KR20240027527A - 편광 광용적맥파검사(ppg) 바이오센서, 어레이 및 시스템 - Google Patents
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Abstract
광원 및 검출기를 포함하는 전자 장치가 제공된다. 광원은 전자기 스펙트럼 방출을 출력하도록 구성된 전자기 스펙트럼 방출원, 전자기 스펙트럼 방출을 편광하도록 구성된 편광 광학 소자, 확산을 줄이기 위해 전자기 스펙트럼 방출을 좁거나 팽팽한 빛으로 초점을 맞추거나 시준하도록 구성된 시준 광학 소자, 및 전자기 스펙트럼 방출을 미리 결정된 배열로 분리하도록 구성된 회절 소자를 포함한다.
Description
본 개시는 일반적으로 편광 바이오센서, PPG(Photoplethysmography) 센서, 생체 신호를 위한 선형 및 원형 편광에 관한 것이다,
광학 센서는 의료 진단 장치의 발전에 점점 더 중요한 역할을 한다. 그리고 그것들은 인간 신체의 생리학을 측정하는 데 널리 사용될 수 있다.
생물학적 정보를 얻기 위하여 피부 부착이 가능한 광학 장치(예: 웨어러블 장치)에 대한 연구가 진행 중이다. 이러한 피부 부착형 장치는 생물학적 정보를 얻기 위해 바이오센서를 포함한다. 예를 들어, PPG 센서는 사용자로부터 PPG 신호를 얻을 수 있고, PPG 신호를 분석함으로써, 사용자의 혈압, 부정맥, 심박수 및/또는 산소 포화도와 같은 생체 정보를 얻을 수 있다.
게다가, 광원과 검출기의 온칩(on-chip) 편광 필터는 직접 반사 성분을 제거하고 다양한 스펙트럼에 대한 편광 정보의 다양한 특징(예: 편광각(AoP), 편광도(DoP), 선형편광각(AoLP), 선형편광도(DoLP), 원형편광각(AoCP), 원형편광도(DoCP))을 연구하여 온칩 편광 센서/포토 다이오드(PD)와 함께 웨어러블 기기를 통한 생체 신호 측정을 더 정확하게 만든다. 예를 들어, 편광 정보는 사용자가 이동하는 동안 획득한 생체 정보의 정확도를 향상시키는 데 사용할 수 있다. 그러므로, 편광 특성에 기초한 광학 바이오 센서의 개선은 매우 바람직하다.
본 개시는 이상에서 언급한 단점들을 해결하고, 후술하는 이점들을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 성능이 향상된 광원 및 검출기를 포함하는 전자 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 광원 및 검출기를 포함하는 전자 장치가 제공된다. 광원은 전자기 스펙트럼 방출을 출력하도록 구성된 전자기 스펙트럼 방출원, 전자기 스펙트럼 방출을 편광하도록 구성된 편광 광학 소자, 확산을 줄이기 위해 전자기 스펙트럼 방출을 좁거나 팽팽한 빛에 초점을 맞추거나 시준하도록 구성된 콜리메이터 광학 요소 및 전자기 스펙트럼 방출을 미리 결정된 배열로 분리하도록 구성된 회절 광학 소자를 포함할 수 있다,
본 개시의 다른 실시예에 따르면, 광원 및 검출기가 제공된다. 광원은 전자기 스펙트럼 방출을 출력하도록 구성된 전자기 스펙트럼 방출원, 전자기 스펙트럼 방출을 편광하도록 구성된 편광 광학 소자, 전자기 스펙트럼 방출을 소정의 배열로 분리하도록 구성된 시준 및 회절 광학 소자를 포함한다. 검출기는 전자기 스펙트럼 방출에 맵핑된 적어도 하나의 픽셀로 구성된다.
본 개시의 다른 실시예에 따르면, 광원 및 검출기가 제공된다. 광원은 전자기 스펙트럼 방출을 출력하도록 구성된 전자기 스펙트럼 방출원을 포함한다. 상기 검출기는 상기 전자기 스펙트럼 방출을 필터링하도록 구성된 전자기 스펙트럼 필터, 전자기 스펙트럼 방출을 필터링하도록 구성된 편광 필터 어레이, 및 필터링된 전자기 스펙트럼 방출을 검출하도록 구성된 센서를 포함한다.
본 개시의 특정 실시예들의 상기 및 다른 측면들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면들과 함께 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명확해질 것이다.
도 1은 본 개시의 실시예에 따른 PPG 센서 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 개시의 실시예에 따른 4개의 편광 필터의 배열을 나타낸다.
도 3은 본 개시의 실시예에 따른 편광자의 평면도를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 개시의 실시예에 따른 이미징 시스템을 나타낸 도면이다.
도 5a 및 5b는 본 개시의 실시예에 따른 광원 및 센서를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 개시의 실시예에 따른 PPG 센서 구성을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 개시의 실시예에 따른 PPG 센서 구성을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 개시의 실시예에 따른 PPG 센서 구성을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 개시의 실시예에 따른 PPG 센서 구성을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 개시의 실시예들에 따른 네트워크 환경내에서의 전자장치를 나타낸 도면이다.
도 1은 본 개시의 실시예에 따른 PPG 센서 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 개시의 실시예에 따른 4개의 편광 필터의 배열을 나타낸다.
도 3은 본 개시의 실시예에 따른 편광자의 평면도를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 개시의 실시예에 따른 이미징 시스템을 나타낸 도면이다.
도 5a 및 5b는 본 개시의 실시예에 따른 광원 및 센서를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 개시의 실시예에 따른 PPG 센서 구성을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 개시의 실시예에 따른 PPG 센서 구성을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 개시의 실시예에 따른 PPG 센서 구성을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 개시의 실시예에 따른 PPG 센서 구성을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 개시의 실시예들에 따른 네트워크 환경내에서의 전자장치를 나타낸 도면이다.
이하, 본 명세서의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 동일한 요소들은 서로 다른 도면에 도시되어 있지만 동일한 참조 번호로 지정된다는 점에 유의해야 한다. 이하의 상세한 설명에서, 본 개시에 대한 철저한 이해를 제공하기 위해 여러 가지 구체적 세부사항들이 제공된다. 따라서, 당업자들이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 본 발명에 기재된 실시예들의 다양한 변경 및 변형이 이루어질 수 있음은 명백하다. 또한, 명확성과 간결성을 위해 잘 알려진 기능 및 구조에 대한 설명은 생략한다. 이하에서 설명하는 용어는 본 발명에서 기능을 고려하여 정의된 용어로서, 사용자, 사용자의 의도 또는 관습에 따라 상이할 수 있다. 따라서 용어의 정의는 본 명세서 전체의 내용에 기초하여 결정되어야 한다.
본 개시는 다양한 변형 및 실시예를 가질 수 있으며, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 개시는 실시예들에 한정되는 것은 아니고, 본 개시의 범위 내에 있는 모든 변형, 등가물 및 대안들을 포함한다.
제1, 제2 등의 서수를 포함하는 용어들은 다양한 구성요소들을 설명하기 위해 사용될 수 있으나, 상기 구조적 요소들은 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이 용어들은 한 요소를 또 다른 요소와 구별하는 데 사용된다. 예를 들어, 본 개시의 범위를 벗어나지 않고, 제1 구조 요소는 제2 구조 요소로 지칭될 수 있다. 마찬가지로, 제2 구조 요소는 제1 구조 요소로도 지칭될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "및/또는"은 하나 이상의 관련 항목의 임의 및 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 개시의 다양한 실시예들을 설명하기 위해 사용될 뿐, 본 개시를 제한하기 위한 것은 아니다. 단수 형태는 문맥이 명확하게 달리 나타내지 않는 한 복수의 형태를 포함한다. 본 개시에서 "포함한다" 또는 "갖는다"는 용어는 특징, 숫자, 단계, 동작, 구조 요소, 부품 또는 이들의 조합의 존재를 나타내며, 하나 이상의 다른 특징, 숫자, 단계, 작동, 구조 요소. 부품 또는 이들의 조합의 존재 또는 확률을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어는 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이해하는 용어와 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 것과 같은 용어는 당해 기술 분야의 문맥적 의미와 동일한 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명확하게 정의되지 않는 한 이상적이거나 지나치게 형식적인 의미를 갖는 것으로 해석되어서는 안 된다.
일 실시예에 따른 전자 장치는 센서 및/또는 저장 장치를 이용하는 다양한 종류의 전자 장치 중 하나일 수 있다. 상기 전자 장치는, 예를 들어, 휴대용 통신 장치(예를 들면, 스마트폰), 컴퓨터, 휴대용 멀티미디어 장치, 휴대용 의료 장치, 카메라, 웨어러블 장치 또는 가전제품을 포함할 수 있다. 본 개시의 실시예에 따르면, 전자 장치는 전술한 것들에 제한되지 않는다.
본 개시에서 사용되는 용어들은 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니라, 해당 실시예에 대한 다양한 변경, 등가물 또는 대체물을 포함하기 위한 것이다. 첨부된 도면에 대한 설명과 관련하여, 유사한 참조 번호를 사용하여 유사하거나 관련된 요소를 참조할 수 있다. 문맥상 명확하게 달리 나타내지 않는 한, 어떤 항목에 해당하는 명사의 단수형은 하나 이상의 것을 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "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 각각의 문구는 해당 문구 중 하나에 함께 열거된 항목들의 가능한 모든 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 사용된 용어 "제1" 또는 "제2"는 해당 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위해 사용될 수 있지만, 다른 측면(예를 들어, 중요도 또는 순서)에서 구성요소를 제한하기 위한 것은 아니다. 만약 어떤 요소(예를 들어, 제1 구성요소)가 다른 요소(예를 들어, 제2 구성요소)와 "동작적으로(operatively)" 또는 "통신적으로(communicatively)"라는 용어와 함께 또는 없이 "결합" 또는 "연결"이라고 언급된다면, 그 요소가 다른 요소와 직접적으로(예를 들어, 유선), 무선으로 또는 제3의 요소를 통해 결합될 수 있음을 나타낸다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 조합으로 구현되는 단위를 포함할 수 있으며, 다른 용어, 예컨대 "로직", "로직 블록", "부분" 및 "회로"와 상호 교환적으로 사용될 수 있다. 모듈은 하나 이상의 기능을 수행하도록 조정된 단일 일체형 구성요소 또는 이들의 최소 단위 또는 일부일 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따르면, 모듈은 ASIC(Application-Specific Integrated Circuit)의 형태로 구현될 수 있다.
본 개시에서, 광 검출 위치는 서로 다른 위치(예를 들어, 공간적으로 변하는, 기울어지는 등)에 위치할 수 있다. 또한, 광원은 콜리메이터 소자, 회절 광학 소자 등을 가질 수 있다.
PPG 센서 시스템, 분석 및 피드백 시스템이 제공된다. 또한, 수동 또는 능동 편광 필터(나노구조 및/또는 액정)를 갖는 편광 제어 광원(LED, 레이저 다이오드 또는 수직-캐비티 표면 발광 레이저(VCSEL))이 제공될 수 있다. 또한, 완전한 온칩 편광, 다중 스펙트럼 센서들(포토다이오드(PD), 아발란치 포토다이오드(APD), 단일 광자 아발란치 포토다이오드(SPAD))을 활용하는 소형 PPG 센서 시스템이 제공될 수 있다. 또한, 여러 센서를 활용하는 탐지 및 분석 알고리즘 제품군이 제공된다. 또한, 편광에 대한 신체의 생리학적 파라미터 반응을 측정하는 것을 포함하는 통합 피드백 루프 시스템이 제공된다.
편광 제어 광원 및 다중 스펙트럼 풀 스톡스(full-Stokes) 편광 PPG 센서 시스템이 제공된다. 시스템은 신호-배경 비율(SBR) 및 각도 의존 시야(FOV) 특성을 개선하기 위해 빛의 위상과 편광을 동시에 변조할 수 있다.
편광 및 스펙트럼 민감 생리학적 파라미터를 검출하기 위한 편광 및 다중 스펙트럼 정보 및 항산화제, 흑색종, 트리글리세라이드 및 콜레스테롤의 분자 정보도 제공될 수 있다.
따라서, 본 개시는 필터를 사용하여 빛을 집중시키는 모든 검출 가능한 편광 상태, 각도 의존성의 감소 및 높은 FOV, 신호-배경 노이즈 감소, 편광에 민감한 타겟/분자들을 검출하는 데 매우 효율적인 온 칩 설계를 제공할 수 있다.
PPG 센서 시스템은 생리학적 파라미터를 측정하기 위해 투과되거나 반사된 광의 강도 및 색상 기반 정보를 사용하는 비접촉, 비침습 광학 이미징 기술을 사용한다. 예를 들어, PPG 센서 시스템은 반사/투과된 시변(time-varying) 신호를 기록할 수 있다. 투과되거나 반사된 광의 스펙트럼 및 강도 정보의 시간적 분석은 건강과 관련된 중요한 정보를 포함할 수 있다. 또한 PPG는 심 혈관 및 호흡기 정보를 얻기 위해 사용되는 혈액 맥동 및 심박수(HR) 측정에 사용될 수 있다.
도 1은 본 개시의 실시예들에 따른 PPG 센서 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, LED(Light Emitting Diode)는 피하 조직을 통해 사용자의 피부를 향해 빛을 방출하고 혈관에서 반사될 수 있다. 반사광은 PD(Photodiode)에 의해 수신될 수 있고. 특정 맥파 또는 다른 생체 정보를 포함할 수 있다. 맥파의 특성은 사용자에 대한 여러 가지 유형의 생리적 정보(또는 패턴)(예를 들어, 혈액 맥동 및 심박수(HR) 측정, 심혈관 및 호흡기 정보 등)를 나타낼 수 있다.
환자의 피부에서 반사되어 PPG 센서 시스템에 포착된 광에는 세 가지 구성 요소가 포함될 수 있다.
1, 피부 표면에서 직접 반사되는 광이 포함될 수 있다. 이러한 유형의 광은 감소된 신호 대 잡음비(SNR)를 가질 수 있다.
2. 조직의 표면층에서 반사되어 표피 큐티클을 통해 산란되는 광이 포함될 수 있다. 이러한 유형의 광은 중요/관련 생체 신호를 방해할 수 있다.
3. 심층 진피 조직으로부터의 후방 산란광이 포함될 수 있다. 이러한 유형의 광은 포착하기에 약할 수 있으며, 동일층의 다른 분자 간에 신호를 분류하기 어려울 수 있다.
또한 웨어러블 PPG 센서는 광학 노이즈(예를 들어, 산란/반사 및 시준 없음), 신체의 센서 위치에 따라 발생하는 문제(예를 들어, 손목, 귀, 또는 팔), 피부톤(예를 들어, 일부 피부 톤은 신호 흡수가 적고 침투가 적음), 교차 문제(예를 들어, 동작/활동으로 인한 아티팩트); 및 낮은 관류(예를 들어, 혈액 관류를 낮추는 비만, 당뇨병, 심장 상태 및 동맥 질환과 관련된 문제)와 같은 다양한 근본적인 문제에 직면할 수 있다.
본 명세서에서 제공된 바와 같이, 온칩 편광 특성 및 온칩 다중 스펙트럼 센서 특성을 활용하는 소형 PPG 센서 시스템이 도입된다. "온칩(on-chip)"은 "온칩(on-chip)"으로 기술된 부품들이 칩의 일부로 직접 포함되는 것을 의미할 수 있다. PPG 센서 시스템은 수동 또는 능동 편광 광학 장치(예를 들어, 나노구조 또는 액정)가 있는 편광 제어 광원(예를 들어, LED, 레이저 다이오드 또는 VCSEL)을 포함할 수 있다. 편광 광학 장치는 정적(편광 상태가 필터에 의해 미리 결정되는 경우) 또는 동적(편광 상태가 필터에 의해 변경될 수 있음)일 수 있다. 이 시스템은 편광 제어 광원을 사용하여 방출을 동시에 제공하고 PPG 센서를 사용하여 다중 스펙트럼 풀 스톡스(full-Stokes) 편광을 감지할 수 있다. 따라서, 시스템은 전자기 스펙트럼 방출원(예를 들어, 편광 제어 광원)에 의해 방사되는 다중 편광 상태를 동시에 측정할 수 있다.
본 명세서의 몇몇 실시예에 따르면, 전자 장치(예를 들어, PPG 센서)는 발광 소자 및 검출기를 포함한다. 검출기는 여러 상태의 편광을 검출할 수 있다.
도 2는 본 개시의 실시예들에 따른 4개의 편광 필터의 배열을 나타낸다.
도 2를 참조하면, 4개의 편광 필터(201-204)는 각각 4개의 픽셀(205-208)에 대응한다. 각각의 개별 픽셀(205-208)은 광검출기를 포함한다. 필터(201)는 필터(201)를 통과한 광을 수평으로 편광시킨다. 필터(202)는 빛을 수직으로 편광시킨다. 필터(203)는 빛을 대각선으로 편광시키고, 필터(204)는 광을 원형으로 편광시킨다. 또 다른 실시예에서, 6개의 편광 필터 및 6개의 픽셀이 사용될 수 있다. 추가적인 2개의 편광 필터는 반대각선 편광 필터 및 원형 편광 필터(204)와 반대 방향으로 광을 편광시킬 수 있는 원형 편광 필터일 수 있다.
편광 필터(201)의 추가 세부 사항은 편광 필터(201)의 평면도를 도시하는 201a에 제공된다. 편광 필터(201)는 와이어 그리드(210)를 포함하며, 그 중 하나의 와이어만 표시된다. 또한, 편광 필터(201)은 하나 이상의 위상-변조 나노 구조체 또는 메타표면(211)을 포함하며, 그 중 하나의 나노구조체만이 표시된다.
와이어 그리드의 와이어는 교차 편파에 의한 반사를 억제하는 MIM(metal-insulator-metal) 구조를 포함할 수 있다. 상기 나노구조체(211)는 실리콘(a Si, c Si, p-Si), 실리콘 질화물(Si3N4), 이산화티타늄(TiO2), 질화갈륨(GaN), 산화아연(ZnO), 규산하프늄, 규산지르코늄, 이산화하프늄 및 이산화지르코늄과 같은 고유전율 물질로 형성될 수 있다. 나노구조체(211)는 입사광의 후방 산란을 감소시킬 수 있으며, 원형 편광의 검출에도 도움을 줄 수 있다.
와이어 그리드(210)는 편광 필터를 통과한 빛을 수평으로 편광시키고, 나노구조체(211)는 편광 필터를 통과한 빛의 위상을 변경한다. 편광 필터(201)에 의해 생성되고 픽셀(205)에 포커싱 되는 광의 패턴은 212에 도시되어 있다. 다른 편광 필터(202-204)는 또한 일련의 MIM 구조를 갖는 와이어 그리드 및 하나 이상의 나노구조체를 포함한다. 원형 편광 필터(204)의 나노구조체는 원형 편광 필터가 1/4 파장판으로 작동하도록 90도 위상 변이를 제공한다. 나노구조체는 파장을 변경하고 나노구조체에 간격을 제공하기 위해 박막과 함께 배치될 수 있다. 픽셀에는 집광을 개선하기 위해 추가적인 반사방지 박막층과 마이크로렌즈가 있을 수 있다.
도 3은 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 편광자의 평면도를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면. 편광자(300)는 최대 6개의 편광 상태를 감지할 수 있다. 편광자(300)는 각각 이미지 센서의 픽셀에 대응하는(또는 맵핑되는) 4개의 편광 필터(301-304)를 포함한다. 필터(301)는 필터(301)를 통과한 빛을 수평으로 편광시킨다. 필터(302)는 빛을 수직으로 편광시킨다. 필터(303)는 대각선으로 빛을 편광시키고, 필터(304)는 빛을 원형으로 편광시킨다.
각각의 필터(301-304)는 MIM 구조를 갖는 와이어 그리드(310) 및 하나 이상의 위상-변조 나노구조체(311)를 포함하지만, 와이어 그리드 및 위상-변조 나노구조체는 필터(301)에 대해서만 표시된다. 위상-변조 나노구조체(311)의 수평 및 수직 치수는 원하는 만큼의 초점을 맞추기 위해 도 3의 그래프-> 300은 편광자이므로 동일하게 300으로 지칭하는 것은 이상한듯?? 에 기초하여 변화될 수 있다. 예를 들어, 위상-변조 나노구조체(311)는 편광 필터(301-303)에 대해 일반적으로 정사각형 또는 원형이지만 편광 필터 상의 나노구조체의 위치에 따라 상이한 수평 및 수직 치수(예를 들어, 직사각형 또는 타원형)를 갖는 것으로 묘사될 수 있다. 원형 편광 필터(304)의 위상-변조 나노구조체는 편광 필터 상의 나노구조체의 위치에 따라 일반적으로 직사각형 또는 타원형일 수 있다.
편광 필터(301-304)의 배열은 다음과 같을 수 있다. 수평 편광 필터(301)는 편광자(300)의 좌측 상단 모서리에 있고, 수직 편광 필터(302)는 우측 하단 모서리에 있고, 대각선 편광 필터(303)는 좌측 하단 모서리에 있고, 원형 편광 필터(304)는 우측 상단 모서리에 있을 수 있다. 이는 하나의 예시이며 다른 배치도 가능하다.
또 다른 실시예에서, 편광자(300)에는 반대각선 편광 필터(anti-diagonally polarizing filter) 및 원형 편광 필터(304)와 반대 방향으로 빛을 편광시키는 원형 편광 필터와 같은 두 개의 추가적인 편광 필터와 두 개의 추가 픽셀이 포함될 수 있다. 편광자(300)는 도 7 내지 도 10에서 후술하는 슈퍼 픽셀에 해당할 수 있다.
도 4는 본 개시의 실시예들에 따른 다중 스펙트럼 및 편광 감지 시스템을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 다중 스펙트럼 및 편광 감지 시스템(400)은 편광 및 스펙트럼 정보 모두의 검출을 가능하게 한다. 다중 스펙트럼 및 편광 감지 시스템(400)은 온칩(on-chip) 동시 풀 스톡스(full-Stokes) 편광 파라미터(선형 및 원형 편광 모두) 및 다중/하이퍼 스펙트럼 이미징을 제공하는 편광 필터 및 스펙트럼 필터를 포함할 수 있다. 다중 스펙트럼 및 편광 감지 시스템(400)은 센서 또는 포토다이오드를 갖는 카메라(401)를 포함할 수 있다. 또한, 다중 스펙트럼 및 편광 감지 시스템(400)은 픽셀 어레이로부터 이미지(2D 신호 정보, "이미지"라고 함) 또는 하나 이상의 픽셀에서 조사된 광(1D 신호 정보, "신호"라고 함)을 감지할 수 있다. 다중 스펙트럼 및 편광 감지 시스템(400)은 편광 및 스펙트럼 필터(402)를 포함할 수 있다. 센서 또는 포토다이오드를 갖는 카메라(401)에 의해 포착된 1D 신호 또는 2D 이미지는 흑백 이미지(403)로서 처리되고 모자이크 처리가 제거될 수 있다. 추가적으로, 포착된 1D 신호 또는 2D 이미지는 편광 및 스펙트럼 필터(402)를 통과하면서 대응하는 다중 스펙트럼 선형 및 원형 편광을 생성하도록 처리될 수 있다. 예를 들어, 사용되는 특정 편광 및 스펙트럼 필터(402)에 따라, 포착된 1D 신호 또는 2D 이미지는 다중 스펙트럼 수평 편광 이미지(404), 다중 스펙트럼 수직 편광 이미지(405), 대각선(45도) 편광 이미지(406), 반대각선 편광 이미지(407), 오른쪽 원형 편광 이미지(408) 및 왼쪽 원형 편광 이미지(409)를 생성할 수 있다. 선형 및 원형 편광 이미지(404-409)로부터 결정된 파라미터는 이미지의 빛에 대한 풀 스톡스(full-Stokes) 파라미터를 생성하는 데 사용될 수 있다.
또한, 포착된 1D 신호 정보 또는 2D 이미지 정보는 비편광 다중 스펙트럼 신호 또는 이미지(410) 및/또는 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 이미지(411)를 생성하도록 처리될 수 있다. 다중스펙트럼 필터가 적외선(IR)용 필터를 포함하는 경우, 이미징 시스템(400)에 의해 다중스펙트럼 적외선(IR) 이미지(412)가 생성될 수 있다. 선형 편광도(DoLP)(413) 및 원형 편광도(DoCP)(414)를 나타내는 신호 또는 이미지가 생성될 수도 있다.
따라서, 편광 정보 및 스펙트럼 정보는 도 4의 다중 스펙트럼 및 편광 감지 시스템(400)을 기반으로 생성될 수 있다.
도 5a 및 5b는 본 개시의 실시예들에 따른 광원 및 센서를 나타낸 도면이다.
도 5a의 광원(500a)의 적어도 일부 또는 전부와 도 5b의 검출기(500b)는 결합되어 PPG 센서를 형성할 수 있다.
도 5a를 참조하면, 광원(500a)이 도시된다. 광원(500a)은 회절 소자 및/또는 시준 광학 소자(501a), 편광 광학 소자(502a), 및 LED/LD(503a)(부가적으로, 다른 발광 소자들(예를 들어, 수직-캐비티 표면-방출 레이저(VCSEL))이 사용될 수 있음)(전자기 스펙트럼 방출원)를 포함한다. 회절 소자 및/또는 시준 광학 소자(501a)는 하나의 요소로서 결합되거나 2개의 개별 소자로서 분리될 수 있으며, 여기서 시준 광학 소자는 확산을 감소시키기 위해 전자기 스펙트럼 방출을 좁거나 팽팽한 빛으로 초점을 맞추거나 시준하고(예를 들어, 빛의 크기(예를 들어, 직경, 둘레, 또는 폭)을 감소시킴), 회절 광학 요소는 전자기 스펙트럼 방출을 미리 결정된 배열(예를 들어, 라인, 도트, 또는 패턴)로 분리할 수 있다. 회절 소자 및/또는 시준 광학 소자(501a) 및 편광 광학 소자(502a)는 LED/LD(503a)와 결합(또는 추가)될 수 있어서, 반사되는(예를 들어, 사용자의 피부로부터 다시 반사되는) 광의 에너지가 증가된다. LED/LD(503a)는 가시범위 및/또는 근적외선(NIR) 스펙트럼의 주파수를 갖는 광을 방출할 수 있다.
회절 소자 및/또는 시준 광학 소자(501a)는 입력 광의 발산을 감소시킴으로써 입력 광의 효율을 향상시킬 수 있다. 회절 소자 및/또는 시준 광학 소자(501a)는 입력 광에 대해 상이한 타입의 출력을 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 회절 소자 및/또는 시준 광학 소자(501a)는 입력 광을 선, 점, 매트릭스 패턴, 또는 다른 미리 결정된 배열로 회절(또는 분리)할 수 있다. 이러한 방식으로, 입력 광은 특정 영역으로 회절 되어 그 특정 영역이 더 높은 농도의 광 에너지를 갖도록 할 수 있다. 편광 광학 소자(502a)는 광의 입력 계수를 제어할 수 있다.
도 5b를 참조하면, 검출기(500b)가 설치된다. 상이한 스펙트럼을 갖는 신호(예를 들어, 빛)는 표적 분자, 바이오마커 및 건강 관련 파라미터와 상이하게 상호작용한다. 예를 들어, 파란색은 베타 카로틴과 같은 항산화 수준을 감지하는 데 사용될 수 있다. 녹색은 다른 색상 및/또는 스펙트럼보다 조직 및 정맥 영역의 영향을 덜 받기 때문에 맥박수 모니터링에 사용될 수 있다. 적색 및 적외선은 산소화 헤모글로빈과 비 산소화 헤모글로빈 사이의 두 주파수 (적색 주파수 대 적외선 주파수)에서 흡광도의 차이를 결정함으로써 사용될 수 있다. 이들 두 주파수의 차이를 사용하여 옥시헤모글로빈의 농도를 계산할 수 있다(예를 들어, 적색 LED는 옥시헤모글로빈 및 헤모글로빈이 동일한 흡광도를 갖는 주파수에 있을 수 있다).
검출기(500b)는 온칩 편광 필터(501b), VIS/NIR 필터(502b) 및 PD/APD/SPAD(503b)를 포함한다. 온칩 편광 필터(501b)는 편광 필터 어레이를 포함할 수 있다. VIS/NIR 필터(502b)는 전자기 스펙트럼 필터일 수 있고, 유기 또는 무기 컬러 필터, 나노구조 컬러 필터, 협대역 필터, 분산 브래그(Bragg) 필터 또는 광대역 필터를 포함할 수 있다. VIS/NIR 필터(502b) 내의 필터 및/또는 성분의 일부 또는 전부는 반도체(들) 및/또는 산화물/질화물의 스택으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, VIS/NIR 필터(502b)에 포함된 필터들 각각은 반도체 스택에 포함될 수 있지만 컬러 필터에 대한 것일 수 있다. 또한, VIS/NIR 필터(502b)는 산란이 적기 때문에 피부 깊숙이 침투하는 신호를 검출할 수 있다.
PD/APD/SPAD(503b)는 검출기(500b)가 스펙트럼광 정보 및 편광 정보 모두를 측정할 수 있게 하는 센서를 포함할 수 있다. PD, APD 및 SPAD 센서들은 상이한 감도들을 가질 수 있으며, 이는 상이한 애플리케이션들에 대한 신호들을 검출하기 위한 신호 대 잡음비(SNR)를 개선(예를 들어, 감소)시킬 수 있다. 예를 들어, SPAD는 레이저 입력 신호에서 잘 작동할 수 있으며, PD 및 APD는 LED 입력 신호에서 잘 작동할 수 있다. 또한, 상이한 선형 편광은 다른 신체 물질(예를 들어, 지방, 혈액, 또는 동맥)과 상이하게 상호작용할 수 있다. 원형 편광은 피부암 흑색종, 항산화제, 중성지방 등과 같은 분자와 다르게 상호 작용할 수 있다.
따라서, 검출기(500b)는 편광 교정 및 스펙트럼 교정에 민감할 수 있다. 또한, 온칩 편광 필터(501b)는 알루미늄(Al), 산화티타늄(TiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 텅스텐(W), 산화실리콘(SiO2), 실리콘(Si), 질화실리콘(Si3N4) 및 비정질 실리콘(a-Si)을 포함할 수 있다.
도 6은 본 개시의 실시예들에 따른 PPG 센서 구성을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, PPG 센서(600)는 광원(601) 및 검출기(602)를 포함한다. 광원(601)은 4개의 발광 소자를 포함한다. 각각의 발광 소자들은 상이한 스펙트럼들(예를 들어, 상이한 색상들)에 대응될 수 있다. 상이한 스펙트럼 특성을 갖는 발광 소자들은 유리하게는 이들이 물체(예를 들어, 사용자의 피부)와 접촉할 때 다르게 거동한다. 따라서, 파장을 방출하는 발광 소자에 의해 온칩 편광 필터는 단색 픽셀 타겟팅에 활용될 수 있다. 발광 소자로부터 방출되는 광은 각각 좁은 대역폭(예를 들어, 단색) 또는 넓은 대역폭(예를 들어, 가시광선을 적외선(IR) 광까지 커버함)을 가질 수 있다.
검출기(602)는 광원(601)에 근접한 다수의 슈퍼 픽셀들로 구성된다. 검출기(602) 내의 슈퍼 픽셀들 각각은 도 3의 편광자(300)의 특징들을 포함할 수 있다. 즉, 검출기(602) 내의 슈퍼 픽셀들 각각은 편광 정보를 수집하기 위해, 픽셀들에 대응하는 편광 필터들(301 내지 304)에 의해 빛이 필터링되는 방법과 같이, 각각 다르게 광을 필터링할 수 있는 4개의 별개의 픽셀들(예를 들어, 슈퍼 픽셀의 부분들)을 포함할 수 있다. 추가적으로, 각각의 슈퍼 픽셀은 스펙트럼 정보 및 편광 정보를 수집하기 위해 4개 이상의 픽셀(예를 들어, 6개)을 포함할 수 있다.
더욱이, 각각의 슈퍼 픽셀은 도 6에 도시된 패턴들에 의해 구별되는 바와 같이, 미리 결정된 주파수(4개의 발광 요소들 중 하나의 스펙트럼에 대응하는)의 광을 검출하도록 설계될 수 있다. 즉, 제1 패턴 유형은 제1 스펙트럼에 대응될 수 있고, 제2 패턴 유형은 제2 스펙트럼에 대응될 수 있으며, 제3 패턴 유형은 제3 스펙트럼에 대응될 수 있고, 제4 패턴 유형은 제4 스펙트럼에 대응될 수 있다.
추가적으로, 광원(601)에 대한 좌측의 슈퍼 픽셀들의 분포(예를 들어, 물리적 배열)는 수직(예를 들어, 세개의 슈퍼 픽셀들의 수직 분포)인 것으로 도시된다. 슈퍼 픽셀들의 분포는 PPG 센서가 검출된 광이 침투하는 깊이뿐만 아니라, 분포에 기초한 다른 특성들을 결정하는 것을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 제1 스펙트럼에 대응하는 제1 패턴 타입을 갖는 슈퍼 픽셀들은 각각의 슈퍼 픽셀들에서 검출된 광의 각도에 기초하여, 광원(601)의 제1 스펙트럼에 대응하는 제1 패턴 타입을 갖는 발광 소자로부터 출력되는 광을 식별할 수 있다. 제1 스펙트럼을 갖는 광이 광원의 특정 영역에서 출력되기 때문에, 제1 스펙트럼을 갖는 광을 검출할 수 있는 슈퍼 픽셀들은 일부 슈퍼 픽셀들이 다른 슈퍼 픽셀들과 다른 각도에서 제1 스펙트럼을 갖는 광을 검출하도록 배열될 수 있다. 각도 정보는 광이 투과하는 깊이를 결정하는데 사용될 수 있다. 추가적으로, 광이 제1 위치에서의 제1 슈퍼 픽셀에 의해 검출되는 시간과 및 제2 위치에서의 제2 슈퍼 픽셀에 의해 검출되는 시간의 차이가 각도 정보를 결정하기 위해 사용될 수 있다.
슈퍼 픽셀들 및 그에 대응하는 발광 소자들(예를 들어, 제1 패턴을 갖는 제1 스펙트럼을 위한 슈퍼 픽셀들 및 발광 소자, 제2 패턴을 갖는 제2 스펙트럼을 위한 슈퍼 픽셀들 및 발광 소자 등)의 배열은 도시되는 것으로 제한되지 않는다. 많은 상이한 대안적 배열들에 의해 빛의 상이한 특성을 검출하는 것이 가능하다. 따라서, PPG 센서들의 광원 및 검출기 배열은 설계에 의해 추구되는 특정 광 검출 특성들을 만족하도록 설계될 수 있다.
PPG 센서에 의해 생성된 데이터는 동일한 플랫폼(예를 들어, 칩) 상의 애플리케이션 프로세서에서 또는 클라우드에서 처리될 수 있다.
도 7은 본 개시의 실시예들에 따른 PPG 센서 구성을 나타낸 도면이다. 도 7을 참조하면, PPG 센서(700)는 광원(701) 및 검출기(702)를 포함한다.
도 7은 도 6과 유사한 다수의 특성을 포함한다. 예를 들어, 광원은 상이한 광 스펙트럼을 갖는 4개의 발광 소자(4개의 상이한 패턴에 대응)를 포함한다. 그러나, 도 6과 달리 도 7은 광원으로부터 바깥쪽을 향하는 직선모양으로 배치된 각각의 광 스펙트럼에 대응하는 슈퍼 픽셀들의 세트를 도시한다. 슈퍼 픽셀은 대략 0, 90, 180 및 270도로 선을 형성하는 것으로 표시되지만 PPG 센서의 설계 요구 사항에 따라 다른 배열이 가능하다. 예를 들어, 슈퍼 픽셀 라인들은 45, 135, 225, 및 315도로 배치될 수 있다. 또한, 다수의 세트의 슈퍼 픽셀들이 추가될 수 있고, 이에 의해 슈퍼 픽셀들의 총 개수가 증가될 수 있다. 도 6처럼 도 7의 슈퍼 픽셀들 각각은 광원으로부터 방출되는 광의 상이한 극성(polarity)을 검출하기 위해 적어도 4개의 픽셀로 구성된다.
도 7에서 일부 슈퍼 픽셀들은 도 6(각각의 슈퍼 픽셀들이 광원 주위에 배열되는)에서보다 광원으로부터 더 멀리 배치되기 때문에, 더 멀리 배치된 도 7의 슈퍼 픽셀들은 광원으로부터 방출되는 반사광의 더 큰 각도를 검출할 수 있다. 일반적으로 더 큰 각도는 더 깊은 깊이와 관련이 있다. 그러나, 광원으로부터 멀리 배치되는 슈퍼 픽셀들에서 검출된 광의 감도는 광원에 더 가깝게 배열된 슈퍼 픽셀들에 비해 더 낮을 수 있다.
도 8은 본 개시의 실시예들에 따른 PPG 센서 구성을 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, PPG 센서(800)는 광원(801) 및 검출기(802)를 포함한다.
검출기(802)의 슈퍼 픽셀들 각각은 도 6, 7과 유사하게 다수의 픽셀들(예를 들어, 4개)을 포함한다. 예를 들어, 검출기(802)에 도시된 슈퍼 픽셀들은 λ(일반적으로 파장에 대응), 변수(예를 들어, "x", "y", 또는 "z"), 및 숫자를 포함한다. 슈퍼 픽셀은 점진적으로 나열된다. 예를 들어, 슈퍼 픽셀의 맨 위 행은 점진적으로 나열된다(예를 들어, "λx1", λx2"... "λxn"), 여기서 n은 이 그룹에 있는 슈퍼 픽셀의 총 개수를 나타낸다. 변수 "x"는 임의의 스펙트럼 범위(예를 들어, 청색광에 대한 스펙트럼 범위)에 대응할 수 있다. 따라서 "λx1", λx2"... "λxn" 슈퍼 픽셀들의 조합은 청색광의 특정 스펙트럼 범위를 검출하는데 매우 민감할 수 있다. 더욱이, "y" 변수는 상이한 스펙트럼 범위(예를 들어, 녹색 광에 대한 스펙트럼 범위)에 대응할 수 있고, "z" 변수는 또한 상이한 스펙트럼 범위(예를 들어, 적색광에 대한 스펙트럼 범위)에 대응할 수 있다. 따라서, 슈퍼 픽셀들의 각각의 세트는 넓은 스펙트럼 범위를 갖는 광을 정확하게 포착하고 식별하도록 설계될 수 있다.
검출기(802)의 슈퍼 픽셀들은 각각 상이한 스펙트럼의 광들을 검출할 수 있기 때문에, 광원 내의 발광 소자들은 각각의 슈퍼 픽셀에 있는 픽셀들에 의해 검출될 수 있을 만큼 충분히 강력한(또는 충분히 근접한)광을 방출할 것을 보장할 수 있도록 배열되어야 한다.
도 9는 본 개시의 실시예들에 따른 PPG 센서 구성을 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, PPG 센서(900)는 광원(901) 및 검출기(902)를 포함한다.
도 9는 도 8과 실질적으로 유사하지만, 차이점은 복수의 넓은 스펙트럼 범위의 슈퍼 픽셀들이 광원(901)의 양쪽에 있는 검출기(902)에서 어레이 유사 패턴으로 제공된다는 것이다. 어레이 유사 패턴은 검출기(902) 광의 특정 영역에서 검출되는 것의 정확도를 향상시킬 수 있다.
도 10은 본 개시의 실시예들에 따른 네트워크 환경내에서의 전자장치를 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 네트워크 환경(1000)에서 전자 장치(예를 들어, GPS 기능을 포함하는 이동 단말기)(1001)는 제1 네트워크(1098)(예를 들어, 근거리 무선 통신 네트워크)를 통해 전자 장치(1002)와 통신하거나, 제2 네트워크(1099)(예를 들어, 장거리 무선 통신 네트워크)를 통해 전자 장치(1004) 또는 서버(1008)와 통신할 수 있다. 전자 장치(1001)는 서버(1008)를 통해 전자 장치(1004)와 통신할 수 있다. 전자 장치(1001)는 프로세서(1020), 메모리(1030), 입력 장치(1050), 음향 출력 장치(1055), 디스플레이 장치(1060), 오디오 모듈(1070), 센서 모듈(1076), 인터페이스(1077), 햅틱 모듈(1079), 카메라 모듈(1080), 전원 관리 모듈(1088), 배터리(1089), 통신 모듈(1090), 가입자 식별 모듈(SIM)(1096), 또는 GNSS 안테나를 포함하는 안테나 모듈(1097)을 포함한다. 일 실시예에서, 상기 구성요소들 중 적어도 하나(예를 들어, 표시 장치 (1060) 또는 카메라 모듈(1080))는 전자 장치(1001)에서 생략되거나, 하나 이상의 다른 구성요소들이 전자 장치(1001)에 추가될 수 있다. 일 실시예에서, 일부 구성요소는 단일 집적 회로(IC)로 구현될 수 있다. 예를 들면, 센서 모듈(1076)(예를 들어, 지문 센서, 홍채 센서, 또는 조도 센서)은 디스플레이 장치(1060)(예를 들어, 디스플레이)에 내장될 수 있다.
프로세서(1020)는, 예를 들면, 프로세서(1020)와 결합된 전자 장치(1001)의 적어도 하나의 다른 구성요소(예를 들어, 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소)를 제어하기 위해, 소프트웨어(예를 들어, 프로그램(1040))를 실행하여, 다양한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 데이터 처리 또는 연산의 적어도 일부로서, 프로세서(1020)는 다른 컴포넌트(예를 들어, 센서 모듈(1076) 또는 통신 모듈(1090))로부터 수신된 커맨드 또는 데이터를 휘발성 메모리(1032)에 로드하고, 휘발성 메모리(1032)에 저장된 커맨드 또는 데이터를 처리하고, 결과 데이터를 비휘발성 메모리(1034)에 저장할 수 있다. 프로세서(1020)는 메인 프로세서(1021)(예를 들어, 중앙 처리 장치(CPU) 또는 애플리케이션 프로세서)와 메인 프로세서와 독립적으로 또는 함께 동작할 수 있는 보조 프로세서(1023)(예를 들어, GPU(Graphics Processing unit), 이미지 신호 프로세서(ISP), 센서 허브 프로세서, 또는 통신 프로세서(CP))를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 보조 프로세서(1023)는 메인 프로세서(1021)보다 적은 전력을 소비하거나 특정 기능을 실행하도록 할 수 있다. 보조 프로세서(1023)는 메인 프로세서(1021)와 분리되어, 또는 그 일부인 것으로 구현될 수 있다.
보조 프로세서(1023)는 메인 프로세서(1021)가 비활성(예: 슬립) 상태에 있는 동안 메인 프로세서(1021) 대신에, 또는 메인 프로세서(1021)가 활성 상태(예: 어플리케이션 실행)에 있는 동안 메인 프로세서(1021)와 함께, 전자 장치(1001)의 구성요소들 중 적어도 하나의 구성요소(예: 표시 장치(1060), 센서 모듈(1076), 또는 통신 모듈(1090))와 관련된 기능 또는 상태 중 적어도 일부를 제어할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 보조 프로세서(1023)(예를 들어, 영상 신호 처리부 또는 통신 프로세서)는 보조 프로세서(1023)와 기능적으로 관련된 다른 구성요소(예를 들어, 카메라 모듈(1080) 또는 통신 모듈(1090))의 일부로서 구현될 수 있다.
메모리(1030)는 전자 장치(1001)의 적어도 하나의 구성요소(예: 프로세서(1020) 또는 센서 모듈(1076))에 의해 사용되는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 다양한 데이터는, 예를 들면, 소프트웨어(예: 프로그램(1040)) 및 이와 관련된 커맨드에 대한 입력 데이터 또는 출력 데이터를 포함할 수 있다. 메모리(1030)는 휘발성 메모리(1032) 또는 비휘발성 메모리(1034)를 포함할 수 있다.
프로그램(1040)은 소프트웨어로서 메모리(1030)에 저장될 수 있으며, 예를 들면, 운영 체제(OS)(1042), 미들웨어(1044) 또는 어플리케이션(1046)을 포함할 수 있다.
입력 장치(1050)는 전자 장치(1001)의 외부(예: 사용자)로부터 전자 장치(1001)의 다른 구성요소(예: 프로세서(1020))가 사용하는 명령 또는 데이터를 수신할 수 있다. 입력 장치(1050)는, 예를 들면, 마이크로폰, 마우스, 또는 키보드를 포함할 수 있다.
음향 출력 장치(1055)는 전자 장치(1001)의 외부로 음향 신호를 출력할 수 있다. 음향 출력 장치(1055)는, 예를 들면, 스피커 또는 수신기를 포함할 수 있다. 스피커는 멀티미디어 재생 또는 녹음과 같은 일반적인 목적으로 사용될 수 있으며, 수신기는 수신 전화를 수신하는 데 사용될 수 있습니다. 일 실시예에 따르면, 수신기는 스피커와 분리되어, 또는 스피커의 일부인 것으로 구현될 수 있다.
디스플레이 장치(1060)는 전자 장치(1001)의 외부(예: 사용자)에 정보를 시각적으로 제공할 수 있다. 디스플레이 장치(1060)는, 예를 들면, 디스플레이, 홀로그램 장치, 또는 디스플레이, 홀로그램 장치 및 프로젝터 중 대응하는 하나를 제어하는 프로젝터 및 제어 회로를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 디스플레이 장치 (1060)는 터치를 검출하도록 적응된 터치 회로, 또는 터치에 의해 발생하는 힘의 세기를 측정하도록 적응된 센서 회로(예: 압력 센서)를 포함할 수 있다.
오디오 모듈(1070)은 소리를 전기 신호로 또는 그 반대로 변환할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 오디오 모듈(1070)은 입력 장치(1050)를 통해 사운드를 획득하거나, 전자 장치(1001)와 직접(예: 유선) 또는 무선으로 연결된 외부 전자 장치(1002)의 헤드폰 또는 음향 출력 장치(1055)를 통해 사운드를 출력할 수 있다.
센서 모듈(1076)은 전자 장치(1001)의 동작 상태(예: 전력 또는 온도) 또는 전자 장치(1001) 외부의 환경 상태(예: 사용자의 상태)를 검출한 후, 검출된 상태에 대응하는 전기적 신호 또는 데이터 값을 생성할 수 있다. 센서 모듈(1076)은, 예를 들면, 제스처 센서, 자이로 센서, 대기압 센서, 자기 센서, 가속도 센서, 그립 센서, 근접 센서, 컬러 센서, 적외선(IR) 센서, 생체 센서, 온도 센서, 습도 센서, 또는 조도 센서를 포함할 수 있다.
인터페이스(1077)는 전자 장치(1001)가 외부 전자 장치(1002)와 직접(예: 유선으로) 또는 무선으로 결합되도록 사용되는 하나 이상의 특정 프로토콜을 지원할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 인터페이스(1077)는, 예를 들면, 고화질 멀티미디어 인터페이스(HDMI), USB(universal serial bus) 인터페이스, SD(secure digital) 카드 인터페이스, 또는 오디오 인터페이스를 포함할 수 있다.
연결 단자(1078)는 전자 장치(1001)가 외부 전자 장치(1002)와 물리적으로 연결될 수 있는 커넥터를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 연결 단자(1078)는, 예를 들면, HDMI 커넥터, USB 커넥터, SD 카드 커넥터, 또는 오디오 커넥터(예: 헤드폰 커넥터)를 포함할 수 있다.
햅틱 모듈(1079)은 전기 신호를 기계적 자극(예를 들어, 진동 또는 움직임) 또는 촉감 또는 운동 감각을 통해 사용자에 의해 인식될 수 있는 전기적 자극으로 변환할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 햅틱 모듈(1079)은, 예를 들면, 모터, 압전 소자, 또는 전기 자극기를 포함할 수 있다.
카메라 모듈(1080)은 정지영상 또는 동영상을 촬영할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 카메라 모듈(1080)은 하나 이상의 렌즈, 이미지 센서, 영상 신호 처리부 또는 플래시를 포함할 수 있다.
전력 관리 모듈(1088)은 전자 장치(1001)에 공급되는 전력을 관리할 수 있다. 전력 관리 모듈(1088)은, 예를 들면, 전력 관리 집적 회로(PMIC)의 적어도 일부로서 구현될 수 있다.
배터리(1089)는 전자 장치(1001)의 적어도 하나의 구성요소에 전원을 공급할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 배터리(1089)는, 예를 들면, 재충전이 불가능한 1차 전지, 재충전이 가능한 2차 전지, 또는 연료 전지를 포함할 수 있다.
통신 모듈(1090)은 전자 장치(1001)와 외부 전자 장치(예를 들어, 전자 장치(1002), 전자 장치(1004), 또는 서버(1008)) 간의 직접(예: 유선) 통신 채널 또는 무선 통신 채널을 설정하고, 설정된 통신 채널을 통해 통신을 수행하는 것을 지원할 수 있다. 통신 모듈(1090)은 프로세서(1020)로부터 독립적으로 동작 가능한 하나 이상의 통신 프로세서를 포함할 수 있고, 직접(예: 유선) 통신 또는 무선 통신을 지원할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 통신 모듈(1090)은 무선 통신 모듈(1092)(예를 들어, 셀룰러 통신 모듈, 근거리 무선 통신 모듈, 또는 GNSS(Global Navigation Satellite System) 통신 모듈) 또는 유선 통신 모듈(1094)(예를 들어, 근거리 통신망(LAN) 통신 모듈 또는 전력선 통신(PLC) 모듈)을 포함할 수 있다. 이러한 통신 모듈들 중 대응하는 하나는 제1 네트워크(1098)(예를 들어, Bluetooth??, 와이파이(Wi-Fi) 다이렉트 또는 적외선 데이터 협회(IrDA) 표준과 같은 단거리 통신 네트워크) 또는 제2 네트워크(1099)(예를 들어, 셀룰러 네트워크, 인터넷 또는 컴퓨터 네트워크(예를 들어, LAN 또는 광역 네트워크(WAN)와 같은 장거리 통신 네트워크))를 통해 외부 전자 장치와 통신할 수 있다. 이러한 다양한 타입의 통신 모듈은 단일 컴포넌트(예를 들어, 단일 IC)로 구현되거나, 서로 분리된 다수의 컴포넌트(예를 들어, 다중 IC)로 구현될 수 있다. 무선 통신 모듈(1092)은 가입자 식별 모듈(1096)에 저장된 가입자 정보(예: 국제 모바일 가입자 식별(IMSI))를 이용하여, 제1 네트워크(1098) 또는 제2 네트워크(1099)와 같은 통신 네트워크에서 전자 장치(1001)를 식별하고 인증할 수 있다.
안테나 모듈(1097)은 전자 장치(1001)의 외부(예: 외부 전자 장치)와 신호 또는 전력을 송수신할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 안테나 모듈(1097)은 하나 이상의 안테나를 포함할 수 있으며, 이로부터 제1 네트워크(1098) 또는 제2 네트워크(1099)와 같이 통신 네트워크에서 사용되는 통신 방식에 적합한 적어도 하나의 안테나가 예를 들면, 통신 모듈(1090)(예: 무선 통신 모듈(1092))에 의해 선택될 수 있다. 이어서, 상기 신호 또는 전력은 선택된 적어도 하나의 안테나를 통해 상기 통신 모듈(1090)과 상기 외부 전자 장치 간에 송수신될 수 있다.
상술한 컴포넌트들 중 적어도 일부는 상호 결합될 수 있고, 주변 장치 간 통신 방식(예를 들어, 버스, 범용 입출력(GPIO), 직렬 주변 장치 인터페이스(SPI), 또는 모바일 산업 프로세서 인터페이스(MIPI))을 통해 이들 사이에 신호(예를 들어, 명령 또는 데이터)를 통신할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제2네트워크(1099)와 연결된 서버(1008)를 통해 전자 장치(1001)와 외부 전자 장치(1004) 간에 명령 또는 데이터가 송수신될 수 있다. 전자 장치(1002, 1004) 각각은 전자 장치(1001)와 동일하거나 다른 유형의 장치일 수 있다. 전자 장치(1001)에서 실행될 동작의 전부 또는 일부는 외부 전자 장치(1002, 1004 또는 1008) 중 하나 이상에서 실행될 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(1001)가 자동으로 또는 사용자 또는 다른 장치로부터의 요청에 응답하여 기능 또는 서비스를 수행해야 하는 경우, 전자 장치(1001)는, 기능 또는 서비스를 실행하는 대신에, 또는 이에 더하여, 하나 이상의 외부 전자 장치들에게 상기 기능 또는 서비스의 적어도 일부를 수행하도록 요청할 수 있다. 상기 요청을 수신한 하나 이상의 외부 전자 장치는 상기 요청된 기능 또는 상기 서비스 중 적어도 일부, 또는 상기 요청과 관련된 추가 기능 또는 부가 서비스를 수행하고, 상기 수행의 결과를 상기 전자 장치(1001)로 전송할 수 있다. 전자 장치(1001)는 결과의 추가 처리와 함께 또는 그 없이, 요청에 대한 응답의 적어도 일부로서 결과를 제공할 수 있다. 이를 위해, 예를 들어, 클라우드 컴퓨팅, 분산 컴퓨팅, 또는 클라이언트-서버 컴퓨팅 기술이 사용될 수 있다.
일 실시 예는 기계(예: 전자 장치(1001))가 읽을 수 있는 저장 매체(예: 내부 메모리(1036) 또는 외부 메모리(1038))에 저장된 하나 이상의 명령어를 포함하는 소프트웨어(예: 프로그램(1040))로 구현될 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(1001)의 프로세서는 저장 매체에 저장된 하나 이상의 명령들 중 적어도 하나를 호출하고, 프로세서의 제어에 따라 하나 이상의 다른 구성요소를 사용하거나 사용하지 않고 실행할 수 있다. 따라서, 기계는 호출된 적어도 하나의 명령에 따라 적어도 하나의 기능을 수행하도록 동작될 수 있다. 하나 이상의 명령어는 컴파일러에 의해 생성된 코드 또는 인터프리터에 의해 실행가능한 코드를 포함할 수 있다. 기계 판독 가능한 저장 매체는 비일시적 저장 매체의 형태로 제공될 수 있다. "비일시적"이라는 용어는 저장 매체가 유형적 디바이스이고, 신호(예를 들어, 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 나타내지만, 데이터가 저장 매체에 반영구적으로 저장되는 곳과 데이터가 저장 매체에 일시적으로 저장되는 곳을 구별하지는 않는다.
일 실시예에 따르면, 본 개시의 방법이 컴퓨터 프로그램 제품에 포함되고 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 판매자와 구매자 사이의 제품으로서 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기계 판독 가능한 저장 매체(예를 들어, 컴팩트 디스크 판독 전용 메모리(CD-ROM))의 형태로 배포되거나, 애플리케이션 스토어(예를 들어, Play 스토어??)를 통해 온라인으로 배포(예를 들어, 다운로드 또는 업로드)되거나, 또는 두 사용자 장치(예를 들어, 스마트폰) 간에 직접 배포될 수 있다. 온라인으로 배포되는 경우, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 일시적으로 생성되거나 제조업사 서버의 메모리, 애플리케이션 저장소의 서버, 또는 중계 서버와 같은 기계 판독가능한 저장 매체에 적어도 일시적으로 저장될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전술한 구성요소의 각 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단일 개체 또는 다중 개체를 포함할 수 있다. 상술한 구성요소들 중 하나 이상이 생략되거나, 하나 이상의 다른 구성요소가 추가될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예를 들어, 모듈들 또는 프로그램들)은 단일 구성요소로 통합될 수 있다. 이 경우, 통합된 구성요소는 통합되기 전에 복수의 구성요소들 중 대응하는 하나에 의해 수행되는 것과 동일하거나 유사한 방식으로 복수의 구성요소들 각각의 하나 이상의 기능을 여전히 수행할 수 있다. 모듈, 프로그램, 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬로, 반복적으로, 또는 발견적 교수법으로 수행될 수 있거나, 또는 하나 이상의 동작들이 다른 순서로 실행되거나 생략되거나, 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.
본 개시의 특정 실시예가 본 개시의 상세한 설명에서 설명되었지만, 본 개시는 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 따라서, 본 개시의 범위는 단순히 설명된 실시예에 기초하여 결정되는 것이 아니라, 첨부된 청구항 및 그에 대한 균등물에 기초하여 결정되어야 한다.
Claims (20)
- 광원 및 검출기를 포함하는 전자 장치로서,
상기 광원은,
전자기 스펙트럼 방출을 출력하도록 구성된 전자기 스펙트럼 방출원;
상기 전자기 스펙트럼 방출을 편광하도록 구성된 편광 광학 소자;
확산을 감소시키기 위해 전자기 스펙트럼 방출을 좁거나 팽팽한 빛으로 초점을 맞추거나 시준하도록(collimate) 구성된 시준 광학 소자; 및
상기 전자기 스펙트럼 방출을 소정의 배열로 분리하도록 구성된 회절 소자를 포함하는 전자 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 편광 광학 소자는 전기적 입력에 의해 변조된 능동 온칩 편광 광학 소자 또는 수동 온칩 편광 광학 소자 중 적어도 하나를 포함하는 전자 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 시준 광학 소자는 적어도 하나의 상기 회절 소자를 포함하는 전자 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 시준 광학 소자는 적어도 하나의 포커싱 또는 렌즈 광학 소자를 포함하는 전자 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 전자기 스펙트럼 방출은 가시 범위 또는 근적외선(NIR; Near-Infrared) 스펙트럼의 주파수를 포함하는 전자 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 전자기 스펙트럼 방출원은 발광 다이오드(LED; Light-Emitting Diode), 적어도 하나의 레이저 다이오드, 또는 수직 공동 표면 발광 레이저(VCSEL; Vertical-cavity surface-emitting laser)인 전자 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 검출기는 상기 전자기 스펙트럼 방출을 필터링하도록 구성된 전자기 스펙트럼 필터;
상기 전자기 스펙트럼 방출을 필터링하도록 구성된 편광 필터 어레이; 및
필터링된 전자기 스펙트럼 방출을 검출하도록 구성된 센서를 더 포함하는 전자 장치. - 제7 항에 있어서,
상기 전자기 스펙트럼 필터는 컬러 필터, 협대역 필터, 분산 브래그 필터 또는 광대역 필터인 전자 장치. - 제7 항에 있어서,
상기 전자기 스펙트럼 필터는 복수의 필터 타입을 포함하고, 각 필터 타입은 센서 내의 하나 이상의 픽셀과 연관되는 전자 장치. - 제7 항에 있어서,
상기 편광 필터 어레이는 행 또는 열로 배열된 다중 필터로 구성되는 전자 장치. - 제7 항에 있어서,
상기 편광 필터 어레이는 선형 편광 상태 또는 원형 편광 상태 중 적어도 하나를 검출하는 전자 장치. - 제7 항에 있어서,
상기 센서는 포토 다이오드(PD; Photodiode) 픽셀, 아발란치 포토 다이오드(APD; avalanche photodiode) 픽셀 및 단일 광자 아발란치 다이오드(SPAD; Single-photon avalanche diode) 중 적어도 하나를 포함하는 전자 장치. - 제7 항에 있어서,
상기 편광 필터 어레이 내의 각 필터는 상기 센서 내의 적어도 하나의 픽셀에 맵핑되는 전자 장치. - 제7 항에 있어서,
상기 편광 필터 어레이는 알루미늄(Al), 산화티타늄(TiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 텅스텐(W), 산화실리콘(SiO2), 실리콘(Si), 질화실리콘(Si3N4) 및 비정질 실리콘(a-Si)을 포함하는 전자 장치. - 광원 및 검출기를 포함하는 전자 장치로서,
상기 광원은,
전자기 스펙트럼 방출을 출력하도록 구성된 전자기 스펙트럼 방출원;
상기 전자기 스펙트럼 방출을 편광하도록 구성된 편광 광학 소자; 및
상기 전자기 스펙트럼 방출을 소정의 배열로 분리하도록 구성된 시준 광학 소자를 포함하고,
상기 검출기는,
상기 전자기 스펙트럼 방출에 맵핑된 적어도 하나의 픽셀을 포함하는 전자 장치. - 제15 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 픽셀은 상기 전자기 스펙트럼 방출의 파장에 따라 상기 전자기 스펙트럼 방출에 맵핑되는 전자 장치. - 제16 항에 있어서,
상기 전자기 스펙트럼 방출의 깊이는 상기 적어도 하나의 픽셀에 의해 상기 전자기 스펙트럼 방출이 검출되는 각도에 기초하여 결정되는 전자 장치. - 제17 항에 있어서,
상기 전자기 스펙트럼 방출이 검출되는 각도는 상기 전자기 스펙트럼 방출원에 의해 상기 전자기 스펙트럼 방출이 출력되는 제1 시간 및 상기 적어도 하나의 픽셀에 의해 상기 전자기 스펙트럼 방출이 검출되는 제2 시간의 함수로서 결정되는 전자 장치. - 광원 및 검출기를 포함하는 전자 장치로서,
상기 광원은,
전자기 스펙트럼 방출을 출력하도록 구성된 전자기 스펙트럼 방출원을 포함하고,
상기 검출기는,
상기 전자기 스펙트럼 방출을 필터링하도록 구성된 전자기 스펙트럼 필터;
상기 전자기 스펙트럼 방출을 필터링하도록 구성된 편광 필터 어레이; 및
필터링된 전자기 스펙트럼 방출을 검출하도록 구성된 센서를 포함하는 전자 장치. - 제19 항에 있어서,
상기 센서에 포함된 제1 픽셀은 상기 전자기 스펙트럼 방출의 제1 파장에 따라 맵핑되고, 상기 센서에 포함된 제2 픽셀은 상기 전자기 스펙트럼 방출의 제2 파장에 따라 맵핑되는 전자 장치.
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