 제1 온도 측정 센서가 박막 형태가 아닌 경우에는 수학식 (2)가 적용되는 것일 수 있다.
본 발명은, 그 제7 관점에 있어서, 상기 제1 온도 측정 센서는 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속이 기재부 상에 패터닝 된 형태의 박막의 서모커플 또는 서모파일인 것일 수 있다.
또한, 본 발명은, 웨어러블 장치를 이용하여 온도 측정 대상의 온도를 측정하는 방법에 있어서, 제1 온도 측정 센서에 포함된 제1 금속 및 제2 금속을 이용하여 상기 대상의 온도를 측정하는 단계; 제2 온도 측정 센서를 이용하여 상기 제1 온도 측정 센서의 온도를 측정하는 단계; 및 상기 제1 온도 측정 센서에 의해 측정된 대상의 온도 및 제2 온도 측정 센서에 의해 측정된 제1 온도 측정 센서의 온도를 이용하여 상기 대상의 최종 온도를 연산하는 단계;를 포함하고, 상기 제1 금속의 제1 말단 및 상기 제2 금속의 제1 말단이 접촉하여 형성되는 제1 접촉면은, 열전도를 이용하여 상기 대상으로부터 온도를 수용하기 위한 영역으로 제공되고, 상기 제2 온도 측정 센서는 상기 제1 금속의 제2 말단 및 상기 제2 금속의 제2 말단에 의하여 형성된 제2 접촉면과 인접하게 형성되고, 상기 제1 접촉면과 상기 제2 접촉면 간의 제1 이격 거리는 상기 제2 접촉면과 상기 제2 온도 측정 센서 간의 제2 이격 거리보다 더 큰 온도 측정 방법에 관한 것이다.
본 발명은, 그 제8 관점에 있어서, 상기 제1 이격 거리 및 상기 제2 이격 거리를 이용하여 보정을 수행하는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 웨어러블 장치는, 온도 측정 대상의 온도를 지속적으로 모니터링할 수 있고, 제1 온도 측정 센서의 제1 접촉면과 제2 접촉면 간의 이격 거리를 증가시킴에 따라 측정된 온도의 정확도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 웨어러블 장치는, 센서 자체의 방열로 인한 오차를 보정함으로써, 온도 측정의 정확도를 더욱 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 장치를 나타낸 도면이다.
도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 장치가 반지인 경우를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨어러블 장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 웨어러블 장치에서 제1 온도 측정 센서 및 제2 온도 측정 센서를 상세히 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 웨어러블 장치를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 측정 대상의 온도를 측정하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 장치가 반지인 경우를 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예는 온도 측정 대상이 착용할 수 있는 웨어러블 장치에 관한 것으로, 온도 측정 대상이 착용할 수 있는 웨어러블 장치(wearable device)에 있어서, 제1 금속 및 제2 금속을 이용하여 상기 대상의 온도를 측정하기 위한 제1 온도 측정 센서; 및 상기 제1 온도 측정 센서의 온도를 측정하기 위한 제2 온도 측정 센서를 포함하고, 상기 제1 금속의 제1 말단 및 상기 제2 금속의 제1 말단이 접촉하여 형성되는 제1 접촉면은, 열전도를 이용하여 상기 대상으로부터 온도를 수용하기 위한 영역으로 제공되고, 상기 제2 온도 측정 센서는 상기 제1 금속의 제2 말단 및 상기 제2 금속의 제2 말단에 의하여 형성된 제2 접촉면과 인접하게 형성되고, 상기 제1 접촉면과 상기 제2 접촉면 간의 제1 이격 거리는 상기 제2 접촉면과 상기 제2 온도 측정 센서 간의 제2 이격 거리보다 더 큰 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 장치는 온도 측정 대상이 착용한 상태에서 정확한 온도를 측정하기 위한 장치이나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 온도 측정 대상은 웨어러블 장치를 착용하지 않고, 웨어러블 장치의 특정 부분을 접촉하는 방법으로 온도를 측정할 수 있다.
이하, 도면을 참고하여, 본 발명의 실시 예들을 보다 구체적으로 설명하도록 한다. 다만, 본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않은 한 복수형도 포함한다.
명세서에서 사용되는 포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 의미로 사용한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "중첩된다"고 할 때, 이는 단면상에서 상하 중첩되거나, 또는 평면상에서 전부 또는 일부가 동일한 영역에 위치하는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, 동일 평면(예컨데, 기재층 상면)에 평행하며 서로 수직하게 교차하는 두 방향을 각각 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)으로 정의한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 장치를 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 온도 측정 대상이 착용할 수 있는 웨어러블 장치(100)는 제1 온도 측정 센서(110), 제2 온도 측정 센서(120) 및 연산부(130)를 포함하고, 제1 온도 측정 센서(110)는 제1 금속(112) 및 제2 금속(114)을 포함한다. 또한, 웨어러블 장치(100)는 제1 온도 측정 센서(110)와 온도 측정 대상 간의 접촉을 위한 인체 접촉부(115)를 추가적으로 더 포함할 수도 있으나, 이에 한정되지 않는다. 도 1에 도시된 웨어러블 장치(100)는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 측정 대상의 온도를 측정하기 위하여 필요한 구성을 도시한 것으로, 웨어러블 장치(100)의 특성에 따른 기능을 구현하기 위한 추가 구성을 더 포함할 수 있다.
웨어러블 장치(100)는 온도 측정 대상에 착용된 상태에서 상기 대상의 체온을 측정할 수 있다. 예를 들어, 웨어러블 장치(100)는 반지, 스마트 워치, 손목시계, 팔찌, 이어폰, 헤드셋, 목걸이, 귀걸이, 심박계 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제1 온도 측정 센서(110)는 제1 금속(112) 및 제2 금속(114)을 이용하여 온도 측정 대상의 온도를 측정하기 위한 것일 수 있다. 상기 대상의 온도는, 제1 접촉면(1100)에서의 온도값을 의미하는 것일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 온도 측정 센서(110)는 제1 금속(112) 및 제2 금속(114)의 쌍으로 구성된 서모커플(thermocouple)일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 온도 측정 센서(110)는 복수 개의 서모커플들로 구성된 서모파일(thermopile)일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
서모커플은 온도 데이터를 측정하기 위한 것이면 특별히 제한되지 않으며, 종래 또는 이후에 개발되는 타입의 서모커플이 사용될 수 있다. 예를 들면 J-type, K-type, T-type, E-type, N-Type, R-type 등의 서모커플이 있을 수 있으며, 측정 온도 범위, 열기전력 안정성 등의 측면에서 바람직하게는 T-type의 서모커플 일 수 있다.
제1 온도 측정 센서(110)에 포함된 제1 금속(112) 및 제2 금속(114)은 제벡 효과(seeback effect)와 같은 열전 효과(thermoelectric effect)를 발생시킬 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 일 또는 복수의 실시 형태에 있어서, 각각 독립적으로 백금(Pt), 로듐(Rh), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 안티몬(Sb), 망간(Mn), 구리(Cu), 철(Fe) 및 실리콘(Si)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다. 예를 들면, 제1 금속(112) 및 제2 금속(114) 중 어느 한쪽이 구리(Cu)를 포함하고, 다른 한쪽은 구리니켈(CuNi)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1 금속(112)의 적어도 일부 및 제2 금속(114)의 적어도 일부가 접촉하여 형성되는 제1 접촉면(1100)은 열전도를 이용하여 온도 측정 대상으로부터 온도를 수용하기 위한 것일 수 있다. 예를 들어 설명하면, 제1 접촉면(1100)은 제1 금속(112)의 제1 말단(1121) 및 제2 금속(114)의 제1 말단(1141)이 접촉하여 형성되고, 제1 접촉면(1100)은 온도 측정 대상에 직접 접촉하거나, 또는 제1 접촉면(1100)이 웨어러블 장치(100)에 포함된 인체 접촉부(115)에 접촉/내장되어 온도 측정 대상에 접촉할 수 있다.
인체 접촉부(115)는 두께 1mm 이내의 열전도성이 큰 금속으로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 인체 접촉부(115)는 웨어러블 장치(110)의 종류에 따라 다른 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어 설명하면, 웨어러블 장치(110)가 반지인 경우, 인체 접촉부(115)는 반지가 온도 측정 대상의 손가락과 접촉하는 내측에 형성될 수 있다. 다른 예를 들어 설명하면, 웨어러블 장치(110)가 스마트 워치인 경우, 인체 접촉부(115)는 스마트 워치가 온도 측정 대상의 손목과 접촉하는 시계의 후면 또는 스트랩의 내측에 형성될 수 있다. 또 다른 예를 들어 설명하면, 웨어러블 장치(110)가 이어폰인 경우, 인체 접촉부(115)는 이어폰이 온도 측정 대상의 귀와 접촉하는 이어폰의 이어캡에 형성될 수 있다.
제2 온도 측정 센서(120)는 제1 온도 측정 센서(110)의 온도를 측정하기 위한 것일 수 있다. 또한, 제2 온도 측정 센서(120)에 의하여 측정되는 제1 온도 측정 센서(110)의 온도값은 제2 접촉면(1200)의 온도를 나타낼 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 온도 측정 센서(120)는 서미스터(thermistor)일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 제2 온도 측정 센서(120)는 주변의 온도에 따라 저항 값이 변경되는 센서로서, 주변 환경 온도에 따라 변한 저항값을 이용하여 제1 온도 측정 센서(110) 자체 또는 주변의 온도를 측정한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1 금속(112)의 적어도 일부 및 제2 금속(114)의 적어도 일부에 의하여 형성되는 제2 접촉면(1200)은 제2 온도 측정 센서(120)와 인접하여 형성될 수 있다. 예를 들어 설명하면, 제2 온도 측정 센서(120)는, 제2 접촉면(1200)과 인접하여 형성되는 것일 수 있고, 또 다른 예에 있어서는, 제2 접촉면(1200)의 일부와 연결되어 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 장치(100)는 측정된 온도의 정확도 향상을 위하여, 제1 접촉면(1100)과 제2 접촉면(1200) 간의 제1 이격 거리는 제2 접촉면(1200)과 제2 온도 측정 센서(120) 간의 제2 이격 거리보다 더 큰 값을 가지도록 구현될 수 있다. 예를 들어 설명하면, 상기 제1 이격 거리를 증가시키기 위하여, 제2 접촉면(1200)은 웨어러블 장치(100)가 온도 측정 대상과 접촉하는 내측 방향 보다 외측 방향에 더 가깝게 위치하도록 구현될 수 있다. 제1 접촉면(1100)은 온도 측정 대상과 접촉할 수 있도록 구현되기에, 제2 접촉면(1200)을 웨어러블 장치(100)의 내측 방향 보다 외측 방향에 더 가깝게 위치하도록 구현하면, 제1 접촉면(1100)과 제2 접촉면(1200) 간의 제1 이격 거리가 증가하게 된다. 또한, 제2 온도 측정 센서(120)에서 제1 온도 측정 센서(110)의 온도를 정확하게 측정하기 위하여, 제2 접촉면(1200)과 제2 온도 측정 센서(1200) 간의 제2 이격 거리는 가까운 것이 바람직하다. 즉, 제1 이격 거리는 증가시키면서, 제2 이격 거리는 감소시킴에 따라 웨어러블 장치(100)에서 측정되는 온도의 정확도를 향상시킬 수 있다.
연산부(130)는 제1 온도 측정 센서(110)에 의하여 측정된 대상의 온도 및 제2 온도 측정 센서(120)에 의하여 측정된 제1 온도 측정 센서(110)의 온도를 이용하여 온도 측정 대상의 최종 온도를 연산한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 연산부(130)는 ROIC(Read-Out Integrated Circuit)가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 연산부(130)는 제1 온도 측정 센서(110)에 의해 측정된 대상의 온도 및 제2 온도 측정 센서(120)에 의해 측정된 제1 온도 측정 센서(110)의 온도 차이를 이용하여, 측정 대상의 온도를 연산할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
연산부(130)에서 연산된 온도는 웨어러블 장치(100)의 유형에 따라 다양한 형태로 출력될 수 있다. 예를 들어 설명하면, 웨어러블 장치(100)에 포함된 표시부(미도시)를 통하여 온도가 시각적으로 표시되거나, 웨어러블 장치(100)에 포함된 음향 출력부(미도시)를 통하여 온도가 청각적으로 출력되거나, 웨어러블 장치(100)에 포함된 송신부(미도시)를 통하여 원격에 위치한 다른 장치로 온도가 송신되도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 장치(100)는 온도 측정 대상과 접촉된 상태로 온도를 측정하기에, 비접촉 온도계 대비 측정의 정확도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 장치(100)는 온도 측정 대상이 상시 휴대 및 착용이 가능하다는 특성을 활용하여, 상기 대상의 온도를 지속적으로 측정 및 모니터링할 수 있다. 이에 따라, 상기 대상의 체온이 급격하게 변화하거나, 또는 상기 대상의 체온이 임계 온도 이상으로 상승하는 경우, 상기 대상에게 체온의 변화를 통지함에 따라, 감염병 예방에 기여할 수 있다.
도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 장치가 반지인 경우를 나타낸 도면이다. 도 2a를 참조하면, 웨어러블 장치(100)가 반지인 경우, 온도 측정 대상은 손가락이 웨어러블 장치(100)의 내측과 접촉되도록 착용할 수 있다. 이에 따라, 웨어러블 장치(100)는 온도 측정 대상의 손가락에 접촉된 상태에서 상기 대상의 체온을 지속적으로 측정 및 모니터링할 수 있다. 예를 들어 설명하면, 웨어러블 장치(100)에서 측정된 온도 측정 대상의 온도는 상기 대상의 스마트폰, 스마트 워치 등으로 전송될 수 있다. 온도 측정 대상의 온도를 측정하기 위한 구성은 웨어러블 장치(100)의 일부 영역(200)에 포함될 수 있고, 도 2b는 상기 영역(200)에 온도 측정 대상의 온도를 측정하기 위한 구성이 배치된 형태의 일 예를 도시하고 있다.
도 2b를 참조하면, 웨어러블 장치(100)는 제1 온도 측정 센서(110), 인체 접촉부(115), 제2 온도 측정 센서(120), 연산부(130) 및 출력부(140)를 포함하고, 제1 온도 측정 센서(110)는 제1 금속(112) 및 제2 금속(114)을 포함할 수 있다. 도 2b에 도시된 웨어러블 장치(100)는 도 1에 기재된 웨어러블 장치(100)에 출력부(140)가 더 포함된 것으로, 도 1과 관련하여 기재된 설명은 도 2의 웨어러블 장치(100)에 적용될 수 있다.
제1 접촉면(1100)은 제1 금속(112)의 제1 말단(1121) 및 제2 금속(114)의 제1 말단(1141)이 접촉하여 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 접촉면(1100)은 서모커플 또는 서모파일의 열접합부(hot junction)가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 제1 접촉면(1100)은 웨어러블 장치(100)의 내측에 존재하는 인체 접촉부(115)와 접촉, 결합 또는 내장되어, 제1 온도 측정 센서(110)가 온도 측정 대상과 접촉된 상태에서 상기 대상의 체온을 측정할 수 있도록 한다.
이에 따라, 온도 측정 대상과 온도 측정 센서 간의 거리차에 따라 정확도가 떨어지는 비접촉식 온도 측정계와 달리, 본 발명에 따른 웨어러블 장치(100)는 온도 측정 대상에 접촉된 상태에서 상기 대상의 온도를 측정하여 측정된 온도의 정확도가 향상될 수 있다.
제2 접촉면(1200)은 제1 금속(112)의 제2 말단(1122) 및 제2 금속(114)의 제2 말단(1142)에 의하여 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 접촉면(1200)은 서모커플 또는 서모파일의 냉접합부(cold junction)가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 제2 접촉면(1200)은 제2 말단(1122) 및 제2 말단(1142)은 서로 접촉되지 않은 상태에서, 제2 온도 측정 센서와 인접하여 구현될 수 있다.
또한, 도 2b에서는 제2 온도 측정 센서(120)와 연산부(130)가 서로 이격된 상태로 존재하는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않고, 제2 온도 측정 센서(120)와 연산부(130)는 하나의 결합된 상태로 구현될 수도 있다.
출력부(140)는 연산부(130)에서 연산된 온도 측정 대상의 온도를 출력한다. 예를 들어 설명하면, 출력부(140)는 연산된 온도를 다른 장치로 송신하기 위한 송신기, 연산된 온도를 표시하기 위한 디스플레이, 연산된 온도를 소리로 재생하기 위한 스피커가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨어러블 장치를 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3의 웨어러블 장치에서 제1 온도 측정 센서 및 제2 온도 측정 센서를 상세히 나타낸 도면이다. 도 3 내지 도 4를 참조하면, 웨어러블 장치(100)는 제1 온도 측정 센서(110), 인체 접촉부(115), 제2 온도 측정 센서(120), 연산부(130), 온도 보정부(135) 및 출력부(140)를 포함할 수 있고, 제1 온도 측정 센서(110)는 제1 금속(112), 제2 금속(114) 및 절연층(116)을 포함한다. 도 3은 연산부(130) 및 온도 보정부(135)가 별개의 장치로 구현된 것으로 도시하고 있으나, 연산부(130) 및 온도 보정부(135)는 하나의 장치, 예를 들면, ROIC로 구현될 수 있다. 도 3 내지 도 4에 도시된 웨어러블 장치(100)는 도 1 내지 도 2b에 기재된 웨어러블 장치(100)에 절연층(116) 및 온도 보정부(135)가 더 포함된 것으로, 도 1 내지 도 2b와 관련하여 기재된 설명은 도 3 내지 도 4의 웨어러블 장치(100)에 적용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 웨어러블 장치(100)는 온도 측정 대상과 접촉된 상태로 온도를 측정함에 있어서, 정확도를 더욱 향상시키기 위하여 제1 온도 측정 센서(110)의 특성을 반영하여 소정의 보정을 수행함으로써 측정 대상의 최종 온도를 산출하는 것일 수 있다. 도 4를 참조하여 더욱 상세히 설명하면, 웨어러블 장치(100)의 구현 시 측정 정확도 향상을 위하여, 제1 접촉면(1100)과 제2 접촉면(1200) 간의 이격 거리 Lj(1150)는 제2 접촉면(1200)과 제2 온도 측정 센서(120) 간의 이격 거리 Ld(1250)보다 더 큰 값을 가지도록 할 수 있다. 예를 들어 설명하면, Lj(1150)와 Ld(1250)의 비는 4:1 내지 20:1이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
다른 예를 들어 설명하면, 제1 접촉면(1100)은 웨어러블 장치(100)의 내측에 최대한 가깝게 형성되도록 하고, 제2 접촉면(1200)은 웨어러블 장치(100) 내에서 제1 접촉면(1100)과 최대한 멀리 떨어지게 형성되도록 한다. 이를 위하여, 제2 접촉면(1200)은 웨어러블 장치(100)의 외측과 최대한 가깝게 형성되도록 할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이때, 웨어러블 장치(100)의 내측은 웨어러블 장치(100)가 착용된 상태에서 온도 측정 대상과 접촉하는 방향을 의미하고, 웨어러블 장치(100)의 외측은 내측이 아닌 방향, 즉, 온도 측정 대상과 접촉되지 않고 외부로 노출되는 방향을 의미할 수 있다.
이를 구현하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 온도 측정 센서(110)는 필름 등의 기재부 상에 포토리소그래피 등을 이용하여 패터닝(patterning)된 형태의 박막의 서모커플 또는 서모파일로 구현될 수 있다. 더욱 상세히 설명하면, 제1 온도 측정 센서(110)에 포함된 제1 금속(112) 및 제2 금속(114)은 필름에 패터닝된 형태로 구현될 수 있다. 이에 따라, 제1 온도 측정 센서(110)는 기재부 상에 제1 금속(112) 및 제2 금속(114)이 패터닝된 형태의 박막의 서모커플 또는 서모파일이 될 수 있다.
상기 제1 온도 측정 센서(110)의 제조 방법은, 일 실시 예에 있어서, 기재부 상에 제1 금속층을 증착하는 단계; 상기 증착된 제1 금속층을 패터닝(patterning)하는 단계; 제2 금속층을 증착하는 단계; 상기 증착된 제2 금속층을 패터닝(patterning)하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
상기 제1 금속층과 제2 금속층을 증착하는 단계는, 종래 또는 이후에 개발되는 증착 방법이 사용될 수 있으며 일 또는 복수의 실시 형태에 있어서, PVD(Physical Vapor Deposition), CVD(Chemical Vapor Deposition), ALD(Atomic Layer Deposition) 등이 사용될 수 있다.
상기 제1 금속층을 패터닝(patterning)하는 단계와 제2 금속층을 패터닝(patterning)하는 단계는, 종래 또는 이후 개발되는 패터닝 방법이 사용될 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 증착된 제1 금속층 및 제2 금속층 상에 포토레지스트를 도포하고, 소정의 패턴을 구비하는 제1 마스크 및 제2 마스크를 정렬하여 노광 및 현상과정을 거친 뒤, 에칭(etching)에 의해 원하는 패턴을 형성시키는 것일 수 있다.
상기 제2 금속층을 증착하는 단계는, 제1 접촉면을 형성하기 위하여, 제1 금속의 일부와 접촉되도록 제2 금속층을 증착하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 상기 제1 온도 측정 센서(110)의 제조 방법은, 기재부 상에 소정의 패턴을 구비하는 제1 마스크를 정렬하는 단계; 상기 제1 마스크에 구비된 소정의 패턴에 따라 제1 금속을 증착하는 단계; 상기 제1 마스크를 제거하고, 소정의 패턴을 구비하는 제2 마스크를 정렬하는 단계; 및 상기 제2 마스크에 구비된 소정의 패턴에 따라 제2 금속을 증착하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
상기 제1 마스크 및 제2 마스크에 구비되는 소정의 패턴은, 증착된 제1 금속의 일부와 제2 금속의 일부가 접촉하여 제1 접촉면을 형성하도록 패터닝 된 것일 수 있다.
본 발명의 상기 제1 온도 측정 센서(110)의 제조 방법은, 상술한 제조방법 이외에도, 종래 또는 이후에 개발되는 금속의 패터닝(patterning)에 사용되는 방법이 사용될 수 있다.
절연층(116)은 제1 온도 측정 센서(110)의 제2 접촉면(1200)과 접촉 내지 밀착된 형태로 구현될 수 있다. 절연층(116)은 제1 온도 측정 센서(110)의 측정 정확도 향상을 위하여 단열의 목적으로 사용될 수 있다.
온도 보정부(135)는 제1 접촉면(1100)과 제2 접촉면(1200) 간의 제1 이격 거리 Lj(1150), 제2 접촉면(1200)과 제2 온도 측정 센서(120) 간의 제2 이격 거리 Ld(1250)를 이용하여 보정을 수행함으로써, 측정 대상의 최종 온도의 정확도를 향상시킬 수 있도록 한다. 예를 들어 설명하면, 상기 보정은, 하기 수학식 (1) 또는 수학식 (2)를 사용하여 보정하는 것일 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00003
[수학식 2]
Figure pat00004
수학식 (1) 내지 (2)에 있어서, Tmp.H는 온도 보정부(135)에 의해 보정된 측정 대상의 최종 온도, Tmp.th는 제2 온도 측정 센서(120)에서 측정된 제1 온도 측정 센서(110)의 온도, Tmp.d는 제1 온도 측정 센서(110)에 의해 측정된 대상의 온도 및 제2 온도 측정 센서(120)에 의해 측정된 제1 온도 측정 센서(110)의 온도 차이값, Lj는 제1 접촉면(1100)과 제2 접촉면(1200) 간의 제1 이격 거리, Ld는 제2 접촉면(1200)과 제2 온도 측정 센서(120) 간의 제2 이격 거리를 나타낸다.
온도 보정부(135)는 제1 온도 측정 센서(110)의 특성을 반영하여, 수학식 (1) 또는 수학식 (2) 중 어느 하나를 선택할 수 있다. 예를 들어 설명하면, 제1 온도 측정 센서(110)의 특성은 제1 금속(112) 및 제2 금속(114)의 특성 및 절연층(116)의 특성 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 이때, 제1 금속(112) 및 제2 금속(114)의 특성은 제1 금속(112) 및 제2 금속(114)의 종류를 포함할 수 있고, 절연층(116)의 특성은 절연층의 존재여부 및 종류를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 온도 보정부(135)는 상기 제1 온도 측정 센서(110)가 박막 형태인 경우에는 수학식 (1)이 적용되는 것일 수 있고, 상기 제1 온도 측정 센서(110)가 박막 형태가 아닌 경우에는 수학식 (2)가 적용될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이에 따라, 온도 보정부(135)는 상술한 보정을 수행하여 센서 자체의 방열로 인한 측정 오차를 최소화 함으로써, 측정 대상의 보다 정확한 온도(Tmp.H)를 산출할 수 있다. 온도 보정부(135)는 제1 온도 측정 센서(110)의 특징을 반영하여 온도 측정 대상의 온도를 보정하기에, 웨어러블 장치(100)에서 측정되는 온도의 정확도를 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 웨어러블 장치를 나타낸 도면이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 장치(100)는 제1 온도 측정 센서(110)가 복수의 서모커플들을 포함하는 서모파일로 구현될 수 있다. 도 5의 웨어러블 장치(100)는 제1 온도 측정 센서(110)가 서모파일로 구현된 점을 제외하고는 도 1 내지 도 4에 기재된 웨어러블 장치(100)와 동일하기에, 도 1 내지 도 4와 관련하여 기재된 설명은 도 5의 웨어러블 장치(100)에 적용될 수 있다.
도 5를 참조하면, 서모파일은 복수의 제1 금속(112)들 및 복수의 제2 금속(114)들을 포함하고, 제1 금속(112) 및 제2 금속(114)의 쌍들에 의하여 도 1 내지 도 4에 기재된 웨어러블 장치(100) 보다 넓은 제1 접촉면(1100) 및 제2 접촉면(1200)이 형성될 수 있고, 절연층(116)은 제2 접촉면(1200)에 인접하게 위치할 수 있다. 이에 따라, 서모파일은 제1 접촉면(1100)과 제2 접촉면(1200) 간의 온도 차에 의한 기전력이 발생할 수 있도록 패턴이 형성된 구조로 구현된다.
제1 접촉면(1100)은 온도 측정 대상과 접촉하여 상기 대상의 온도를 측정할 수 있는 위치에 형성되고, 제2 접촉면(1200)은 서모파일이 측정되는 환경에 노출되어 서모파일의 기전력이 발생할 수 있도록 한다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 온도 측정 대상의 온도를 측정하는 방법을 나타낸 순서도이다. 도 6에 기재된 방법은 도 1 내지 도 5에 도시된 구성요소들을 이용하여 구현될 수 있고, 도 6에 기재된 순서는 하나의 실시예에 기반한 것으로, 각각의 단계는 동시에 또는 순서에 관계없이 구현될 수 있다.
웨어러블 장치를 이용하여 온도 측정 대상의 온도를 측정하는 방법은 제1 온도 측정 센서에 포함된 제1 금속 및 제2 금속을 이용하여 상기 대상의 온도를 측정하는 단계(610), 제2 온도 측정 센서를 이용하여 상기 제1 온도 측정 센서의 온도를 측정하는 단계(620), 및 상기 제1 온도 측정 센서에 의해 측정된 대상의 온도 및 제2 온도 측정 센서에 의해 측정된 제1 온도 측정 센서의 온도를 이용하여 상기 대상의 최종 온도를 연산하는 단계(630)를 포함하고, 상기 제1 금속의 제1 말단 및 상기 제2 금속의 제1 말단이 접촉하여 형성되는 제1 접촉면은, 열전도를 이용하여 상기 대상으로부터 온도를 수용하기 위한 영역으로 제공되고, 상기 제2 온도 측정 센서는 상기 제1 금속의 제2 말단 및 상기 제2 금속의 제2 말단에 의하여 형성된 제2 접촉면과 인접하게 형성되고, 상기 제1 접촉면과 상기 제2 접촉면 간의 제1 이격 거리는 상기 제2 접촉면과 상기 제2 온도 측정 센서 간의 제2 이격 거리보다 더 큰 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 웨어러블 장치를 이용하여 온도 측정 대상의 온도를 측정하는 방법은 상기 제1 이격 거리 및 상기 제2 이격 거리를 이용하여 소정의 보정을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 보정은, 상술한 웨어러블 장치에서 서술된 보정과 동일한 것일 수 있다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 장치가 반지인 경우를 도시한 도면이다.
도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 반지 형태로 제작된 웨어러블 장치는, 제1 온도 측정 센서의 제1 접촉면(1100)과 제2 접촉면(1200), 제2 온도 측정 센서(미도시) 및 연산부(130)의 위치를 조절함에 따라 다양한 구조로 제작될 수 있다.
구체적으로, 도 7a에 도시된 웨어러블 장치는 제1 온도 측정 센서(1100, 1200), 제2 온도 측정 센서 및 연산부(130)가 인접하게 형성되어 있어, 도 7b 및 7c에 도시된 웨어러블 장치 대비 제조 공정상의 이점이 있다. 또한, 도 7c에 도시된 웨어러블 장치는 제1 온도 측정 센서의 제1 접촉면(1100)과 제2 접촉면(1200) 간의 제1 이격 거리(1150)가 증가함에 따라 도 7a 및 7b에 도시된 웨어러블 장치 대비 측정 정확성이 향상되는 이점이 있다.
즉, 당업자는 본 발명의 목적을 해하지 않는 범위 내에서 제2 온도 측정 센서와 제1 온도 측정 센서의 제2 접촉면 간의 제2 이격 거리는 일정하게 유지하면서, 연산부의 위치를 조절함으로써 제1 온도 측정 센서의 제1 접촉면과 제2 접촉면 간의 제1 이격 거리를 다양한 방법으로 변경하여, 제조 공정상의 이점을 확보하고, 측정 정확성을 증가시킬 수 있다.
100: 웨어러블 장치
110: 제1 온도 측정 센서
115: 인체 접촉부
120: 제2 온도 측정 센서
130: 연산부
135: 온도 보정부
140: 출력부

Claims (10)

  1. 온도 측정 대상이 착용할 수 있는 웨어러블 장치(wearable device)에 있어서,
    제1 금속 및 제2 금속을 이용하여 상기 대상의 온도를 측정하기 위한 제1 온도 측정 센서; 및 상기 제1 온도 측정 센서의 온도를 측정하기 위한 제2 온도 측정 센서를 포함하고,
    상기 제1 금속의 제1 말단 및 상기 제2 금속의 제1 말단이 접촉하여 형성되는 제1 접촉면은, 열전도를 이용하여 상기 대상으로부터 온도를 수용하기 위한 영역으로 제공되고,
    상기 제2 온도 측정 센서는 상기 제1 금속의 제2 말단 및 상기 제2 금속의 제2 말단에 의하여 형성된 제2 접촉면과 인접하게 형성되고,
    상기 제1 접촉면과 상기 제2 접촉면 간의 제1 이격 거리는 상기 제2 접촉면과 상기 제2 온도 측정 센서 간의 제2 이격 거리보다 더 큰 웨어러블 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 이격 거리를 증가시키기 위하여, 상기 제2 접촉면은 상기 웨어러블 장치가 상기 대상과 접촉하는 내측 방향 보다 외측 방향에 더 가까운 웨어러블 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 이격 거리와 상기 제2 이격 거리 간의 비가 4:1 내지 20:1인 웨어러블 장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 온도 측정 센서에 의해 측정된 대상의 온도 및 제2 온도 측정 센서에 의해 측정된 제1 온도 측정 센서의 온도를 이용하여 상기 대상의 최종 온도를 연산하는 연산부를 포함하는, 웨어러블 장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 제1 이격 거리 및 제2 이격 거리를 이용하여 보정을 수행하는 온도 보정부를 더 포함하는, 웨어러블 장치.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 보정은, 하기 수학식 (1) 및 수학식 (2) 중 어느 하나를 이용하여 보정하는 것인, 웨어러블 장치.
    [수학식 1]
    Figure pat00005

    [수학식 2]
    Figure pat00006

    상기 Tmp.H는 온도 보정부에 의해 보정된 대상의 최종 온도, 상기 Tmp.th는 제2 온도 측정 센서에 의해 측정된 제1 온도 측정 센서의 온도, 상기 Tmp.d는 제1 온도 측정 센서에 의해 측정된 대상의 온도 및 제2 온도 측정 센서에 의해 측정된 제1 온도 측정 센서의 온도 차이값, 상기 Lj는 상기 제1 이격 거리, 상기 Ld는 상기 제2 이격 거리를 나타낸다.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 제1 온도 측정 센서가 박막 형태인 경우에는 수학식 (1)이 적용되고, 상기 제1 온도 측정 센서가 박막 형태가 아닌 경우에는 수학식 (2)가 적용되는, 웨어러블 장치.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 온도 측정 센서는 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속이 기재부 상에 패터닝 된 형태의 박막의 서모커플 또는 서모파일인 웨어러블 장치.
  9. 웨어러블 장치를 이용하여 온도 측정 대상의 온도를 측정하는 방법에 있어서,
    제1 온도 측정 센서에 포함된 제1 금속 및 제2 금속을 이용하여 상기 대상의 온도를 측정하는 단계;
    제2 온도 측정 센서를 이용하여 상기 제1 온도 측정 센서의 온도를 측정하는 단계; 및
    상기 제1 온도 측정 센서에 의해 측정된 대상의 온도 및 제2 온도 측정 센서에 의해 측정된 제1 온도 측정 센서의 온도를 이용하여 상기 대상의 최종 온도를 연산하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1 금속의 제1 말단 및 상기 제2 금속의 제1 말단이 접촉하여 형성되는 제1 접촉면은, 열전도를 이용하여 상기 대상으로부터 온도를 수용하기 위한 영역으로 제공되고,
    상기 제2 온도 측정 센서는 상기 제1 금속의 제2 말단 및 상기 제2 금속의 제2 말단에 의하여 형성된 제2 접촉면과 인접하게 형성되고,
    상기 제1 접촉면과 상기 제2 접촉면 간의 제1 이격 거리는 상기 제2 접촉면과 상기 제2 온도 측정 센서 간의 제2 이격 거리보다 더 큰 온도 측정 방법.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 제1 이격 거리 및 상기 제2 이격 거리를 이용하여 보정을 수행하는 단계;를 더 포함하는 온도 측정 방법.
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