WO2019198991A1

WO2019198991A1 - 공간 광 변조기를 이용한 생체 정보 검출을 위한 방법, 전자 장치 및 저장 매체

Info

Publication number: WO2019198991A1
Application number: PCT/KR2019/004133
Authority: WO
Inventors: 김진호; 신승환; 오준석; 윤인호; 조성환
Original assignee: 삼성전자 주식회사
Priority date: 2018-04-12
Filing date: 2019-04-08
Publication date: 2019-10-17
Also published as: KR20190119382A; US20210007617A1; US11553851B2; KR102505234B1

Abstract

다양한 실시 예에 따르면 전자 장치에 있어서, 내부 공간을 포함하는 하우징; 상기 하우징에 위치되며 상기 하우징의 일부를 통해 노출된 센서 구조체(sensor structure), 상기 센서 구조체는: 상기 내부 공간으로부터 멀어지는 방향을 향하는 제1 표면 및 상기 제1 표면으로부터 멀어지는(facing away) 방향을 향하는 제2 표면을 포함하는 실질적으로(substantially) 투명한 판; 상기 투명한 판과 대향하면서 상기 내부 공간에 위치되는 지지 구조체(support structure); 상기 제2 표면으로부터 이격된 상태로 상기 지지 구조체 상에 장착되며 상기 제2 표면과 상기 지지 구조체 사이에 삽입된 적어도 하나의 발광 소자; 상기 발광 소자로부터 이격된 상태로 상기 투명한 판과 상기 LED 사이에 배치된 공간 광 변조기(spatial light modulator; SLM); 상기 지지 구조체 상에 장착되며, 상기 발광 소자 측면으로 인접하여 상기 제2 표면과 상기 지지 구조체 사이에 위치되는 수광 소자; 및 상기 SLM에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 전기 경로(electrical path)를 포함하며, 상기 수광 소자에 동작 가능하게 연결되며 상기 수광 소자를 이용하여 맥파(photoplethysmogram; PPG) 데이터를 생성하도록 구성된 프로세싱 회로를 포함할 수 있다. 다른 실시 예가 가능하다.

Description

공간 광 변조기를 이용한 생체 정보 검출을 위한 방법, 전자 장치 및 저장 매체

다양한 실시 예는 공간 광 변조기를 이용한 생체 정보 검출을 위한 방법, 전자 장치 및 저장 매체에 관한 것이다.

건강에 대한 관심이 증가함에 따라 다양한 생체 정보 검출 기술이 개발되고 있다. 예를 들어, 생체 정보 검출 기술 중 광혈류 측정(photoplethysmography; PPG) 방식은 광학적인 방식으로 신체의 부피 변화를 측정할 수 있다. 광혈류 측정 방식은 광원에서 나온 광을 피부에 조사하여 피부 속 혈관의 부피 변화에 따른 광의 흡수 정도의 차이를 반사 혹은 투과되어 나온 광의 세기의 형태로 표현되도록 할 수 있다. 일반적으로 혈관에서의 혈류의 흐름은 심장 박동뿐만 아니라 몸 속의 생리적인 변화에 의해 변화되므로, 광혈류 측정 방식을 이용하여 검출된 PPG(photoplethysmography) 신호(PPG 데이터라고도 함)는 심박(heart rate; HR), 호흡, 스트레스 수치, 혈압(blood pressure, BP), 혈류량 및 순환계의 상태를 모니터하기 위해 이용될 수 있다.

종래에는 PPG 신호를 측정하기 위해 맥파 산소 측정기(pulse oximetry)를 많이 사용하였으나, 최근에는 손목형 웨어러블(wearable) 장치, 스마트폰(smart phone) 등과 같은 모바일(mobile) 장치를 통해서도 PPG 신호의 측정이 이루어지고 있다.

종래의 단순 조사 방식의 PPG 센서는 광이 혈관에만 조사되는 것이 아니라, 피부 전체에 조사되기 때문에 PPG 신호의 AC 성분에서 사용자의 유용한 생체 정보를 얻기 위해서는 신호대잡음비(signal to noise ratio; SNR)를 증가시킬 필요성이 있었다. 예를 들어, 발광 다이오드(light emitting diode; LED) 발광 소자에 의한 시야(field of view; FOV)는 약 2mm x 2mm 이고 손가락의 세동맥의 크기는 200micron 정도이므로, PPG 센서의 발광 장치가 LED 발광 소자일 경우, LED 발광 소자가 사용자의 피부에 광을 조사하면, LED 발광 소자에 의해 조사된 전체 광 중의 약 10% 만이 사용자의 혈관에 조사되고, 나머지 90%는 피부 조직에 도달하여, PPG 센서의 출력 신호의 노이즈 성분(예: DC 성분의 노이즈 및 고주파수(high frequency, HF) 성분의 노이즈)이 증가될 수 있다. 예를 들어, 종래의 단순 조사 방식의 PPG 센서는 광을 변조(modulation)하지 않고 바로 사용자의 피부에 조사하기 때문에 낮은 비율(약 10%)의 광만이 혈관에 도달하여 SNR이 낮은 문제점이 있다. 또한, 예를 들어, 피부가 PPG 센서에 완전히 밀착되지 않는 경우, 반사 및 외부 광원에 의한 백그라운드 노이즈가 증가하여 SNR이 감소할 수 있다.

상기 단순 조사 방식의 PPG 센서의 문제를 해결하기 위해, 종래에는 발광된 광을 원하는 부위에 집광되도록 하는 렌즈 또는 도파관(waveguide)등의 수동 광 변조(passive light modulation)를 위한 소자를 PPG 센서에 적용하였다. 그러나, 상기 렌즈 또는 도파관(waveguide)등이 적용된 PPG 센서는, 센서 설계 시에 광의 이동 경로(방향 및 초점 거리)가 미리 지정되어야 하기 때문에, PPG 신호를 검출할 때의 신체의 움직임에 따른 잡음(artifact)에 취약한 단점이 있다. 예를 들어, 상기 렌즈 또는 도파관(waveguide)등이 적용된 PPG 센서는 PPG 센서의 위치 변화 및/또는 혈관의 위치 변화에 적절하게 대응할 수 없는 단점이 있다. 실제로 피부 속 혈관은 사용자의 움직임에 의해서도 이동을 하지만, 심장의 박동에 따라 미세하게 변화를 일으키고, 이에 따라 상기 렌즈 또는 도파관(waveguide)등이 적용된 PPG 센서에서는 발광 장치의 집광에 필요한 방향 및 초점 거리가 계속하여 바뀔 수 있다. 상기 렌즈 또는 도파관(waveguide)등이 적용된 PPG 센서가 웨어러블 장치의 형태로 구현 또는 웨어러블 장치에 장착된 경우, 지속적인 측정이 이루어지기 위해서는 웨어러블 장치의 착용 상태(헐거운 착용, 꽉 조이는 착용)에 따른 오차를 최소화 하여야 하지만, 상기 렌즈 또는 도파관(waveguide)등이 적용된 PPG 센서를 이용해서는 상기 착용 상태에 따른 상기 웨어러블 장치와 혈관 간의 거리 변화에 대응하기 어려운 단점이 있다. 예를 들어, 웨어러블 장치의 형태로 구현되거나 웨어러블 장치에 장착된 PPG 센서가 요골 동맥에서 생체 정보 신호를 측정할 때, 웨어러블 장치의 특성 상 웨어러블 장치의 착용 상태 등에 따라 PPG 센서가 요골 동맥을 향해 정확하게 위치하지 않을 수 있으며, 이에 따라, 새로운 형태의 노이즈가 발생할 수 있다. 예를 들어, 혈관 팽창 등에 따라 웨어러블 장치의 형태로 구현되거나 웨어러블 장치에 장착된 PPG 센서의 위치가 변경될 수 있으며, 이러한 경우, PPG 신호의 출력 파형(예: 흡수 반사 파형)이 반대로 나타나는 등 신호 분석이 어려울 수 있으며, 노이즈가 추가되어 파형이 왜곡될 수도 있다.

사람의 피부는 다양한 물질이 혼재되어 있으며, 혈관은 상기 피부 속에 존재하고 있다. 피부의 광학 특성은 감소된 산란 계수(reduced scattering coefficient)(μ_s’) 가 흡수 계수(absorption coefficient)(μ_a) 대비 10~100배 정도 크기 때문에 피부 속으로의 광의 전달은 산란 특성이 주요하게 작용할 수 있다. 이에 따라, 렌즈 또는 도파관 등의 설계가 잘 되어 있더라도, 상기 렌즈 또는 도파관(waveguide)등이 적용된 PPG 센서의 발광 장치가 광을 조사할 때, 피부 속에서의 산란에 의해 효과적으로 사용자의 혈관에 상기 광이 도달하는 비율은, 공기 중에서의 파동 전파(wave propagation)에 의한 집광에 비해 효율이 크게 떨어지게 된다. 상기 렌즈 또는 도파관(waveguide)등이 적용된 PPG 센서의 발광 장치가 광을 조사할 때, 광의 산란에 의해 실제 사용자의 피부 속 혈관에 도달하는 광의 집광 효율은 이상적인 설계된 값보다 낮으며 상기 렌즈 또는 도파관(waveguide)등 만으로는 피부 속 혈관으로의 집광 효율을 높이는 데에는 한계가 있다.

사람의 혈관은 주변 환경의 온도 변화에 따라 체온 유지를 위하여 수축 및 팽창을 한다. 추운 환경에서는 혈관을 통한 열손실을 최소화하기 위해 혈관이 수축되게 되는데, 이는 PPG 센서에서 좋은 품질의 출력 신호를 획득하는 것에 방해 요인이 된다. 외부의 온도 변화에 따라 혈관의 크기가 변화하게 되면 종래의 단순 조사 방식의 PPG 센서의 경우, 혈관 이외의 부분으로 광을 조사하는 경우가 증가하게 되어 SNR이 나빠지게 되고, 상기 렌즈 또는 도파관(waveguide)등이 적용된 PPG 센서의 경우 혈관이 아닌 다른 부분으로의 광의 조사 확률이 증가하여 SNR이 나빠지게 된다.

다양한 실시 예에 따르면, 종래의 PPG 센서 또는 PPG 신호를 측정할 수 있는 전자 장치에, 공간 광 변조기(SPATIAL LITHT MODULATOR; SLM)를 적용하여, 발광 장치가 사용자의 피부에 광을 조사하는 경우, 상기 피부 속의 혈관에 도달하는 광의 조사율을 증가시킴으로써, PPG 신호의 품질을 증가시킬 수 있는 공간 광 변조기를 이용한 생체 정보 검출을 위한 방법, 전자 장치 및 저장 매체를 제공할 수 있다. 상기 SLM은, 2차원 배열을 가질 수 있으며, 전기적인 신호를 가할 경우 광의 성질을 활발하게 변조시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 SLM은, 전기적인 신호에 의해 발광 장치로부터 출력된 광의 진폭(amplitude) 및/또는 위상(phase)을 변조시켜 광의 방향 조절 및 산란 억제를 할 수 있으며, 이에 따라 지속적으로 움직이는 SLM 패턴에 반응하여 광의 조사율을 높일 수 있으며, PPG 신호의 신호 대 잡음 비(signal to noise ratio; SNR)을 증가시킬 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 종래의 PPG 센서 또는 PPG 신호를 측정할 수 있는 전자 장치에 SLM을 적용하여, PPG 센서 또는 PPG 신호를 측정할 수 있는 전자 장치가 웨어러블 장치의 형태로 구현되거나 또는 PPG 센서가 웨어러블 장치에 장착된 경우, 정확히 혈관(예: 요골 동맥)의 위치를 찾을 수 있으며, 상기 혈관에 대응하는 생체 정보 신호(예: 요골 동맥에서의 혈압 등)를 측정할 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, PPG 센서 또는 PPG 신호를 측정할 수 있는 전자 장치의 격벽을 보호 유리 아래로 배치되도록 하여, 전자 장치에 플랫 윈도우 형태의 보호 유리가 적용되도록 하되, 복수의 발광 소자들과 지정된 길이(높이)의 공간을 둔 상단에 SLM을 위치시켜, 전자 장치가 복수의 발광 소자들 각각에 대해 맞춤 광 변조 제어를 할 수 있다. 전자 장치가 복수의 발광 소자들 각각에 대한 맞춤 광 변조 제어를 통해 복수의 발광 소자들로 각각으로부터 출력된 광을 변조 시켜 광의 직진성을 높일 수 있으며, 이에 따라 보호 유리를 통한 크로스토크 노이즈를 억제시킬 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 전자 장치에 있어서, 내부 공간을 포함하는 하우징; 상기 하우징에 위치되며 상기 하우징의 일부를 통해 노출된 센서 구조체(sensor structure), 상기 센서 구조체는: 상기 내부 공간으로부터 멀어지는(facing away) 방향을 향하는 제1 표면 및 상기 제1 표면으로부터 멀어지는 방향을 향하는 제2 표면을 포함하는 실질적으로(substantially) 투명한 판; 상기 투명한 판과 대향하면서 상기 내부 공간에 위치되는 지지 구조체(support structure); 상기 제2 표면으로부터 이격된 상태로 상기 지지 구조체 상에 장착되며 상기 제2 표면과 상기 지지 구조체 사이에 삽입된 적어도 하나의 발광 소자; 상기 발광 소자로부터 이격된 상태로 상기 투명한 판과 상기 발광 소자 사이에 배치된 공간 광 변조기(spatial light modulator; SLM); 상기 지지 구조체 상에 장착되며, 상기 발광 소자 측면으로 인접하여 상기 제2 표면과 상기 지지 구조체 사이에 위치되는 수광 소자; 및 상기 SLM에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 전기 경로(electrical path)를 포함하며, 상기 수광 소자에 작동적으로 연결되며 상기 수광 소자를 이용하여 맥파(photoplethysmogram; PPG) 데이터를 생성하도록 구성된 프로세싱 회로를 포함할 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 전자 장치의 공간 광 변조기를 이용한 생체 정보 검출을 위한 방법에 있어서, 상기 전자 장치의 적어도 하나의 발광 소자를 켜는(on) 동작; 상기 전자 장치의 공간 광 변조기(spatial light modulator; SLM)가 상기 발광 소자로부터 출력된 광으로 제1 패턴을 출력하도록 상기 SLM의 적어도 하나의 픽셀을 제어하는 동작; 및 상기 전자 장치의 수광 소자를 이용하여 맥파(photoplethysmogram; PPG) 데이터를 생성하는 동작을 포함할 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 명령들을 저장하고 있는 저장 매체에 있어서, 상기 명령들은 적어도 하나의 회로에 의하여 실행될 때에 상기 적어도 하나의 회로로 하여금 적어도 하나의 동작을 수행하도록 설정된 것으로서, 상기 적어도 하나의 동작은, 전자 장치의 적어도 하나의 발광 소자를 켜는(on) 동작; 상기 전자 장치의 공간 광 변조기(spatial light modulator; SLM)가 상기 발광 소자로부터 출력된 광으로 제1 패턴을 출력하도록 상기 SLM의 적어도 하나의 픽셀을 제어하는 동작; 및 상기 전자 장치의 수광 소자를 이용하여 맥파(photoplethysmogram; PPG) 데이터를 생성하는 동작을 포함할 수 있다.

다양한 실시 예에 따른 공간 광 변조기를 이용한 생체 정보 검출을 위한 방법, 전자 장치 및 저장 매체는, 발광 장치와 광 검출 장치로 구성되어 있는 전자 장치의 구조에서 발광 장치의 상단에 SLM을 위치시킴으로써, 발광 장치로부터 출력되는 광의 성분을 SLM을 통해서 변조시킬 수 있으며, 이러한 광의 변조 동작을 통해 위치가 고정되지 않는 혈관의 PPG 신호를 지속적으로 측정할 수 있으며, PPG 신호의 측정 시 온도 등의 외부 환경의 변화에 영향을 적게 받도록 할 수 있다.

다양한 실시 예에 따른 공간 광 변조기를 이용한 생체 정보 검출을 위한 방법, 전자 장치 및 저장 매체는, 발광 장치와 광 검출 장치로 구성되어 있는 전자 장치의 구조에서 발광 장치의 상단에 SLM을 위치시킴으로써, 전자 장치에 플랫 윈도우 타입의 보호 유리를 적용할 수 있으며, 이에 따라, 종래의 렌즈를 포함하는 PPG 센서의 방수 문제 및/또는 미관 문제를 해결할 수 있다. 예를 들어, 상기 전자 장치에 SLM을 배치하여, 발광 소자로부터 출력된 광의 직진성을 향상시킬 수 있으며 이에 따라 크로스토크 노이즈의 발생을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 전자 장치에 SLM을 적용하여, 좁은 면적에 복수의 발광 소자들과 광 검출기들을 배치할 수 있다. 예를 들어, 상기 전자 장치에 SLM을 적용하여, 공정 편차에 의한 정렬 불량에 따른 영향을 감소시킬 수 있다.

도 1은, 다양한 실시예들에 따른, 네트워크 환경 내의 전자 장치의 블럭도이다.

도 2은 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 블록도이다.

도 3a는 다양한 실시 예에 따른 PPG 신호를 측정할 수 있는 전자 장치를 나타낸 도면이다.

도 3b는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치에서의 PPG 센서의 배치를 설명하기 위한 도면이다.

도 4a는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 주요 구성을 나타내는 평면도이다.

도 4b는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 주요 구성을 나타내는 평면도이다.

도 4c는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 주요 구성을 나타내는 평면도이다.

도 4d는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 주요 구성을 나타내는 평면도이다.

도 4e는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 주요 구성을 나타내는 평면도이다.

도 4f는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 주요 구성을 나타내는 평면도이다.

도 5는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 단면도이다.

도 6a는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 센서 구조체의 단면도이다.

도 6b는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 센서 구조체의 단면도이다.

도 7a는 다양한 실시 예에 따른, 전자 장치의 SLM을 이용하여 혈관의 위치에 광을 집광하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 7b는 다양한 실시 예에 따른, 전자 장치의 SLM을 이용하여 혈관의 위치에 광을 집광하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 7c는 다양한 실시 예에 따른, 전자 장치의 SLM을 이용하여 혈관의 위치에 광을 집광하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 8a는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 PPG 신호의 노이즈를 감소시키기 위한 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 8b는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 PPG 신호의 노이즈를 감소시키기 위한 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 8c는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 PPG 신호의 노이즈를 감소시키기 위한 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 8d는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 PPG 신호의 노이즈를 감소시키기 위한 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 8e는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 PPG 신호의 노이즈를 감소시키기 위한 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 8f는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 PPG 신호의 노이즈를 감소시키기 위한 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 8g는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 PPG 신호의 노이즈를 감소시키기 위한 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 8h는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 PPG 신호의 노이즈를 감소시키기 위한 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 8i는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 PPG 신호의 노이즈를 감소시키기 위한 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 8j는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 PPG 신호의 노이즈를 감소시키기 위한 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 8k는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 PPG 신호의 노이즈를 감소시키기 위한 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 8l는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 PPG 신호의 노이즈를 감소시키기 위한 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 8m는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 PPG 신호의 노이즈를 감소시키기 위한 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 8n는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 PPG 신호의 노이즈를 감소시키기 위한 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 8o는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 PPG 신호의 노이즈를 감소시키기 위한 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 8p는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 PPG 신호의 노이즈를 감소시키기 위한 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 9는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 동작의 흐름도이다.

도 10a는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 주요 구성을 나타내는 평면도이다.

도 10b는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 단면도이다.

도 10c는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 단면도이다.

도 10d는 다양한 실시 예에 따른 SLM 파형의 예를 나타낸 도면이다.

도 10e는 다양한 실시 예에 따른 SLM 파형의 예를 나타낸 도면이다.

도 11a는 다양한 실시 예에 따른 공정 편차 발생을 보정할 수 있는 전자 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 11b는 다양한 실시 예에 따른 공정 편차 발생을 보정할 수 있는 전자 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 11c는 다양한 실시 예에 따른 공정 편차 발생을 보정할 수 있는 전자 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 11d는 다양한 실시 예에 따른 공정 편차 발생을 보정할 수 있는 전자 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 12는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 동작의 흐름도이다.

도 13은 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 동작의 흐름도이다.

도 1은, 다양한 실시예들에 따른, 네트워크 환경(100) 내의 전자 장치(101)의 블럭도이다. 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)와 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 장치(150), 음향 출력 장치(155), 표시 장치(160), 오디오 모듈(170), 센서 모듈(176), 인터페이스(177), 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: 표시 장치(160) 또는 카메라 모듈(180))가 생략되거나, 하나 이상의 다른 구성 요소가 추가될 수 있다. 어떤 실시예에서는, 이 구성요소들 중 일부들은 하나의 통합된 회로로 구현될 수 있다. 예를 들면, 센서 모듈(176)(예: 지문 센서, 홍채 센서, 또는 조도 센서)은 표시 장치(160)(예: 디스플레이)에 임베디드된 채 구현될 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)을 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 로드하고, 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), 및 이와는 독립적으로 또는 함께 운영 가능한 보조 프로세서(123)(예: 그래픽 처리 장치, 이미지 시그널 프로세서, 센서 허브 프로세서, 또는 커뮤니케이션 프로세서)를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대체적으로, 보조 프로세서(123)은 메인 프로세서(121)보다 저전력을 사용하거나, 또는 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: 표시 장치(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 구성 요소(예: 카메라 모듈(180) 또는 통신 모듈(190))의 일부로서 구현될 수 있다.

메모리(130)는, 전자 장치(101)의 적어도 하나의 구성요소(예: 프로세서(120) 또는 센서모듈(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 장치(150)는, 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 장치(150)은, 예를 들면, 마이크, 마우스, 또는 키보드를 포함할 수 있다.

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

표시 장치(160)는 전자 장치(101)의 외부(예: 사용자)로 정보를 시각적으로 제공할 수 있다. 표시 장치(160)은, 예를 들면, 디스플레이, 홀로그램 장치, 또는 프로젝터 및 해당 장치를 제어하기 위한 제어 회로를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 표시 장치(160)는 터치를 감지하도록 설정된 터치 회로(touch circuitry), 또는 상기 터치에 의해 발생되는 힘의 세기를 측정하도록 설정된 센서 회로(예: 압력 센서)를 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 장치(150)를 통해 소리를 획득하거나, 음향 출력 장치(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)이 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)은, 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 구성 요소에 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 direct 또는 IrDA(infrared data association) 같은 근거리 통신 네트워크) 또는 제 2 네트워크(199)(예: 셀룰러 네트워크, 인터넷, 또는 컴퓨터 네트워크(예: LAN 또는 WAN)와 같은 원거리 통신 네트워크)를 통하여 외부 전자 장치와 통신할 수 있다. 이런 여러 종류의 통신 모듈들은 하나의 구성 요소(예: 단일 칩)으로 통합되거나, 또는 서로 별도의 복수의 구성 요소들(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 및 인증할 수 있다.

안테나 모듈(197)은 신호 또는 전력을 외부(예: 외부 전자 장치)로 송신하거나 외부로부터 수신할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 안테나 모듈(197)은 하나 이상의 안테나들을 포함할 수 있고, 이로부터, 제 1 네트워크 198 또는 제 2 네트워크 199와 같은 통신 네트워크에서 사용되는 통신 방식에 적합한 적어도 하나의 안테나가, 예를 들면, 통신 모듈(190)에 의하여 선택될 수 있다. 신호 또는 전력은 상기 선택된 적어도 하나의 안테나를 통하여 통신 모듈(190)과 외부 전자 장치 간에 송신되거나 수신될 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))를 통해 서로 연결되고 신호(예: 명령 또는 데이터)를 상호간에 교환할 수 있다.

일 실시예에 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. 전자 장치(102, 104) 각각은 전자 장치(101)와 동일한 또는 다른 종류의 장치일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전자 장치(101)에서 실행되는 동작들의 전부 또는 일부는 외부 전자 장치들(102, 104, or 108) 중 하나 이상의 외부 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 외부 전자 장치들에게 그 기능 또는 그 서비스의 적어도 일부를 수행하라고 요청할 수 있다. 상기 요청을 수신한 하나 이상의 외부 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, 또는 클라이언트-서버 컴퓨팅 기술이 이용될 수 있다.

도 2는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 블록도이다.

도 2를 참조하면, 전자 장치(201)(예: 전자 장치(201))는 하우징(205), 컨트롤러(220)(예: 프로세서(120)), 센서 구조체(290)(PPG(photoplethysmography) 센서라고도 함)를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 하우징(205)은 내부 공간을 포함할 수 있으며, 하우징(205)에는 하우징(205)의 일부를 통해 노출되는 센서 구조체(290)가 위치될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 센서 구조체(290)는 발광 장치(240), 광 검출 장치(수광 장치라고도 함)(260), 및 공간 광 변조기(spatial light modulator; SLM)(280)를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 발광 장치(240)는 하나 이상의 파장을 발광하는 부분으로 구성될 수 있다. 발광 장치(240)는 하나의 파장의 광을 생성하도록 구성될 수 있으며 또는 다양한 파장의 광이 복합적으로 생성되도록 구성될 수 있다. 발광 장치(240)는 하나 이상의 발광 소자(light emitter)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 발광 장치(240)는 제1 발광 소자(242), 제2 발광 소자(244), 및/또는 제3 발광 소자(246)) 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 발광 소자는, 발광 다이오드(light emitting diode), 레이저 다이오드(laser diode; LD), 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(vertical-cavity surface-emitting laser; VCSEL), 또는 레이저(laser)를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 광 검출 장치(260)는 하나 이상의 광 검출기(수광 소자라고도 함)를 포함할 수 있으며, 사용자의 피부(210) 내의 혈관에서 반사 혹은 산란되어 나오는 광을 감지할 수 있다. 예를 들어, 광 검출 장치(260)는 제1 광 검출기(262), 제2 광 검출기(264), 및/또는 제3 광 검출기(266) 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 내지 제3 광 검출기(262, 264, 266)는 포토다이오드(photodiode; PD), 단일광자 애벌랜치 다이오드(single photon avalanche diode; SPAD), CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 어레이, CCD(charge coupled device) 어레이, 고정 핀 광 다이오드 광 검출기(lock-in pinned photodiode photodetector), 또는 광전자증폭관(photo multiplier tube)를 포함할 수 있다.

SLM(280)은 광의 진폭을 변경하는 2차원 배열 형태 및/또는 광의 위상을 변경하는 2차원 배열 형태일 수 있다. 예를 들어, SLM(280)은 진폭 변조기(amplitude modulator)(282) 및/또는 위상 변조기(phase modulator)(284)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 진폭 변조기(282)와 위상 변조기(284)는 컨트롤러(220)의 제어에 따라 동시에 또는 개별적으로 동작할 수 있다. 진폭 변조기(282)의 배열 크기와 픽셀 크기(예: N1 X M1 pixels)는 위상 변조기(284)의 배열 크기와 픽셀 크기(예: N2 X M2 pixels)와 동일할 수 있지만, 특수한 목적에 의해 상이할 수도 있다. 진폭 변조기(282)가 단독으로 쓰일 때 광의 특성은 인코히렌트(incoherent) 또는 코히렌트(coherent)일 수 있지만, 위상 변조기(284)가 사용될 때의 광의 특성은 코히렌트일 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 컨트롤러(220)는 광 검출 장치(260)와 동작 가능하게 연결되며, 상기 광 검출 장치를 이용하여 맥파(photoplethysmogram; PPG) 데이터(PPG 신호라고도 함)를 생성하도록 구성된 프로세싱 회로(225)를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 발광 장치(240)가 사용자의 피부(210)에 광을 조사하면, 광의 일부는 피부(210) 속 혈관에 도달할 수 있으며 혈류의 변화에 따라 변하는 광은 흡수되고, 남은 광의 성분은 반사 혹은 산란의 형태로 광 검출 장치(260)에 도달할 수 있다. 광 검출 장치(260)에 도달한 광은 PPG 신호의 교류(alternating current; AC) 성분으로 출력될 수 있다. 상기 PPG 신호의 AC 성분은 피부 속의 혈관의 혈류의 변화에 직접적으로 관련되어 있으므로 순환계의 특성을 나타내는 중요한 성분(signal)일 수 있다. 예를 들어, PPG 신호 파형의 모양 및 PPG 신호 품질이 혈압 분석을 위한 맥파 분석(pulse wave analysis; PWA)의 정확도에 중요할 수 있다. 그러나, 상기 PPG 신호의 AC 성분은 혈관이 아닌 다른 피부에서의 흡수 및 산란, 또는 발광 장치에서 생성된 광이 아닌 외부 광원에 의한 광(예: 배경 광)에 의한 큰 직류(direct current; DC) 성분(예: 노이즈(noise))과 함께 존재할 수도 있다.

프로세싱 회로(225)는 발광 장치(240), 광 검출 장치(260), 및 SLM(280)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세싱 회로(225)는 발광 장치(240)와 광 검출 장치(260)를 동시에 제어할 수 있으며, 발광 장치(240)로부터 광이 발광되는 동안 SLM(280)을 제어하여 광이 최종적으로 사용자의 피부(210)에 도달하는 형태를 변경 할 수 있다. 예를 들어, 광 검출 장치(260)는 프로세싱 회로(225)의 제어에 의해 사용자의 피부(210) 내의 혈관에서 반사되어 돌아온 광을 감지하여 정보를 검출(예: 맥파 데이터를 생성(PPG 신호를 측정))할 수 있다. 예를 들어, 프로세싱 회로(225)는 광 검출 장치(260)를 이용하여 검출한 정보에 기초하여 SLM(280)에 피드백(feedback) 신호를 전달할 수 있다.

도 3a를 참조하면, 전자 장치(301)(예: 전자 장치(201))는 시계 또는 밴드 형태의 웨어러블 전자 장치일 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(301)는 디스플레이(310)(예: 표시 장치(160)) 및 밴드(320)를 포함할 수 있으며, 밴드(320)의 제1 면(예: 안쪽 면)에는 PPG 센서(330)(예: 센서 구조체(290))가 실장(배치라고도 함) 될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, PPG 센서(330)는 발광 다이오드(light emitting diode; LED)(332)(예: 제1 발광 소자(242)), SLM(334)(예: SLM(280)), 포토다이오드(photodiode; PD)(336)(예: 제1 광 검출기(262))를 포함할 수 있다. 예를 들어, SLM(334)은 도 3과 같이 LED(332)의 상단에 배치될 수 있으며, PD(336)는 LED(332)와 인접하여 배치될 수 있다.

도 3b는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치에서의 PPG 센서의 배치를 설명하기 위한 도면이다. 예를 들어, 도 3b와 같이, 사용자가 웨어러블 전자 장치(301)를 손목에 착용할 경우 PPG 센서(330)가 손목의 요골 동맥(radial artery)(305) 근처에 위치되도록, 전자 장치(301)의 일 부분에 PPG 센서(330)가 배치될 수 있다.

상술한 도 3a의 실시 예에서의 전자 장치(301)에 PPG 센서(330)의 실장 위치는 하나의 예이며, 시계 또는 밴드 형태의 웨어러블 전자 장치가 왼손 잡이를 위해 제작된 것인지 오른손 잡이를 위해 제작된 것인지 등에 따라, 전자 장치(301)에 PPG 센서(330)의 실장 위치는 변경될 수 있다. 예를 들어, PPG 센서(330)는 전자 장치의 뒷면(360)에 실장될 수도 있다.

상술한 도 3a의 실시 예에서는 PPG 센서(330)의 LED(332)가 하나인 것으로 설명하였으나, PPG 센서(330)에는 다양한 파장대의 복수 개의 LED(332)가 적용될 수도 있다.

상술한 도 3a의 실시 예에서는 PPG 센서(330)의 PD(336)가 하나인 것으로 설명하였으나, PPG 센서(330)에는 복수 개의 PD(336)가 적용될 수 있으며, PD(336)는 다양한 형태로 구현될 수 있다.

상술한 도 3a의 실시 예에서는 PPG 센서(330)가 실장된 전자 장치(301)가 시계 또는 밴드 형태의 웨어러블 전자 장치인 것으로 설명하였으나, 전자 장치(301)는 다른 형태의 웨어러블 장치(예: 안경, 목걸이, 이어버드 등), 사물 인터넷(internet of things; IOT) 장치, 모바일 장치 등 다양할 수 있으며, PPG 센서(330)의 실장 위치 또한 다양할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(301)가 모바일 장치일 경우, PPG 센서(330)의 실장 위치는 전자 장치(301)의 카메라 옆 등 다양할 수 있다.

도 4a는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 주요 구성을 나타내는 평면도이다. 도 4b는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 주요 구성을 나타내는 평면도이다. 도 4c는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 주요 구성을 나타내는 평면도이다. 도 4d는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 주요 구성을 나타내는 평면도이다. 도 4e는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 주요 구성을 나타내는 평면도이다. 도 4f는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 주요 구성을 나타내는 평면도이다.

도 4a 내지 도 4f를 참조하면, 전자 장치들(401, 491, 493, 495, 497, 499)(예: 전자 장치(301))은 각각 제1 발광 소자(402)(예: 제1 발광 소자(242)), SLM(404)(예: SLM(280)), 격벽(partition wall)(또는 차광벽(light blocking wall))(406), 하나 이상의 광 검출기(408, 409, 471, 473, 475, 477, 479)(예: 제1 광 검출기(262), 제2 광 검출기(264), 및/또는 제3 광 검출기(266))를 포함할 수 있다. 예를 들어, 발광 소자(402)는 LED일 수 있으며, 상기 하나 이상의 검출기는 PD일 수 있다.

일 실시 예에 따르면, SLM(404)은, 발광 소자(402)로부터 출력된 광을 변조시키기 위해, 도 4a 내지 도 4f와 같이, 발광 소자(402)의 전체를 커버하도록 발광 소자(402)의 상단에 배치될 수 있다. 발광 소자(402)로부터 출력되는 광이 SLM(404)을 통해서만 외부로 나갈 수 있도록 SLM(404)과 발광 소자(402)는 격벽(406)으로 둘러싸인 형태로 배치될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 하나 이상의 광 검출기(408)는 격벽(406)과 인접한 부분에 배치될 수 있다.

도 4a를 참조하면, 전자 장치(401)는 2개의 광 검출기(408, 409)를 포함할 수 있으며, 상기 2개의 광 검출기(408, 409)는 격벽(406)의 양측에(또는 양측을 둘러싸는 구조로) 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 2개의 광 검출기(408, 409)는 동일한 형태일 수 있다.

도 4b를 참조하면, 전자 장치(491)는 4개의 광 검출기(471)를 포함할 수 있으며, 4개의 광 검출기(471)는 격벽(406)의 사면을 적어도 일부 둘러싸는 구조로 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 4개의 광 검출기(471)는 동일한 형태일 수 있다.

도 4c를 참조하면, 전자 장치(493)는 4개의 광 검출기(473)를 포함할 수 있으며, 4개의 광 검출기(473)는 격벽(406)의 사면을 적어도 일부 둘러싸는 구조로 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 4개의 광 검출기(473)는 동일한 형태일 수 있다.

도 4d를 참조하면, 전자 장치(495)는 하나의 광 검출기(475)를 포함할 수 있으며, 상기 광 검출기(475)는 격벽(406)의 일측면에 배치될 수 있다.

도 4e를 참조하면, 전자 장치(497)는 8개의 광 검출기(477)를 포함할 수 있으며, 8개의 광 검출기(477)는 격벽(406)의 사면 및 각 모서리를 적어도 일부 둘러싸는 형태로 배치될 수 있다. 예를 들어, 8개의 광 검출기(477) 중 일부는 동일한 형태일 수 있으며, 일부는 다른 형태일 수 있다.

도 4f를 참조하면, 전자 장치(499)는 복수개의 광 검출기(479)를 포함할 수 있으며, 복수개의 광 검출기(479)는 격벽(406)을 둘러싸는 환형의 형태로 배치될 수 있다. 예를 들어, 복수개의 광 검출기(479)는 동일한 형태일 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 프로세싱 회로(예: 프로세싱 회로(225))의 제어에 따라, SLM(404)은, 발광 소자(402)로부터 출력되는 광을 원하는 외부의 방향으로 나갈 수 있도록 광의 방향을 제어(또는 변경)할 수 있기 때문에, 광 검출기가 발광 소자(402)에서 나온 광이 향할 수 있는 모든 위치에 존재할 경우, 광 검출기(408, 409, 471, 473, 475, 477, 479)의 신호의 수신 정확성을 높일 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 프로세싱 회로(프로세싱 회로(225))의 제어에 따라, 도 4a의 전자 장치(401)는 광이 특정 방향으로 조사될 때는 2개의 검출기(408, 409) 중 그 광의 방향에 위치된 검출기를 메인 검출기(main detector)로 사용하고, 나머지를 전력 소비를 줄이기 위해 사용하지 않거나 또는 백그라운드 노이즈(background noise)를 감지하는 장치(예: 조도 센서(ambient light sensor))로 사용할 수도 있다.

상술한 도 4a 내지 도 4f의 실시 예에서는 발광 소자(402)가 하나인 경우를 예로 들어 설명하였으나, 다른 실시 예에 따르면, 발광 소자(402)가 복수 개일 수도 있다. 예를 들어, 하나의 SLM(404)이 복수 개의 발광 소자(402)를 커버하도록 복수 개의 발광 소자(402)의 상단에 배치될 수 있으며, 복수 개의 발광 소자(402)는 격벽(406)으로 둘러싸인 형태로 배치될 수 있다.

도 5는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 센서 구조체의 단면도이다.

도 5를 참조하면, 전자 장치(500)(예: 전자 장치(201))(예: 전자 장치(600, 690))의 센서 구조체(501)(예: 센서 구조체(290))(예: 센서 구조체(601, 609))는, 발광 소자(502) (예: 제1 발광 소자(242)), SLM(504) (예: SLM(280)), 제1 격벽(506), 제2 격벽(507), 하나 이상의 광 검출기(508, 509) (예: 제1 광 검출기(262), 및/또는 제2 광 검출기(264)), 하나 이상의 연결 핀(connection pin)(510), 지지 구조체(512), 투명한 판(보호 유리라고도 함)(514), 및/또는 하나 이상의 인터포저(interposer)(516, 517)를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 도 5는, 도 4a의 전자 장치(401)의 A-A'부분을 따라 나타낸 단면도일 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(500)는 도 4a의 전자 장치(401)일 수 있으며, 센서 구조체(501)의 발광 소자(502)는 도 4a의 발광 소자(402)일 수 있으며, SLM(504)는 도 4a의 SLM(404)일 수 있으며, 격벽(506)은 도 4a의 격벽(406)일 수 있으며, 하나 이상의 광 검출기(508)은 도 4a의 2개의 광 검출기들(408, 409)일 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 투명한 판(514)은 전자 장치(500)의 하우징에 포함된 내부 공간으로부터 멀어지는 방향을 향하는 제1 표면(541) 및 상기 제1 표면으로부터 멀어지는 방향을 향하는 제2 표면(543)을 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 지지 구조체(512)는 인쇄회로기판(printed circuit board; PCB)를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 지지 구조체(512)상에 발광 소자(502)가 배치될 수 있으며, 지지 구조체(512)는 발광 소자(502)와 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 프로세싱 회로(예: 프로세싱 회로(225))가 배선을 통해 발광 소자(502)에 제어 신호를 전달할 수 있다. 발광 소자(502)와 피부(530) 사이에 SLM(504)이 배치될 수 있다. SLM(504)은 연결 핀(510)을 통해 지지 구조체(512)와 연결될 수 있으며, 프로세싱 회로(예: 프로세싱 회로(225))로부터의 제어 신호에 따라 SLM(504)의 각 픽셀의 상태가 변화될 수 있다. 연결 핀(510)은 지지 구조체(512)상에 배치된 제1 격벽(506)과 결합된 형태일 수 있으며, SLM(504)을 지지하는 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 연결 핀(510)은 프로세싱 회로로부터의 제어 신호를 전달하는 전기 경로일 수 있다. SLM(504)이 제1 격벽(506)에 의해 둘러 싸여 있어서, 발광 소자(502)로부터 출력된 광은 SLM(504)을 통하여 변조되지 않으면 외부로 나갈 수 없도록 차단될 수 있다. 예를 들어, SLM(504)은 하나의 레이어(layer)로 구성될 수 있으며 진폭 변조기 또는 위상 변조기일 수 있다. 다른 예로 SLM(504)은 두 개의 레이어로 구성될 수 있으며 진폭 변조기 및 위상 변조기가 공존할 수도 있다. 발광 소자(502)와 SLM(504) 사이에는 지정된 간격의 공간이 형성될 수 있다. 예를 들어, 연결 핀(510)(및/또는 제1 격벽(506))의 길이(또는 높이)에 따라 발광 소자(502)와 SLM(504) 사이에는 공간이 형성될 수 있다. SLM(504)에 의해 광의 방향이 스캐닝(scanning) 되도록 하기 위해, SLM(504)과 투명한 판(514) 사이에는 지정된 간격의 공간이 형성되도록 할 수 있다. 예를 들어, 도 5와 같이 투명한 판(514)를 지지하는 제2 격벽(507)의 길이(또는 높이)에 따라, SLM(504)과 투명한 판(514) 사이에는 공간이 형성될 수 있다. 예를 들어, SLM(504)과 투명한 판(514) 사이의 거리(또는 필요한 공간)는 SLM(504)에 의해 스캐닝이 가능한 최대 각도와 피부에서 요구되는 최대 스캐닝 거리에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, SLM(504)과 투명한 판(514) 사이의 거리는 다음의 수학식 1에 의해 산출될 수 있다.

[수학식 1]

SLM(504)과 투명한 판(514) 사이의 거리 = 피부 스캐닝 거리 / tan(max SLM 각도)

발광 소자(502)의 주변에는 사용자의 피부(530) 속 혈관에서 돌아오는 광의 성분을 감지할 수 있는 하나 이상의 광 검출기(508, 509)가 배치될 수 있다. 하나 이상의 광 검출기(508, 509)는 제1 격벽(506) 및 제2 격벽(507) 사이에 배치될 수 있으며, 광 검출기(508)와 투명한 판(514) 사이에는 지정된 간격의 공간이 형성될 수 있다. 지지 구조체(512) 상단에서 제1 격벽(506) 및 제2 격벽(507) 사이에 하나 이상의 인터포저(516, 517)가 배치될 수 있으며, 하나 이상의 인터포저(516, 517)의 상단에 하나 이상의 광 검출기(508, 509)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 지지 구조체(512)와 하나 이상의 광 검출기(508, 509)는 하나 이상의 인터포저(516, 517)에 형성된 비아 홀(via hole) 및 비아홀에 채워진 도전체의 의해 전기적으로 연결되거나, 또는 다른 배선에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 인터포저(516, 517)는 절연성을 가질 수 있다.

예를 들어, SLM(504)에 의해 변조된 광이 투명한 판(514)를 통해 직접적으로 반사되어 하나 이상의 광 검출기(508, 509)로 들어오는 노이즈를 감소시키기 위해 하나 이상의 광 검출기(508, 509)를 하나 이상의 인터포저(516, 517)를 이용하여 높이가 높아지도록 하여 투명한 판(514)에 가깝게 배치되도록 할 수 있다.

상술한 도 5의 실시 예에서는 발광 소자(502)가 하나인 경우를 예로 들어 설명하였으나, 다른 실시 예에 따르면, 발광 소자(502)가 복수 개일 수도 있다. 예를 들어, 하나의 SLM(504)이 복수 개의 발광 소자(502)를 커버하도록 복수 개의 발광 소자(502)의 상단에 배치될 수 있으며, 복수 개의 발광 소자(502)는 격벽(506)으로 둘러싸인 형태로 배치될 수 있다.

상술한 도 5의 실시 예에서는 SLM(504)과 투명한 판(514) 사이에 공간이 있는 것으로 설명하였으나, 다른 실시 예에 따르면, SLM(504)과 투명한 판(514) 사이는 공간 없이 서로 밀착될 수도 있다. 예를 들어, SLM(504)는 투명한 판(514)에 부착될 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 전자 장치(예: 전자 장치(201))에 있어서, 내부 공간을 포함하는 하우징(예: 하우징(205))과, 상기 하우징에 위치되며 상기 하우징의 일부를 통해 노출된 센서 구조체(sensor structure) (예: 센서 구조체(290, 501))를 포함할 수 있다. 상기 센서 구조체는, 상기 내부 공간으로부터 멀어지는(facing away) 방향을 향하는 제1 표면(예: 제1 표면(541) 및 상기 제1 표면으로부터 멀어지는 방향을 향하는 제2 표면(예: 제2 표면(543))을 포함하는 실질적으로(substantially) 투명한 판(예: 투명한 판(514)), 상기 투명한 판과 대향하면서 상기 내부 공간에 위치되는 지지 구조체(support structure) (예: 지지 구조체(512)), 상기 제2 표면으로부터 이격된 상태로 상기 지지 구조체 상에 장착되며 상기 제2 표면과 상기 지지 구조체 사이에 삽입된 적어도 하나의 발광 소자(예: 발광 소자(502)), 상기 발광 소자로부터 이격된 상태로 상기 투명한 판과 상기 발광 소자 사이에 배치된 공간 광 변조기(spatial light modulator; SLM)(예: SLM(504)), 상기 지지 구조체 상에 장착되며, 상기 발광 소자 측면으로 인접하여 상기 제2 표면과 상기 지지 구조체 사이에 위치되는 수광 소자(예: 광 검출기(508)), 및 상기 SLM에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 전기 경로(electrical path) (예: 연결 핀(510))를 포함할 수 있다. 상기 전자 장치는 상기 수광 소자에 작동적으로 연결되며 상기 수광 소자를 이용하여 맥파(photoplethysmogram; PPG) 데이터를 생성하도록 구성된 프로세싱 회로(예: 프로세싱 회로(325))를 포함할 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 발광 소자는, 발광 다이오드(light emitting diode; LED), 레이저 다이오드(laser diode; LD), 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(vertical-cavity surface-emitting laser; VCSEL), 또는 레이저(laser)를 포함할 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 수광 소자는, 단일광자 애벌랜치 다이오드(single photon avalanche diode; SPAD), CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 어레이, CCD(charge coupled device) 어레이, 고정 핀 광 다이오드 광 검출기(lock-in pinned photodiode photodetector), 또는 광전자증폭관(photo multiplier tube)를 포함할 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 수광 소자는 수광면(light receiving surface)을 포함하며, 상기 발광 소자는 발광면(light emitting surface)을 가질 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 수광면은 상기 발광면보다 상기 제2 표면에 더 가까울 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 수광면은 상기 SLM보다 상기 제2 표면에 더 가까울 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 SLM은 상기 제2 표면으로부터 이격될 수 있으며, 상기 SLM은 상기 발광 소자로부터 방출된 광을 진폭 변조 또는 위상 변조 중 적어도 하나를 실행하도록 구성될 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 발광 소자는 파장을 갖는 광을 방출하도록 구성될 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 지지 구조체는 인쇄 회로 기판(printed circuit board; PCB)을 포함하며, 상기 전기 경로는 상기 인쇄 회로 기판과 연결될 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 지지 구조체 상에 장착되며, 상기 발광 소자의 측면으로 인접하여 상기 제2 표면과 상기 지지 구조체 사이에 위치되는 하나 이상의 수광 소자(예: 광 검출기(509))를 더 포함할 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 지지 구조체 상에 장착되며, 상기 발광 소자 및 상기 수광 소자 사이에 위치되는 격벽(light block)(예: 제1 격벽(506))을 더 포함하며, 상기 격벽의 제1 표면(567)은 상기 제2 표면의 아래에 위치될 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 프로세싱 회로는, 상기 SLM이 제1 패턴을 출력하도록 상기 SLM의 적어도 하나의 픽셀을 제어하는 동안, 상기 수광 소자를 이용하여 상기 PPG 데이터를 생성할 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 프로세싱 회로는, 상기 제1 패턴을 기초로, 상기 SLM의 픽셀들 중 적어도 하나의 픽셀이 제1 진폭 또는 제1 위상을 갖는 제1 광을 출력하도록 제어하며, 상기 적어도 하나의 픽셀 중 산란될 광과 관련된 제1 픽셀을 확인하고, 상기 제1 픽셀이 제2 진폭 또는 제2 위상을 갖는 제2 광을 출력하도록 제어할 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 프로세싱 회로는, 상기 SLM 픽셀들 중 적어도 일부에 대한 임의 탐색(random search)을 실행하며, 상기 임의 탐색 결과를 기초로 상기 적어도 하나의 픽셀 중 상기 제1 픽셀을 확인할 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 프로세싱 회로는, 상기 PPG 데이터에 포함된 PPG 신호파의 AC 성분의 크기를 기초로, 상기 SLM의 픽셀들 중 상기 적어도 하나의 픽셀이 제1 진폭 또는 제1 위상을 갖는 제1 광을 출력하도록 제어하며, 상기 적어도 하나의 픽셀 중 상기 산란될 광과 관련된 상기 제1 픽셀을 확인하고, 상기 제1 픽셀이 상기 제2 진폭 또는 상기 제2 위상을 갖는 상기 제2 광을 출력하도록 제어할 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 프로세싱 회로는, 상기 SLM이 상기 제1 패턴의 시프트(shift)된 패턴을 출력하도록 상기 SLM의 적어도 하나의 픽셀을 제어하며, 상기 SLM이 상기 시프트된 패턴을 출력하는 동안 상기 수광 소자를 이용하여 새로운 PPG 데이터를 생성할 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 프로세싱 회로는, 상기 SLM이 상기 제1 패턴에 위상 계조도(phase gradient)가 추가된 패턴을 출력하도록 상기 SLM의 적어도 하나의 픽셀을 제어하며, 상기 SLM이 상기 위상 계조도가 추가된 패턴을 출력하는 동안 상기 수광 소자를 이용하여 새로운 PPG 데이터를 생성할 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 SLM은 상기 투명한 판에 부착될 수 있다.

도 6a는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 센서 구조체의 단면도이다. 도 6b는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 센서 구조체의 단면도이다.

도 6a를 참조하면, 전자 장치(600)(예: 전자 장치(500))의 센서 구조체(601)(예: 센서 구조체(501))는, 발광 소자(602)(예: 발광 소자(502)), SLM(604)(예: SLM(504)), 제1 격벽(606)(예: 제1 격벽(506)), 제2 격벽(607)(예: 제2 격벽(507)), 하나 이상의 광 검출기(608, 609) (예: 하나 이상의 광 검출기(508, 509)), 하나 이상의 연결 핀(610)(예: 하나 이상의 연결 핀(510)), 지지 구조체(612)(예: 지지 구조체(512)), 투명한 판(614)(예: 투명한 판(514)), 및/또는 하나 이상의 인터포저(616, 617)(예: 하나 이상의 인터포저(516, 517))를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 지지 구조체(612)상에 발광 소자(602)가 배치될 수 있으며, 발광 소자(602)와 피부(630) 사이에 SLM(604)이 배치될 수 있다. SLM(604)은 연결 핀(610)을 통해 지지 구조체(612)와 연결될 수 있다. 연결 핀(610)은 지지 구조체(612)상에 배치된 제1 격벽(606)과 결합된 형태일 수 있으며, SLM(604)을 지지하는 형태로 형성될 수 있다. 사용자의 피부(630)와 맞닿을 수 있는 투명한 판(614)은 제2 격벽(607)에 의해 지지될 수 있으며, 투명한 판(614)와 SLM(604) 사이에는 지정된 간격의 공간이 형성될 수 있다. 광 검출기(608)는 발광 소자(602)의 주변에 배치될 수 있다. 하나 이상의 광 검출기(608, 609)는 제1 격벽(606) 및 제2 격벽(607) 사이에 배치될 수 있으며, 하나 이상의 광 검출기(608, 609)와 투명한 판(614) 사이에는 지정된 간격의 공간이 형성될 수 있다. 지지 구조체(612) 상단에서 제1 격벽(606) 및 제2 격벽(607) 사이에 하나 이상의 인터포저(616, 617)가 배치될 수 있으며, 하나 이상의 인터포저(616, 617)의 상단에 하나 이상의 광 검출기(608, 609)가 배치될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 사람의 피부 속 환경에서 심장 박동에 따라 혈관이 크게 변화한다는 특징을 이용하여, 전자 장치(600)는 PPG 신호의 측정을 통해 혈관의 위치를 확인할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(600)는 발광 소자(602)가 광을 출력하도록 제어할 수 있으며, 하나 이상의 광 검출기(608, 609)는 상기 광을 감지하여 PPG 신호를 검출할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(600)는 상기 PPG 신호의 AC 성분의 크기(또는 PPG 신호의 SNR 크기)를 이용하여, 혈관의 위치를 확인할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(600)는 SLM(604)의 SLM 패턴을 기초로 광 스캐닝(light scanning) 동작을 실행하도록 하나 이상의 광 검출기(608, 609)를 제어할 수 있다. 상기 광 스캐닝 동안 하나 이상의 광 검출기(608, 609)에서 PPG 신호의 AC 성분의 폭을 확인하여 가장 큰 SNR을 가지는 방향을 선정하여 혈관의 위치를 결정할 수 있다. 상기 SLM은, 전기적인 신호를 가할 경우 발광 소자로부터 출력된 광의 진폭 및/또는 위상을 변조시킬 수 있는 2차원 배열의 형태일 수 있다. 상기 SLM 패턴은 발광 소자(602)로부터 출력된 광이 PPG 신호를 측정할 혈관에 도달할 수 있도록 하기 위한 패턴으로, 최적의 SLM 패턴이라고 할 수도 있다. 상기 SLM 패턴은, 전자 장치(600)의 제어에 의해 생성된 패턴, 전자 장치(600)에 저장된 패턴, 또는, 전자 장치(600)의 제어에 의해 생성되거나 저장된 SLM 패턴을 일부 변경한 패턴일 수 있다.

예를 들어, 전자 장치(600)에 혈관의 상태 정보가 저장되지 않은 경우, 전자 장치(600)는 SLM(604)의 최적의 SLM 패턴을 찾기 위해서 임의 탐색(random search)을 실행 할 수 있다. 상기 임의 탐색의 경우, 최대 약 53sec (24FPS, 5M Pixel SLM, 100x100 pixels per LED, Amplitude 4 steps, Phase 16 steps, random search) 정도 시간이 소요될 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(600)에 혈관의 상태 정보가 저장되지 않은 경우, 전자 장치(600)는 첫 캘리브레이션(calibration) 과정을 통해, 피부의 산란(scattering) 상태 및/또는 혈관 분포 상태를 포함하는 정보를 확인할 수 있으며, 이후 상기 정보를 이용하여 광의 스캔(scan) 각도를 계산할 수 있으므로 실제 SLM(604)의 최적의 SML 패턴을 찾기 위한 탐색 시간을 단축시킬 수 있다.

예를 들어, 전자 장치(600)가 PPG 신호를 측정할 혈관의 형태 정보를 저장하고 있는 경우 전자 장치(600)는 상기 혈관의 형태 정보를 기초로 하여 SLM 패턴을 생성할 수 있다. 전자 장치(600)는 상기 생성된 SLM의 패턴의 방향 등을 변경하여, SLM(604)의 최적의 SLM 패턴을 찾을 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(600)가 상기 방향만을 변경할 경우 최소 약 40ms (X 10scan, Y 10scan, Z 5scan) 시간이 소요될 수 있다.

예를 들어, 전자 장치(600)가 지정된 SLM(604)의 SLM 패턴을 저장하고 있는 경우 전자 장치(600)는 상기 지정된 SLM 패턴의 방향 등을 변경하여, SLM의 최적의 SLM 패턴을 찾을 수 있다.

도 6b를 참조하면, 전자 장치(690)(예: 전자 장치(500))의 센서 구조체(691)(예: 센서 구조체(290))는, 도 6a와 같이, 발광 소자(602)(예: 발광 소자(502)), SLM(604)(예: SLM(504)), 제1 격벽(606)(예: 제1 격벽(506)), 제2 격벽(607)(예: 제2 격벽(507)), 하나 이상의 광 검출기(608, 609)(예: 하나 이상의 광 검출기(508, 509)), 하나 이상의 연결 핀(610)(예: 하나 이상의 연결 핀(510)), 지지 구조체(612)(예: 지지 구조체(512)), 투명한 판(614) (예: 투명한 판(514)), 및/또는 하나 이상의 인터포저(616, 617) (예: 하나 이상의 인터포저(516, 517))를 포함할 수 있다. 센서 구조체(691)는 도 6a의 구조에서 추가로, 산란 매질(scattering medium)(660)(산란 매트릭스(scattering matrix)을 알고 있는 매질; 실리콘 나노 포스트 어레이(silicon nano post arrays))을 포함할 수 있다. 산란 매질(660)은, SLM(604)의 상단에 배치되어, SLM(604)과 투명한 판(614) 사이에 위치될 수 있다. 예를 들어, 발광 소자(602)로부터 출력된 광이 피부 속의 지정된 혈관에 도달하도록 상기 광의 방향을 변경해야 할 때, 상기 광의 방향이 SLM(604)에 의해 생성될 수 있는 광의 최대 각도보다 큰 경우(SLM(604)의 픽셀 사이즈에 의해 생성될 수 있는 광의 최대 각도보다 큰 경우), SLM(604)과 피부(630) 사이에 산란 매질(660)이 위치되도록, 산란 매질(660)을 SLM(604)과 투명한 판(614) 사이에 배치할 수 있다. 산란 매질(660)을 SLM(604)과 투명한 판(614) 사이에 배치하는 경우, SLM(604) 에 의해 생성될 수 있는 광의 최대 각도는 증가될 수 있다. 예를 들어, 고도의 산란 매질(highly scattering medium)(예: 실리콘 나노 포스트 어레이(silicon nano post arrays))(660)을 SLM(604)과 투명한 판(614) 사이에 배치하면, 경사가 심한 각도(highly oblique angle)로 진행하는 광도 산란 매질(660)을 통해 피부로 전달될 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(690)가, 상기와 같은 광의 성분을 SLM 패턴을 통하여 위상 공액(phase conjugate) 시키면, 광이 시간 반전(time reversal)되어 경사각(oblique angle)으로 조사될 수 있으며, 이에 따라 광의 좌우 스캐닝 범위(lateral scanning range)를 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 도 6b와 같이 SLM(604)과 투명한 판(614) 사이에 산란 매질(660)을 배치한 센서 구조체(691)를 포함하는 전자 장치(690)는, 도 6a의 산란 매질(660)이 배치되지 않은 센서 구조체(601)의 전자 장치(600)에 비해 광 스캐닝 범위가 클 수 있다.

상술한 도 6a 및 도 6b의 실시 예에서는 발광 소자(602)가 하나인 경우를 예로 들어 설명하였으나, 다른 실시 예에 따르면, 발광 소자(602)가 복수 개일 수도 있다. 예를 들어, 하나의 SLM(604)이 복수 개의 발광 소자(602)를 커버하도록 복수 개의 발광 소자(602)의 상단에 배치될 수 있으며, 복수 개의 발광 소자(602)는 격벽(606)으로 둘러싸인 형태로 배치될 수 있다.

도 7a는 다양한 실시 예에 따른, 전자 장치의 SLM을 이용하여 혈관의 위치에 광을 집광하는 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 7b는 다양한 실시 예에 따른, 전자 장치의 SLM을 이용하여 혈관의 위치에 광을 집광하는 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 7c는 다양한 실시 예에 따른, 전자 장치의 SLM을 이용하여 혈관의 위치에 광을 집광하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 전자 장치(700)(예: 전자 장치(500))의 센서 구조체(701)(예: 센서 구조체(501))는, 발광 소자(702)(예: 발광 소자(502)), SLM(704)(예: SLM(504)), 제1 격벽(706)(예: 제1 격벽(506)), 하나 이상의 광 검출기(708, 709)((예: 하나 이상의 광 검출기(508, 509))), 하나 이상의 연결 핀(710)(예: 하나 이상의 연결 핀(510)), 지지 구조체(712)(예: 지지 구조체(512)), 투명한 판(714)(예: 투명한 판(514)), 및/또는 하나 이상의 인터포저(716, 717)(예: 하나 이상의 인터포저(516, 517))를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 지지 구조체(712)상에 발광 소자(702)가 배치될 수 있으며, 발광 소자(702)와 피부(730) 사이에 SLM(704)이 배치될 수 있다. SLM(704)은 연결 핀(710)을 통해 지지 구조체(712)와 연결될 수 있다. 연결 핀(710)은 지지 구조체(712)상에 배치된 제1 격벽(706)과 결합된 형태일 수 있으며, SLM(704)을 지지하는 형태로 형성될 수 있다. 사용자의 피부(730)와 맞닿을 수 있는 투명한 판(714)와 SLM(704) 사이에는 지정된 간격의 공간이 형성될 수 있다. 하나 이상의 광 검출기(708, 709)는 발광 소자(702)의 주변에 배치될 수 있다. 하나 이상의 광 검출기(708)는 제1 격벽(706)의 외곽에 배치될 수 있으며, 하나 이상의 광 검출기(708)와 투명한 판(714) 사이에는 지정된 간격의 공간이 형성될 수 있다. 지지 구조체(712) 상단에서 제1 격벽(706)의 외곽에 하나 이상의 인터포저(716, 717)가 배치될 수 있으며, 하나 이상의 인터포저(716, 717)의 상단에 하나 이상의 광 검출기(708, 709)가 배치될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 전자 장치(700)는, 도 7a와 같이, SLM(704)이 발광 소자(702)에 대응하는 위치에 광(722)이 집광되도록 하는 SLM 패턴(750)을 출력하도록 할 수 있다. 도 7a에서의 광(722)은 PPG 신호를 측정할 혈관(735)이 존재하지 않는 곳으로 집광되었기 때문에, 혈관(735)에 의해 발생되는 PPG 신호는 거의 감지되지 않을 수 있으며, 도 7a와 같은 PPG 신호 파형(770)이 검출될 수 있다.

일 실시 예에 따르면 전자 장치(700)는, 광(722)의 집광 위치를 왼쪽으로 이동시키기 위해, 도 7a의 SLM 패턴(750)이 왼쪽으로 시프트 된 도 7b의 SLM 패턴(752)을 출력할 수 있으며, 도 7b와 같이 변경된 SLM 패턴(752)에 따라 광(722)이 집광 되는 위치 또한 변경될 수 있다. 도 7b의 SLM 패턴(752)은 도 7a의 SLM 패턴(750)의 형태는 유지한 상태에서 SLM 패턴(750)의 위치만이 왼쪽으로 시프트되었기 때문에, 광의 집광 깊이(focal length)는 유지되고 광이 집광된 위치만 이동된 것일 수 있다. 도 7b의 상술한 동작에 따라, 혈관(735)에 의해 발생되는 일부 PPG 신호가 감지될 수 있으며, 이에 따라, 도 7a의 PPG 신호 파형(770)에 비해, 도 7b와 같이 보다 정밀한 PPG 신호 파형(772)이 검출될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 전자 장치(700)는, 도 7b와 같이 집광된 광의 집광 위치를 왼쪽으로 이동시키기 위해, 도 7b의 SLM 패턴(752)이 왼쪽으로 시프트된 도 7c의 SLM 패턴(754)을 출력할 수 있다. 도 7c와 같이 변경된 SLM(754)의 패턴에 따라 광(722)이 집광 되는 위치 또한 변경되어, 광(722)이 혈관(735)의 위치에 집광될 수 있다. 도 7c의 상술한 동작에 따라, 혈관(735)에 의해 발생되는 대부분의 PPG 신호가 감지될 수 있으며, 이에 따라, 도 7b의 PPG 신호 파형(772)에 비해, 도 7c와 같이 보다 정밀한 PPG 신호 파형(774)이 검출될 수 있다.

상술한 도 7a 내지 도 7c의 실시 예에서는, 광(722)이 옆으로(lateral) 스캐닝되는 것만을 설명하였지만, 전자 장치(700)는 SLM 패턴의 라인 폭(line width)과 라인 폭들간의 공간(space)의 변경을 통하여 다른 초점 거리(focal length)로의 깊이 방향(축의(axial) 방향이라고도 함)으로의 광의 스캐닝 동작도 실행 할 수 있다.

상술한 도 7a 내지 도 7c의 실시 예에서의 SLM 패턴이 프리넬 패턴(fresnel pattern)인 것을 예로 들어 설명하였으나, 다른 실시 예에 따르면, 상기 SLM 패턴은 격자 패턴(grating pattern) 또는 다른 형태의 혈관 분포에 대응하도록 형성된 패턴일 수 있다.

상술한 도 7a 내지 도 7c의 실시 예에서는 빛의 집광 위치를 이동하기 위하여 SLM 패턴의 시프트되는 변화를 나타내는 것으로 예로 들어 설명하였으나, 다른 실시 예에 따르면, 패턴의 모양은 유지한 채 집광 위치를 움직이고자 하는 방향으로 위상 계조도(gradient)를 추가 적용하는 형태로도 집광 위치를 이동시킬 수 있다.

상술한 도 7a 내지 도 7c의 실시 예에서는 발광 소자(702)가 하나인 경우를 예로 들어 설명하였으나, 다른 실시 예에 따르면, 발광 소자(702)가 복수 개일 수도 있다. 예를 들어, 하나의 SLM(704)이 복수 개의 발광 소자(702)를 커버하도록 복수 개의 발광 소자(702)의 상단에 배치될 수 있으며, 복수 개의 발광 소자(702)는 격벽(706)으로 둘러싸인 형태로 배치될 수 있다.

도 8a는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 PPG 신호의 노이즈를 감소시키기 위한 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 8b는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 PPG 신호의 노이즈를 감소시키기 위한 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 8c는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 PPG 신호의 노이즈를 감소시키기 위한 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 8d는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 PPG 신호의 노이즈를 감소시키기 위한 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 8e는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 PPG 신호의 노이즈를 감소시키기 위한 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 8f는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 PPG 신호의 노이즈를 감소시키기 위한 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 8g는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 PPG 신호의 노이즈를 감소시키기 위한 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 8h는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 PPG 신호의 노이즈를 감소시키기 위한 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 8i는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 PPG 신호의 노이즈를 감소시키기 위한 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 8j는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 PPG 신호의 노이즈를 감소시키기 위한 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 8k는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 PPG 신호의 노이즈를 감소시키기 위한 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 8l는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 PPG 신호의 노이즈를 감소시키기 위한 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 8m는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 PPG 신호의 노이즈를 감소시키기 위한 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 8n는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 PPG 신호의 노이즈를 감소시키기 위한 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 8o는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 PPG 신호의 노이즈를 감소시키기 위한 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 8p는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 PPG 신호의 노이즈를 감소시키기 위한 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 8a, 도 8e, 도 8i, 및 도 8m을 참조하면, 전자 장치(800)(예: 전자 장치(201))(예: 전자 장치(500))의 센서 구조체(801)(예: 센서 구조체(501))는, 발광 소자(802(예: 발광 소자(502)), SLM(804)(예: SLM(504)), 제1 격벽(806)(예: 제1 격벽(506)), 하나 이상의 광 검출기(808, 809) (예: 하나 이상의 광 검출기(508, 509)), 하나 이상의 연결 핀(810)(예: 하나 이상의 연결 핀(510)), 지지 구조체(812)(예: 지지 구조체(512)), 투명한 판(814)(예: 투명한 판(514)), 및/또는 하나 이상의 인터포저(816, 817)(예: 하나 이상의 인터포저(516, 517))를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 지지 구조체(812)상에 발광 소자(802)가 배치될 수 있으며, 발광 소자(802)와 피부(830) 사이에 SLM(804)이 배치될 수 있다. SLM(804)은 연결 핀(810)을 통해 지지 구조체(812)와 연결될 수 있다. 연결 핀(810)은 지지 구조체(812)상에 배치된 제1 격벽(806)과 결합된 형태일 수 있으며, SLM(804)을 지지하는 형태로 형성될 수 있다. 사용자의 피부(830)와 맞닿을 수 있는 투명한 판(814) 와 SLM(804) 사이에는 지정된 간격의 공간이 형성될 수 있다. 하나 이상의 광 검출기(808, 809)는 발광 소자(802)의 주변에 배치될 수 있다. 하나 이상의 광 검출기(808, 809)는 제1 격벽(806)의 외곽에 배치될 수 있으며, 하나 이상의 광 검출기(808, 809)와 투명한 판(814) 사이에는 지정된 간격의 공간이 형성될 수 있다. 지지 구조체(812) 상단에서 제1 격벽(806)의 외곽에 하나 이상의 인터포저(816, 817)가 배치될 수 있으며, 하나 이상의 인터포저(816, 817)의 상단에 하나 이상의 광 검출기(808, 809)가 배치될 수 있다.

도 8a 내지 도 8p를 참조하면, 전자 장치(800)는 피부(830)의 산란(scattering)에 따른 노이즈 성분을 일부 포함하는 PPG 신호를 검출할 수 있다. 예를 들어, 광의 파장, 진행 방향, 위상, 및/또는 편광(polarization) 등 다양한 성분에 의해 변할 수 있는 피부(830)에서 일어나는 광의 산란 특성에 따라 PPG 신호의 노이즈가 발생 할 수 있다.

예를 들어, 전자 장치(800)는 SLM(804)이 도 8b와 같은 형태의 SLM 패턴(850)을 출력하도록 제어할 수 있으며, 도 8b와 같은 SLM 패턴(850)은 발광 소자(802)로부터 출력된 광(822)이 PPG 신호를 측정할 지정된 혈관(835)(초점(focal point)에 집광하도록 하기 위한 패턴일 수 있다.

예를 들어, 전자 장치(800)는 SLM(804)이 도 8b의 SLM 패턴(850)을 출력하도록 하는 동안 도 8a와 같이 발광 소자(802)가 광(822)을 출력하도록 제어 할 수 있으며, 이 때, 출력된 광(822) 중 일부 광(842)은 피부(830) 속의 산란(scattering) 등에 의해, 도 8a와 같이 혈관(835)에 집광되지 못하고 다른 방향으로 갈 수도 있다.

예를 들어, 상기 일부 광(842)의 성분은 PPG 신호(870)에서 신호로 작용하지 못하고 PPG 신호(870)의 노이즈(noise) 성분으로 나타날 수 있으며, 이러한 PPG 신호(870)의 출력 파형은 도 8c와 같은 형태일 수 있다.

예를 들어, 도 8b의 SLM 패턴(850)에서 A 부분의 B-B' 부분에서의, SLM(804)에 의해 변조된(예를 들어, 진폭 변조된) 형태는, 도 8d와 같이 프레넬 렌즈 형태일 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 전자 장치(801)는 상기 PPG 신호(870)의 노이즈를 감소시키기 위하여, SLM(804)의 진폭 변조(amplitude modulation) 및/또는 위상 변조(phase modulation)을 이용할 수 있다.

도 8e 내지 도 8h를 참조하면, 전자 장치(801)는 진폭 변조를 이용하여, 산란될 광(842)을 차단할 수 있으며, PPG 신호의 품질을 향상시킬 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 전자 장치(801)는 SLM(804)이 도 8f와 같은 형태의 SLM 패턴(852)을 출력하도록 제어할 수 있다. 도 8f와 같은 SLM 패턴(852)은 발광 소자(802)로부터 출력된 광(822)이 PPG 신호를 측정할 지정된 혈관(835)에 집광하도록 하기 위한 패턴일 수 있으며, 또한 도 8a에서와 같이 산란된 광(842)과 대응되는 산란될 광(844)을 차단할 수 있는 패턴일 수 있다.

예를 들어, 전자 장치(801)는 진폭 변조를 통하여 도 8e에서와 같이 산란될 광(844)의 성분을 차단하여, PPG 신호의 품질을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(801)는 도 8b의 SLM 패턴(850)을 변환하여, 도 8f의 SLM 패턴(852)을 생성(및/또는 출력)할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(801)는 SLM(804)에서의 도 8b의 SLM 패턴(850)에서 적어도 일부 픽셀을 제어(예를 들어, 위상 및/또는 세기 제어)하여, 도 8f와 같은 SLM 패턴(852)을 출력하도록 할 수 있다. 상기 적어도 일부 픽셀은, 도 8e의 산란될 광(842)과 관련된 픽셀일 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(801)는 임의 탐색(random search)을 실행하여 도 8a의 산란될 광(842)이 출력되는 SLM(804)의 픽셀을 확인할 수 있으며, 상기 확인한 픽셀을 제어하여 도 8f와 같은 SLM 패턴(852)을 출력하도록 할 수 있다.

예를 들어, 전자 장치(801)는 도 8b의 SLM 패턴(850)을 기초로 혈관의 대략적인 위치를 확인할 수 있거나, 또는 전자 장치(801)에 혈관의 위치 정보가 저장되어 있을 수 있기 때문에, 전자 장치(801)가 상기 임의 탐색을 실행할 때, SLM 패턴(850)의 전체 픽셀이 아닌 일부 픽셀에 대해서만 상기 임의 탐색을 실행할 수 있다. 예를 들어, 상기 임의 탐색을 시작할 시작 픽셀이 미리 지정되어 있을 수 있다.

예를 들어, 전자 장치(801)는 SLM(804)이 도 8f의 SLM 패턴(852)을 출력하도록 하는 동안 도 8f와 같이 발광 소자(802)가 광(822)을 출력하도록 제어 할 수 있으며, 이 때, 발광 소자(802)로부터 출력된 광(822) 중 산란될 광(842)은 도 8e와 같이 SLM(804) 외부로의 출력이 차단될 수 있다.

예를 들어, 전자 장치(801)는 SLM(804)이 도 8b의 SLM 패턴(850)을 출력하는 동안 도 8a와 같이 발광 소자(802)가 광(822)을 출력하도록 제어할 때, 상기 광(822)의 변조에 따라, SLM(804)의 픽셀들 중 적어도 하나의 픽셀이 제1 진폭을 갖는 제1 광을 출력하도록 할 수 있다. 전자 장치(801)는 상기 적어도 하나의 픽셀 중 산란될 광(844)과 관련된 제1 픽셀(산란될 광(844)이 출력될 제1 픽셀)을 확인할 수 있으며, 상기 제1 픽셀이 제2 진폭을 갖는 제2 광을 출력하도록 할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(801)는 도 8b의 SLM 패턴(850)을 도 8f의 SLM 패턴(852)으로 변환하여, 상기 제1 픽셀이 제2 진폭을 갖는 제2 광을 출력하도록 할 수 있다.

예를 들어, 도 8e의 산란될 광(842)의 차단에 따라, PPG 신호(872)의 출력 파형은 도 8g와 같이 노이즈 발생이 감소된 형태가 될 수 있다.

예를 들어, 도 8f의 SLM 패턴(852)에서 A 부분의 B-B' 부분에서의, SLM(804)에 의한 진폭 변조 정도는, 도 8h와 같은 형태일 수 있다.

도 8i 내지 도 8p를 참조하면, 전자 장치(801)는, 도 8i 및 도 8m와 같이 산란될 광(846, 848)의 성분의 위상을 변조시켜서, 산란이 발생하더라도 광(846, 848)의 진행 방향이 혈관(835)이 아닌 다른 방향으로 변경되지 않도록 할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(801)는 도 8b와 같은 SLM 패턴(850)의 적어도 일부 픽셀을 제어하여 도 8i의 광(846)의 성분의 위상을 변조시킬 수 있으며, 이에 따라, 도 8a와 같이 광(842)이 산란되지 않고, 도 8i 및 도 8m과 같이 산란될 광(846, 848)의 진행 방향이 혈관(835)을 향하도록 할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(801)는 산란될 광(846)의 진행 방향이 도 8i와 같이 혈관(835)을 향하도록 하여 PPG 신호의 성분을 증가시켜 PPG 신호의 품질을 향상시킬 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 전자 장치(801)는 SLM(804)이 도 8j 또는 도 8n과 같은 형태의 SLM 패턴(854, 856)을 출력하도록 제어할 수 있다. 도 8j 또는 도 8n과 같은 SLM 패턴(854, 856)은 발광 소자(802)로부터 출력된 광(822)이 PPG 신호를 측정할 지정된 혈관(835)에 집광하도록 하기 위한 패턴일 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 전자 장치(801)는 SLM(804)이 도 8j 또는 도 8n의 SLM 패턴(854, 856)을 출력하도록 하는 동안 도 8i 또는 도 8m과 같이 발광 소자(802)가 광(822)을 출력하도록 제어 할 수 있다.

예를 들어, 전자 장치(801)는 발광 소자(802)에 의해 출력된 광(822) 중 일부 광(842)(예: 도 8i의 산란될 광 또는 도 8m의 산란될 광(848))을 위상 변조시킬 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(801)는 임의 탐색(random search)를 실행하여, 도 8b의 SLM 패턴(850)에서, 위상 변조할 픽셀을 확인할 수 있으며, 상기 확인한 픽셀을 제어하여, 도 8j 또는 도 8n과 같은 SLM 패턴(854, 856)을 출력하도록 할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(801)는 도 8b의 SLM 패턴(850)을 기초로 혈관의 대략적인 위치를 확인할 수 있거나, 또는 전자 장치(801)에 혈관의 위치 정보가 저장되어 있을 수 있기 때문에, 전자 장치(801)가 상기 임의 탐색을 실행할 때, SLM 패턴(850)의 전체 픽셀이 아닌 일부 픽셀에 대해서만 상기 임의 탐색을 실행할 수 있다. 예를 들어, 상기 임의 탐색을 시작할 시작 픽셀이 미리 지정되어 있을 수 있다.

예를 들어, 전자 장치(801)는 SLM(804)이 도 8b의 SLM 패턴(850)을 출력하는 동안 도 8a와 같이 발광 소자(802)가 광(822)을 출력하도록 제어할 때, 상기 광(822)의 변조에 따라, SLM(804)의 픽셀들 중 적어도 하나의 픽셀이 제1 위상을 갖는 제1 광을 출력하도록 할 수 있다. 전자 장치(801)는 상기 적어도 하나의 픽셀 중 산란될 광(846 또는 848)과 관련된 제1 픽셀(산란될 광(846)이 출력될 제1 픽셀 또는 산란될 광(848)이 출력될 제1 픽셀)을 확인할 수 있으며, 상기 제1 픽셀이 제2 위상을 갖는 제2 광을 출력하도록 할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(801)는 도 8b의 SLM 패턴(850)을 도 8j 또는 도 8n의 SLM 패턴(854, 856)으로 변환하여, 상기 제1 픽셀이 제2 위상을 갖는 제2 광을 출력하도록 할 수 있다.

예를 들어, 도 8i와 같이, 산란될 광(846)의 위상 변조에 따라, 광(846)의 진행 방향이 혈관(835)이 아닌 다른 방향으로 변경되지 않을 수 있으며, 이에 따라, PPG 신호(874)의 출력 파형은 도 8k와 같이 노이즈 발생이 감소된 형태일 수 있다.

예를 들어, 도 8m와 같이, 산란될 광(848)의 위상 변환에 따라, 광(848)의 진행 방향을 변경하여, 광(848)의 진행 방향이 혈관(835)을 향하도록 할 수 있으며, 이에 따라, PPG 신호(876)의 출력 파형은 도 8o와 같이 노이즈 발생이 감소된 형태일 수 있다.

예를 들어, 도 8j의 SLM 패턴(854)에서 A 부분의 B-B' 부분에서의, SLM(804)에 의한 위상 변조는, 도 8l와 같은 형태일 수 있다.

예를 들어, 도 8n의 SLM 패턴(856)에서 A 부분의 B-B' 부분에서의, SLM(804)에 의한 위상 변조는, 도 8p와 같은 형태일 수 있다.

상술한 도 5a 내지 도 8p의 전자 장치는, 광의 방향 변경 및 광의 산란을 방지하여 신호 품질(예: PPG 신호 품질)을 향상시키기 위해 동작하는 것을 설명하였다. 일 실시 예에 따르면, PPG 신호의 품질 향상을 위해서는, 전자 장치의 센서 구조체의 SLM과 투명한 판 간의 거리가 중요할 수 있다. 예를 들어, PPG 신호의 품질 향상을 위해서는 광의 최대 스캔 범위의 확보가 중요할 수 있으며, 상기 광의 최대 스캔 범위의 확보를 위해서는 전자 장치의 센서 구조체의 SLM과 투명한 판 간의 거리가 중요할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치가 광의 최대 스캔 범위를 확보하기 위해서는 SLM과 투명한 판 간의 거리가 멀어야 하며, 이에 따라, SLM과 투명한 판 간의 거리 조절이 중요할 수 있다.

상술한 도 5a 내지 도 8p에서의 PPG 신호의 품질 향상을 위해 SLM이 출력하는 SLM 패턴은 발광 소자의 광을 최대한 다른 방향으로 갈라지지 않도록 보내기 위한 것이므로, 한정된 크기의 발광 소자의 광을 콜리메이트(collimate) 시킬 수 있도록 형성되어야 하며, 상술한 도 8a 내지 도 8p의 실시 예와는 다르게 산란을 고려하지 않도록 형성될 수도 있다. 예를 들어, 전자 장치의 고효율을 위해 SLM이 진폭과 위상을 동시에 변조하지 않도록 할 수 있으며, SLM이 진폭 변조만을 실행 또는 위상 변조만을 실행하도록 할 수도 있다.

도 9는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치(예: 전자 장치(201), 전자 장치(201)의 컨트롤러(220), 전자 장치(210)의 프로세싱 회로(225), 또는 전자 장치(500))의 동작의 흐름도(900)이다.

일 실시 예에 따르면, 사용자의 움직임, 사용자의 전자 장치의 이용 방식 등에 따라 전자 장치의 센서 구조체(예: 센서 구조체(290))의 위치로부터 사용자의 PPG 신호를 측정할 혈관의 상대적인 위치는 달라질 수 있다.

예를 들어, 종래의 센서 구조체가 부착된 전자 장치(예: 웨어러블 전자 장치)의 경우, 사용자마다 웨어러블 전자 장치의 착용 스타일(예: 사용자의 피부와 약간의 공간을 두고 착용, 사용자의 피부에 밀착하여 착용 등)에 따라 센서 구조체를 이용하여 획득된 PPG신호로부터 얻을 수 있는 생체 정보의 정확도는 차이가 클 수 있다. 예를 들어, 종래에는 사용자가 사용자의 피부와 약간의 공간을 두고 웨어러블 전자 장치를 착용하는 경우, 약간의 움직임에도 웨어러블 전자 장치가 움직여 정확하게 요골 동맥으로 센서 구조체의 발광 장치(예: 발광 장치(240))에 의해 광이 조사 될 수 없는 단점이 있었다. 예를 들어, 종래에는 사용자가 사용자의 피부와 밀착하여 웨어러블 전자 장치를 착용하는 경우 혈관의 팽창 여부에 따라 센서 구조체에 의해 획득된 PPG 신호의 흡수 반사 파형이 반대로 되거나 왜곡 될 수 있었다.

도 9를 참조하면, 종래의 센서 구조체가 부착된 전자 장치의 문제점, 예를 들어, PPG 신호를 측정할 혈관의 상대적인 위치가 달라지는 점을 보완하기 위해, PPG 신호를 측정할 수 있는 전자 장치는 SLM(예: SLM(504))이 출력하는 SLM 패턴을 기초로 혈관의 위치를 확인하는 동작을 실행할 수 있다. 전자 장치가 상기 혈관의 위치를 확인한 경우, 전자 장치는 하나 이상의 발광 소자(예: 발광 소자(502))를 포함하는 발광 장치(예: 발광 장치(240))로부터 출력된 광이 피부 속 혈관에 도달하기까지 존재하는 산란 성분을 감소시키기 위한 동작을 실행할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치는, 상기 혈관의 위치 확인을 위해 최종적으로 선정된 SLM 패턴을 기준으로, SLM의 진폭 변조 또는 위상 변조를 이용하여, 상기 PPG 신호의 노이즈를 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 전자 장치는 상기 선정된 SLM 패턴을 기준으로 적어도 일부 픽셀을 제어하여, 하나 이상의 제1 광 검출기(예: 하나 이상의 광 검출기(508, 509))를 포함하는 광 검출 장치(예: 광 검출 장치(360))에 의해 PPG 데이터(PPG 신호라고도 함)를 생성할 수 있다.

910 동작에서 전자 장치는 하나 이상의 발광 소자를 온시킬 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 전자 장치는 하나 이상의 발광 소자를 온 시켜 상기 발광 소자가 광을 출력하도록 할 수 있다.

920 동작에서 전자 장치는 프로세서가 지정된 SLM 패턴을 출력하도록 제어할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 SLM 패턴은 전자 장치의 하나 이상의 발광 소자로부터 출력된 광이 제1 부분으로 집광하도록 하기 위해 지정된 패턴일 수 있다. 예를 들어, 상기 SLM 패턴은 프리넬 패턴(fresnel pattern)일 수 있다. 다른 예로, 혈관이 선형으로 분포한다면 상기 SLM 패턴은 격자 패턴(grating pattern)일 수 있다. 또 다른 예로, 굴곡을 가지는 혈관 분포라면 상기 SLM 패턴은 상기 혈관 분포에 대응하도록 형성된 패턴일 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 전자 장치는 상기 하나 이상의 발광 소자가 광을 출력하는 동안, 프로세서가 SLM을 통해 상기 SLM 패턴을 출력하도록 제어할 수 있다.

930 동작에서 전자 장치는 하나 이상의 광 검출기를 이용하여 PPG 데이터를 생성할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 전자 장치(701)는 하나 이상의 광 검출기를 이용하여 광을 감지하여 PPG 데이터를 생성(PPG 신호를 측정)할 수 있다.

940 동작에서 전자 장치는 PPG 데이터가 제1 조건을 만족하는지를 결정할 수 있다.

PPG 데이터가 제1 조건을 만족하는 경우 960 동작을 실행할 수 있으며, 그렇지 않으면 950 동작을 실행할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 전자 장치는 PPG 데이터의 크기(PPG 신호의 AC 성분의 크기(또는 PPG 신호의 SNR))가 측정할 수 있는 최대 값 인지를 확인할 수 있다. 예를 들어, PPG 데이터의 크기(PPG 신호의 AC 성분의 크기(또는 PPG 신호의 SNR))가 최대 값인 경우 960 동작을 실행할 수 있으며, 그렇지 않으면 950 동작을 실행할 수 있다.

다른 실시 예에 따르면, 전자 장치는 PPG 데이터의 크기(PPG 신호의 AC 성분의 크기(또는 PPG 신호의 SNR))가 지정된 임계 값 이상인지를 확인할 수 있다. 예를 들어, PPG 데이터의 크기(PPG 신호의 AC 성분의 크기(또는 PPG 신호의 SNR))가 지정된 임계 값 이상인 경우 960 동작을 실행할 수 있으며, 그렇지 않으면 950 동작을 실행할 수 있다.

950 동작에서 전자 장치는 SLM이 상기 SLM 패턴을 변경하여 출력하도록 제어할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 전자 장치는 지정된 기준에 따라 또는 임의 탐색(random search), 상기 SLM 패턴을 제1 방향(상측, 하측, 좌측, 또는 우측)으로 시프트되도록 하여, 상기 SLM 패턴을 변경할 수 있다.

960 동작에서 전자 장치는 PPG 데이터가 제2 조건을 만족하는지를 결정할 수 있다.

PPG 데이터가 제2 조건을 만족하는 경우 980 동작을 실행할 수 있으며, 그렇지 않으면 970 동작을 실행할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 전자 장치는 PPG 신호의 SNR이 측정할 수 있는 최대 값 인지를 확인할 수 있다. 예를 들어, PPG 신호의 SNR이 최대 값인 경우 970 동작을 실행할 수 있으며, 그렇지 않으면 960 동작을 실행할 수 있다.

970 동작에서 전자 장치는 SLM 패턴을 기초로 SLM의 미세 조정을 실행 할 수 있다.

일 실시 예에 따르면 전자 장치는 SLM 패턴 중 적어도 일부 픽셀을 제어(예를 들어, 광의 출력 세기 제어 및/또는 광의 위상 제어)하여, 상기 SLM 패턴을 변경할 수 있다.

예를 들어, 상기 적어도 일부 픽셀은, 산란될 광과 관련된 픽셀일 수 있다. 전자 장치는 임의 탐색(random search)을 실행하여 산란될 광이 출력되는 상기 SLM의 픽셀을 확인할 수 있으며, 상기 확인한 픽셀을 제어하여 상기 SLM 패턴을 변경 할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치가 상기 임의 탐색을 실행할 때, 측정할 혈관의 위치 정보에 기초하여 SLM 패턴의 전체 픽셀이 아닌 일부 픽셀에 대해서만 상기 임의 탐색을 실행할 수 있다. 예를 들어, 상기 임의 탐색을 시작할 시작 픽셀이 미리 지정되어 있을 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 전자 장치는 상기 SLM을 통과하는 광이, 진폭이 변조되거나 또는 위상이 변조되어 출력될 때, 제1 진폭 또는 제1 위상을 갖는 일부 광의 경우 상기 제1 진폭 또는 상기 제1 위상이 아닌 다른 진폭 및 위상을 갖도록, SLM의 적어도 하나의 픽셀을 제어할 수 있다.

예를 들어, 전자 장치는 상기 SLM이 상기 SLM 패턴을 출력하는 동안 상기 발광 소자가 광을 출력하도록 제어할 때, 광의 변조에 따라, 상기 SLM의 픽셀들 중 적어도 하나의 픽셀이 제1 진폭 또는 제1 위상을 갖는 제1 광을 출력하도록 할 수 있다. 전자 장치는 상기 적어도 하나의 픽셀 중 산란될 광과 관련된 제1 픽셀(산란될 광이 출력될 제1 픽셀)을 확인할 수 있으며, 상기 제1 픽셀이 제2 진폭 또는 제2 위상 갖는 제2 광을 출력하도록 상기 SLM 패턴을 변환할 수 있다.

980 동작에서 전자 장치는 PPG 데이터를 확인할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 전자 장치(701)는 광 검출기를 이용하여 광을 감지하여 PPG 데이터를 생성(PPG 신호를 검출)할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상술한 910 내지 970 동작을 통해 결정된 최종 SLM 패턴을 혈관의 위치 선정 및 피부 산란을 최소화시키는 SLM 패턴인 것으로 결정한 것이라 할 수 있으며, 이에 따라, 980 동작을 통해 측정된 PPG 신호는 신호 품질이 향상된 PPG 신호일 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 전자 장치(예: 전자 장치(500))의 공간 광 변조기(예: SLM(504))를 이용한 생체 정보 검출을 위한 방법에 있어서, 상기 전자 장치의 적어도 하나의 발광 소자(예: 발광 소자(502))를 켜는(on) 동작, 상기 전자 장치의 공간 광 변조기(spatial light modulator; SLM)가 상기 발광 소자로부터 출력된 광으로 제1 패턴을 출력하도록 상기 SLM의 적어도 하나의 픽셀을 제어하는 동작, 및 상기 전자 장치의 수광 소자(예: 광 검출기(508))를 이용하여 맥파(photoplethysmogram; PPG) 데이터를 생성하는 동작을 포함할 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 제1 패턴을 기초로, 상기 SLM의 픽셀들 중 적어도 하나의 픽셀이 제1 진폭 또는 제1 위상을 갖는 제1 광을 출력하도록 제어하는 동작, 상기 적어도 하나의 픽셀 중 산란될 광과 관련된 제1 픽셀을 확인하는 동작, 상기 제1 픽셀이 제2 진폭 또는 제2 위상을 갖는 제2 광을 출력하도록 제어하는 동작을 더 포함할 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 SLM이 상기 제1 패턴의 시프트(shift)된 패턴을 출력하도록 상기 SLM의 적어도 하나의 픽셀을 제어하는 동작, 및 상기 SLM이 상기 시프트된 패턴을 출력하는 동안 상기 포토다이오드를 이용하여 새로운 PPG 데이터를 생성하는 동작을 더 포함할 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 PPG 데이터에 포함된 PPG 신호파의 AC 성분의 크기를 기초로, 상기 SLM이 상기 제1 패턴의 시프트(shift)된 패턴을 출력하도록 상기 SLM의 상기 적어도 하나의 픽셀을 제어하며, 상기 새로운 PPG 데이터를 생성하는 동작을 포함할 수 있다.

도 10a는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 주요 구성을 나타내는 평면도이다. 도 10b는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 단면도이다. 도 10c는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 단면도이다. 도 10d는 다양한 실시 예에 따른 SLM 파형의 예를 나타낸 도면이다. 도 10e는 다양한 실시 예에 따른 SLM 파형의 예를 나타낸 도면이다.

도 10b 내지 도 10d를 참조하면, 전자 장치(1000)(예: 전자 장치(201))의 센서 구조체(1001)(예: 센서 구조체(290))는 제1 발광 소자(1002)(예: 제1 발광 소자(242)), 제2 발광 소자(1003)(예: 제2 발광 소자(244)), SLM(1004)(예: SLM(280)), 광 검출기(1008)(예: 제1 광 검출기(262)), 제1 격벽(1070), 제2 격벽(1072), 지지 구조체(1012), 투명한 판(1014), 및 연결 핀(1010)을 포함할 수 있다.

도 10b 내지 도 10d를 참조하면, 센서 구조체(1001)는 지지 구조체(1012)을 포함할 수 있으며, 지지 구조체(1012)상에 제1 발광 소자(1002)(예: 제1 발광 소자(242)) 및 제2 발광 소자(1003)(예: 제2 발광 소자(244)) 및 하나 이상의 광 검출기(1008)(예: 제1 광 검출기(262), 제2 광 검출기(264), 및/또는 제3 광 검출기(266))가 배치될 수 있다.

제1 발광 소자(1002) 및 제2 발광 소자(1003)는 지지 구조체(1012)상의 제1 격벽(1070) 및 지지 구조체(1012)상의 제2 격벽(1072) 사이에 배치될 수 있으며, 하나 이상의 광 검출기(1008)는 제1 격벽(1070) 및 제2 격벽(1072) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 지지 구조체(1012)는 제1 발광 소자(1002) 및 제2 발광 소자(1003)와 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(1001)의 프로세싱 회로(예: 프로세싱 회로(325))가 배선을 통해 제1 발광 소자(1002) 및 제2 발광 소자(1003)에 제어 신호를 전달할 수 있다. 제1 격벽(1070) 및 제2 격벽(1072)의 상단에는 사용자의 피부(1060)와 맞닿는 투명한 판(1014)가 배치될 수 있다. 제1 격벽(1070) 및 제2 격벽(1072)의 길이(높이)에 따라, 제1 발광 소자(1002,) 제2 발광 소자(1002) 및 하나 이상의 광 검출기(1008)와, 투명한 판(1014) 간의 공간이 형성될 수 있다. SLM(1004)은 제1 발광 소자(1002) 및 제2 발광 소자(1003)의 상단에 배치될 수 있으며, 연결 핀(1010)을 통해 지지 구조체(1012)와 연결될 수 있다. 예를 들어, 연결 핀(1010)은 전자 장치의 프로세싱 회로(예: 프로세싱 회로(325))로부터의 제어 신호를 전달하는 전기 경로일 수 있다. SLM(1004)과, 제1 발광 소자(1002) 및 제2 발광 소자(1003) 사이에는 연결핀(1010)의 높이(길이)에 따라 지정된 간격의 공간이 형성될 수 있다. SLM(1004)과 투명한 판(1014) 사이에는 지정된 간격의 공간이 형성될 수 있다.

일 실시 예에 따르면 전자 장치(1000)는 종래의 PPG 센서와 같이 렌즈를 사용하지 않고, 전기적인 신호에 의해 광의 진폭 및/또는 위상을 변조시킬 수 있는 2D 배열 구조의 SLM(1004)을 사용하기 때문에, 광을 콜리메이션(collimation)시킬 수 있다. 예를 들어, SLM(1004)은 제1 발광 소자(1002) 및 제2 발광 소자(1003)를 모두 변조 시킬 정도의 크기일 수 있으며, 제1 발광 소자(1002) 및 제2 발광 소자(1003)의 바로 위에 공간을 두고 위치할 수 있다. 예를 들어, 제1 발광 소자(1002)와 제2 발광 소자(1003)는 허용되는 범위에서 서로 가장 인접하게 배치 수 있다.

도 10c 및 도 10e를 참조하면, 전자 장치(1000)는 제1 발광 소자(1002) 및 제2 발광 소자(1003)가 순차적으로 동작하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(1000)는 발광 소자들 별로 대응하는 SLM 패턴을 생성(형성이라고도 함) 및/또는 저장할 수 있다. 도 10c를 참조하면, 전자 장치(1000)는 제1 발광 소자(1002)가 광을 발광하도록 제어할 때, 도 10d와 같은, SLM(1072)이 제1 발광 소자에 대응하는, 제1 SLM 패턴을 출력하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(1000)는 제2 발광 소자(1003)가 광을 발광하도록 제어할 때, 도 10e와 같은, SLM(1072)이 제2 발광 소자(1003)에 대응하는, 제2 SLM 패턴을 출력하도록 제어할 수 있다.

상술한 도 10a 내지 도 10e의 실시 예에서의 전자 장치(1000)는 발광 소자가 제1 발광 소자(1002) 및 제2 발광 소자(1003) 2개인 것으로 설명하였으나, 다른 실시 예에 따르면 SLM을 포함하는 전자 장치는 10a 내지 도 10c의 발광 소자의 개수보다 더 많은 개수의 발광 소자를 포함할 수 있으며, 좁은 면적의 지지 구조체에 많은 발광 소자들을 배치할 수 있다.

상술한 도 10a 및 도 10e의 실시 예에 따르면, SLM 패턴은 대응하는 발광 소자가 동작할 때만 전자 장치(1000)가 SLM(1072)을 제어하여 형성되도록 하는 것이기 때문에, SLM 패턴의 크기는 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(1000)는 SLM 패턴을 크게 생성하여 발광 소자로부터 출력되는 넓은 영역의 광을 콜리메이션(collimation)시킬 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(1000)는 SLM 패턴의 위치를 SLM의 픽셀 사이즈로 변경할 수 있으며, 이에 따라 공정 편차에 의한 정렬 불량(misalignment)에 따른 영향을 최소화 시킬 수 있다.

도 11a는 다양한 실시 예에 따른 공정 편차 발생을 보정할 수 있는 전자 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 11b는 다양한 실시 예에 따른 공정 편차 발생을 보정할 수 있는 전자 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 11c는 다양한 실시 예에 따른 공정 편차 발생을 보정할 수 있는 전자 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 11d는 다양한 실시 예에 따른 공정 편차 발생을 보정할 수 있는 전자 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 11a를 참조하면, 전자 장치(1110)(예: 전자 장치(1000))의 센서 구조체(1101)(예: 센서 구조체(1001))는 제1 발광 소자(1121)(예: 제1 발광 소자(1002)), 제2 발광 소자(1123)(예: 제2 발광 소자(1003)), 광 검출기(1125) (예: 광 검출기(1008)), 제1 격벽(1127)(예: 제1 격벽(1070)), 제2 격벽(1129)(예: 제2 격벽(1072)), 지지 구조체(1133)(예: 지지 구조체(1012)), 투명한 판(1135)(예: 투명한 판(1014)), SLM(1104)(예: SLM(1004)) 및 연결 핀(1110)(예: 연결 핀(1010))를 포함할 수 있다.

도 11a와 같이 잘 정렬된 SLM(1104)을 포함하는 전자 장치(1110)의 경우, 전자 장치(1110)가 SLM(1104)을 제어하여 도 11b와 같은, 제2 발광 소자(1123)에 대응하도록 지정된 SLM 패턴을 출력하도록 하는 경우, 제2 발광 소자(1123)로부터 출력된 광의 직진성으로 인해 투명한 유리(1135)를 통한 크로스토크 노이즈가 감소될 수 있다.

도 11c를 참조하면, 전자 장치(1190) (예: 전자 장치(1000))의 센서 구조체(1101)(예: 센서 구조체(1001))는 도 11a의 전자 장치(1100)의 센서 구조체(1101)와 같은, 제1 발광 소자(1121)(예: 제1 발광 소자(1002)), 제2 발광 소자(1123)(예: 제2 발광 소자(1003)), 광 검출기(1125) (예: 광 검출기(1008)), 제1 격벽(1127)(예: 제1 격벽(1070)), 제2 격벽(1129)(예: 제2 격벽(1072)), 지지 구조체(1133)(예: 지지 구조체(1012)), 투명한 판(1135)(예: 투명한 판(1014)), SLM(1104)(예: SLM(1004)) 및 연결 핀(1110)(예: 연결 핀(1010))를 포함할 수 있다.

도 11c와 같이 정렬 불량의 SLM(1104)을 포함하는 전자 장치(1110)의 경우, 전자 장치(1110)가 SLM(1104)을 제어하여 도 11d와 같이, 제2 발광 소자(1123)에 대응하도록 지정된 SLM 패턴이 시프트된 SLM 패턴을 출력 시킬 수 있으며, 이에 따라, 제2 발광 소자(1123)로부터 출력된 광의 직진성으로 인해 크로스토크 노이즈가 감소될 수 있다.

상술한 도 11a 내지 도 11d의 실시 예에 따르면, 도 11c와 같이 SLM(1104)이 정렬 불량일 경우 시프트된 SLM 패턴을 출력시키는 동작을 통해, SLM(1104)이 잘 정렬된 도 11a와 같은 전자 장치(1111)와 같이, 크로스토크 노이즈를 최소화할 수 있다.

상술한 도 10a 내지 도 11d의 전자 장치는 한정된 크기의 발광 소자에서 나오는 광이 발산각(divergence angle)을 최소화하여 크로스토크 노이즈를 줄이기 위해 동작하므로, SLM과 발광 소자 간의 거리가 멀수록 크로스토크 노이즈를 줄이는 것에 효과적일 수 있으며, 이에 따라, SLM과 발광 소자 간의 거리 조절이 중요할 수 있다. 반면, SLM과 투명한 판 간의 거리는 중요하지 않을 수 있다.

도 12는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치(예: 전자 장치(201), 전자 장치(201)의 컨트롤러(220), 전자 장치(210)의 프로세싱 회로(225), 또는 전자 장치(1000))의 동작의 흐름도(1200)이다.

도 12를 참조하면, 전자 장치는 N 개의 발광 소자(예: 제1 발광 소자(1002), 제2 발광 소자(1003))를 포함할 수 있으며, 전자 장치는 지정된 순서에 따라 N 개의 발광 소자들이 각각 순차적으로 동작하도록 제어할 수 있다.

1210 동작에서 전자 장치는 N 번째 발광 소자를 온시킬 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 전자 장치는 N 번째 발광 소자를 온 시켜, N 번째 발광 소자가 광을 출력하도록 할 수 있다.

1220 동작에서 전자 장치는 N 번째 발광 소자에 대응하는 SLM 패턴을 출력하도록 SLM(예: SLM(1004))을 제어할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 전자 장치는 발광 소자들 각각에 대응하는 SLM 패턴을 저장할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 전자 장치는 N 번째 발광 소자가 광을 출력하는 동안 SLM이 N 번째 발광 소자에 대응하는 SLM 패턴을 출력하도록 제어할 수 있다.

1230 동작에서 전자 장치는 PPG 데이터를 생성할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 전자 장치는 하나 이상의 광 검출기(예: 광 검출기(1008))를 이용하여 광을 감지하여 PPG 데이터를 생성(PPG 신호를 측정)할 수 있다.

1240 동작에서 전자 장치는 N 번째 발광 소자를 끌(off) 수 있다.

1250 동작에서 전자 장치는 N 번째 발광 소자가 제어할 마지막 발광 소자인지를 결정할 수 있다.

N 번째 발광 소자가 제어할 마지막 발광 소자인 경우 본 개시의 동작을 종료할 수 있으며, 그렇지 않으면 1260 동작을 실행할 수 있다.

1260 동작에서 전자 장치는 N을 N+1로 변경할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 전자 장치는 N번째 발광 소자 다음의 순서로 지정된 발광 소자를 제어할 수 있도록 하기 위해, N을 N+1로 변경할 수 있다.

도 13은 다양한 실시 예에 따른 전자 장치(예 예: 전자 장치(201), 전자 장치(201)의 컨트롤러(220), 전자 장치(210)의 프로세싱 회로(225), 또는 전자 장치(1001))의 동작의 흐름도이다.

도 13을 참조하면, 상술한 도 2 내지 도 12의 실시 예에 따라 전자 장치는 종래의 전자 장치에 비해 정확도가 향상된 PPG 신호를 검출하여, 전자 장치가 상기 PPG 신호를 통해 사용자의 다양한 생체 정보를 추출 할 수 있다. 예를 들어, 심박 정보의 경우, PPG 신호의 피크(peak)만을 추출하여 획득할 수 있다. 혈압 등의 생체 정보는, 상기 정확도가 향상된 PPG 신호의 파형(예: F1, F2, F3 파형)으로부터 획득할 수 있다.

1310 동작에서 전자 장치는 PPG 데이터를 생성할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 전자 장치는 하나 이상의 광 검출기(예: 광 검출기(1008))를 이용하여 광을 감지하여 PPG 데이터를 생성할 수 있다.

1320 동작에서 전자 장치는 PPG 데이터를 분석할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 전자 장치는 PPG 신호 파형의 확인, PPG 신호의 피크 정보 확인, PPG 신호의 주파수 정보 확인, PPG 신호의 위상 정보 확인 등을 실행할 수 있다.

1330 동작에서 전자 장치는 PPG 데이터의 분석 결과를 기초로 생체 정보를 생성할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 생체 정보는 사용자의 심박 정보, 혈압과 관련된 정보, 스트레스 지수, 수면 품질 등일 수 있다. 예를 들어, 전자 장치는 피크 정보를 기초로 사용자의 심박 정보를 생성할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치는 PPG 신호의 파형을 기초로 사용자의 혈압과 관련된 정보를 생성할 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 항목들의 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 문서에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현된 유닛을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로 등의 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 저장매체 는, 비일시적(non-transitory) 저장매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, ‘비일시적’은 저장매체가 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장매체에 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 두개의 사용자 장치들(예: 스마트폰들) 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 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.

다양한 실시 예에 따르면, 명령들을 저장하고 있는 저장 매체에 있어서, 상기 명령들은 적어도 하나의 회로에 의하여 실행될 때에 상기 적어도 하나의 회로로 하여금 적어도 하나의 동작을 수행하도록 설정된 것으로서, 상기 적어도 하나의 동작은, 전자 장치의 적어도 하나의 발광 소자를 켜는(on) 동작, 상기 전자 장치의 공간 광 변조기(spatial light modulator; SLM)가 상기 발광 소자로부터 출력된 광으로 제1 패턴을 출력하도록 상기 SLM의 적어도 하나의 픽셀을 제어하는 동작, 및 상기 전자 장치의 수광 소자를 이용하여 맥파(photoplethysmogram; PPG) 데이터를 생성하는 동작을 포함할 수 있다.

Claims

전자 장치에 있어서,

내부 공간을 포함하는 하우징;

상기 하우징에 위치되며 상기 하우징의 일부를 통해 노출된 센서 구조체(sensor structure), 상기 센서 구조체는:

상기 내부 공간으로부터 멀어지는(facing away) 방향을 향하는 제1 표면 및 상기 제1 표면으로부터 멀어지는 방향을 향하는 제2 표면을 포함하는 실질적으로(substantially) 투명한 판;

상기 투명한 판과 대향하면서(facing) 상기 내부 공간에 위치되는 지지 구조체(support structure);

상기 제2 표면으로부터 이격된 상태로 상기 지지 구조체 상에 장착되며 상기 제2 표면과 상기 지지 구조체 사이에 삽입된 적어도 하나의 발광 소자;

상기 발광 소자로부터 이격된(being spaced) 상태로 상기 투명한 판과 상기 발광 소자 사이에 배치된 공간 광 변조기(spatial light modulator; SLM);

상기 지지 구조체 상에 장착되며, 상기 발광 소자 측면으로 인접하여 상기 제2 표면과 상기 지지 구조체 사이에 위치되는 수광 소자; 및

상기 SLM에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 전기 경로(electrical path)를 포함하며,

상기 수광 소자에 작동적으로 연결되며 상기 수광 소자를 이용하여 맥파(photoplethysmogram; PPG) 데이터를 생성하도록 구성된 프로세싱 회로를 포함하는 전자 장치.
제 1항에 있어서, 상기 수광 소자는 수광면(light receiving surface)을 포함하며, 상기 발광 소자는 발광면(light emitting surface)을 가지며,

상기 수광면은 상기 발광면보다 상기 제2 표면에 더 가깝고,

상기 수광면은 상기 SLM보다 상기 제2 표면에 더 가까운 전자 장치.
제 1항에 있어서, 상기 SLM은 상기 제2 표면으로부터 이격되며,

상기 SLM은 상기 발광 소자로부터 방출된 광을 진폭 변조 또는 위상 변조 중 적어도 하나를 실행하도록 구성된 전자 장치.
제 1항에 있어서, 상기 지지 구조체는 인쇄 회로 기판(printed circuit board; PCB)을 포함하며,

상기 전기 경로는 상기 인쇄 회로 기판과 연결되는 전자 장치.
제 1항에 있어서,

상기 지지 구조체 상에 장착되며, 상기 발광 소자의 측면으로 인접하여 상기 제2 표면과 상기 지지 구조체 사이에 위치되는 하나 이상의 수광 소자를 더 포함하는 전자 장치.
제 1항에 있어서,

상기 지지 구조체 상에 장착되며, 상기 발광 소자 및 상기 수광 소자 사이에 위치되는 격벽을 더 포함하며,

상기 격벽의 제1 표면은 상기 제2 표면의 아래에 위치되는 전자 장치.
제 1항에 있어서, 상기 프로세싱 회로는,

상기 SLM이 제1 패턴을 출력하도록 상기 SLM의 적어도 하나의 픽셀을 제어하는 동안, 상기 수광 소자를 이용하여 상기 PPG 데이터를 생성하는 전자 장치.
제 7항에 있어서, 상기 프로세싱 회로는,

상기 제1 패턴을 기초로, 상기 SLM의 픽셀들 중 적어도 하나의 픽셀이 제1 진폭 또는 제1 위상을 갖는 제1 광을 출력하도록 제어하며,

상기 적어도 하나의 픽셀 중 산란될 광과 관련된 제1 픽셀을 확인하고,

상기 제1 픽셀이 제2 진폭 또는 제2 위상을 갖는 제2 광을 출력하도록 제어하는 전자 장치.
제 8항에 있어서, 상기 프로세싱 회로는,

상기 SLM 픽셀들 중 적어도 일부에 대한 임의 탐색(random search)을 실행하며, 상기 임의 탐색 결과를 기초로 상기 적어도 하나의 픽셀 중 상기 제1 픽셀을 확인하는 전자 장치.
제 8항에 있어서, 상기 프로세싱 회로는,

상기 PPG 데이터에 포함된 PPG 신호파의 AC 성분의 크기를 기초로, 상기 SLM의 픽셀들 중 상기 적어도 하나의 픽셀이 제1 진폭 또는 제1 위상을 갖는 제1 광을 출력하도록 제어하며, 상기 적어도 하나의 픽셀 중 상기 산란될 광과 관련된 상기 제1 픽셀을 확인하고, 상기 제1 픽셀이 상기 제2 진폭 또는 상기 제2 위상을 갖는 상기 제2 광을 출력하도록 제어하는 전자 장치.
제 7항에 있어서, 상기 프로세싱 회로는,

상기 SLM이 상기 제1 패턴의 시프트(shift)된 패턴을 출력하도록 상기 SLM의 적어도 하나의 픽셀을 제어하며,

상기 SLM이 상기 시프트된 패턴을 출력하는 동안 상기 수광 소자를 이용하여 새로운 PPG 데이터를 생성하는 전자 장치.
제 7항에 있어서, 상기 프로세싱 회로는,

상기 SLM이 상기 제1 패턴에 위상 계조도(phase gradient)가 추가된 패턴을 출력하도록 상기 SLM의 적어도 하나의 픽셀을 제어하며,

상기 SLM이 상기 위상 계조도가 추가된 패턴을 출력하는 동안 상기 수광 소자를 이용하여 새로운 PPG 데이터를 생성하는 전자 장치.
제 1항에 있어서,

상기 SLM은 상기 투명한 판에 부착되는 전자 장치.
전자 장치의 공간 광 변조기를 이용한 생체 정보 검출을 위한 방법에 있어서,

상기 전자 장치의 적어도 하나의 발광 소자를 켜는(on) 동작;

상기 전자 장치의 공간 광 변조기(spatial light modulator; SLM)가 상기 발광 소자로부터 출력된 광으로 제1 패턴을 출력하도록 상기 SLM의 적어도 하나의 픽셀을 제어하는 동작; 및

상기 전자 장치의 수광 소자를 이용하여 맥파(photoplethysmogram; PPG) 데이터를 생성하는 동작을 포함하는 전자 장치의 공간 광 변조기를 이용한 생체 정보 검출을 위한 방법.
명령들을 저장하고 있는 저장 매체에 있어서, 상기 명령들은 적어도 하나의 회로에 의하여 실행될 때에 상기 적어도 하나의 회로로 하여금 적어도 하나의 동작을 수행하도록 설정된 것으로서, 상기 적어도 하나의 동작은,

전자 장치의 적어도 하나의 발광 소자를 켜는(on) 동작;

상기 전자 장치의 공간 광 변조기(spatial light modulator; SLM)가 상기 발광 소자로부터 출력된 광으로 제1 패턴을 출력하도록 상기 SLM의 적어도 하나의 픽셀을 제어하는 동작; 및

상기 전자 장치의 수광 소자를 이용하여 맥파(photoplethysmogram; PPG) 데이터를 생성하는 동작을 포함하는 저장 매체