WO2022250357A1 - 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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WO2022250357A1
WO2022250357A1 PCT/KR2022/006991 KR2022006991W WO2022250357A1 WO 2022250357 A1 WO2022250357 A1 WO 2022250357A1 KR 2022006991 W KR2022006991 W KR 2022006991W WO 2022250357 A1 WO2022250357 A1 WO 2022250357A1
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sensor
metal
contact surface
wearable device
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김병인
이원종
임경택
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동우 화인켐 주식회사
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    • G06F1/1613—Constructional details or arrangements for portable computers
    • G06F1/163—Wearable computers, e.g. on a belt

Definitions

  • thermometer in the case of a wearable thermometer, it should be able to measure body temperature in a state of contact with the user's body in order to improve user convenience.
  • Korean Patent Publication No. 10-2017-0091346 discloses a ring-shaped wearable device.
  • the ring-shaped wearable device measures the temperature of an object in a state of being in contact with the body temperature measurement object, there is a problem in that accuracy is greatly reduced due to the use of a conventional non-contact temperature sensor.
  • An object of the present invention is to provide a wearable device capable of more accurately measuring the temperature of a temperature measurement target by correcting an error of a wearable device having a contact temperature sensor.
  • the present invention relates to a wearable device that can be worn by a subject to measure temperature.
  • a first temperature measuring sensor for measuring the temperature of the object using the first metal and the second metal; and a second temperature sensor for measuring the temperature of the first temperature sensor, wherein the first contact surface formed by contacting the first end of the first metal and the first end of the second metal conducts heat.
  • the second temperature measuring sensor is formed adjacent to the second contact surface formed by the second end of the first metal and the second end of the second metal. and a first separation distance between the first contact surface and the second contact surface is greater than a second separation distance between the second contact surface and the second temperature sensor.
  • the second contact surface in order to increase the first separation distance, may be closer to an outer direction than an inner direction in which the wearable device contacts the object.
  • the ratio between the first separation distance and the second separation distance may be 4:1 to 20:1.
  • the final temperature of the object is determined by using the temperature of the object measured by the first temperature sensor and the temperature of the first temperature sensor measured by the second temperature sensor. It may include an arithmetic unit that performs calculation.
  • the present invention may further include a temperature compensating unit performing correction using the first separation distance and the second separation distance.
  • the correction may be performed by using any one of Equation (1) and Equation (2) below.
  • the Tmp.H is the final temperature of the object corrected by the temperature compensator
  • the Tmp.th is the temperature of the first temperature measurement sensor measured by the second temperature sensor
  • the Tmp.d is the temperature of the first temperature measurement sensor.
  • Equation (1) when the first temperature measuring sensor is in the form of a thin film, Equation (1) is applied, and when the first temperature measuring sensor is not in the form of a thin film, Equation (2) may be applied.
  • the first temperature measurement sensor may be a thin film thermocouple or thermopile in which the first metal and the second metal are patterned on a substrate.
  • the present invention provides a method for measuring the temperature of a temperature measurement target using a wearable device, comprising the steps of measuring the temperature of the target using a first metal and a second metal included in a first temperature measurement sensor; measuring the temperature of the first temperature sensor using a second temperature sensor; and calculating a final temperature of the object using the temperature of the object measured by the first temperature sensor and the temperature of the first temperature sensor measured by the second temperature sensor.
  • a first contact surface formed by contacting the first end of the first metal and the first end of the second metal is provided as a region for receiving a temperature from the object using heat conduction, and the second temperature sensor It is formed adjacent to a second contact surface formed by a second end of the first metal and the second end of the second metal, and a first separation distance between the first contact surface and the second contact surface is formed between the second contact surface and the second contact surface.
  • performing correction using the first separation distance and the second separation distance may further include.
  • the wearable device can continuously monitor the temperature of a temperature measurement target, and increases the distance between the first contact surface and the second contact surface of the first temperature measurement sensor to improve the accuracy of the measured temperature.
  • the wearable device according to the present invention has an advantage of further improving the accuracy of temperature measurement by correcting an error due to heat dissipation of the sensor itself.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a wearable device according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2A to 2B are diagrams illustrating a case where the wearable device according to an embodiment of the present invention is a ring.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a wearable device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a detailed view of a first temperature measurement sensor and a second temperature measurement sensor in the wearable device of FIG. 3 .
  • FIG. 5 is a diagram showing a wearable device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a method of measuring the temperature of a temperature measurement target according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 7A to 7C are diagrams illustrating cases in which the wearable device according to an embodiment of the present invention is a ring.
  • One embodiment of the present invention relates to a wearable device that can be worn by a subject to measure temperature.
  • a first temperature measuring sensor for measuring the temperature of the subject using a first metal and a second metal ; and a second temperature sensor for measuring the temperature of the first temperature sensor, wherein the first contact surface formed by contacting the first end of the first metal and the first end of the second metal conducts heat.
  • the second temperature measuring sensor is formed adjacent to the second contact surface formed by the second end of the first metal and the second end of the second metal. and a first separation distance between the first contact surface and the second contact surface is greater than a second separation distance between the second contact surface and the second temperature measuring sensor.
  • a wearable device is a device for measuring an accurate temperature while being worn by a subject for temperature measurement, but is not necessarily limited thereto.
  • the temperature measurement target may measure the temperature by contacting a specific part of the wearable device without wearing the wearable device.
  • spatially relative terms “below”, “beneath”, “lower”, “above”, “upper”, etc. It can be used to easily describe the correlation between elements or components and other elements or components. Spatially relative terms should be understood as encompassing different orientations of elements in use or operation in addition to the orientations shown in the figures. For example, when flipping elements shown in the figures, elements described as “below” or “beneath” other elements may be placed “above” the other elements. Thus, the exemplary term “below” may include directions of both below and above. Elements may also be oriented in other orientations, and thus spatially relative terms may be interpreted according to orientation.
  • planar image it means when the target part is viewed from above, and when it is referred to as “cross-sectional image”, it means when a cross section of the target part cut vertically is viewed from the side.
  • overlaps it means that they are overlapped up and down in cross section, or all or part of them are located in the same area on a plane.
  • first direction X
  • second direction Y
  • a wearable device 100 that can be worn by a subject to measure temperature includes a first temperature measurement sensor 110, a second temperature measurement sensor 120, and an arithmetic unit 130, and measures the first temperature.
  • the sensor 110 includes a first metal 112 and a second metal 114 .
  • the wearable device 100 may further include a human body contact unit 115 for contact between the first temperature measurement sensor 110 and the temperature measurement object, but is not limited thereto.
  • the wearable device 100 shown in FIG. 1 shows a configuration necessary for measuring the temperature of a temperature measurement target according to an embodiment of the present invention, and additional components for implementing functions according to the characteristics of the wearable device 100 It may contain more configurations.
  • the wearable device 100 may measure the body temperature of the target while being worn on the target to measure the temperature.
  • the wearable device 100 may include a ring, smart watch, wrist watch, bracelet, earphone, headset, necklace, earring, heart rate monitor, etc., but is not limited thereto.
  • the first temperature measurement sensor 110 may be used to measure the temperature of a temperature measurement target using the first metal 112 and the second metal 114 .
  • the temperature of the target may mean a temperature value on the first contact surface 1100 .
  • the first temperature measuring sensor 110 according to an embodiment of the present invention may be a thermocouple composed of a pair of a first metal 112 and a second metal 114, but is not limited thereto.
  • the first temperature measuring sensor 110 according to another embodiment of the present invention may be a thermopile composed of a plurality of thermocouples, but is not limited thereto.
  • thermocouple is not particularly limited as long as it is for measuring temperature data, and a thermocouple of a conventional or later developed type may be used.
  • thermocouples such as J-type, K-type, T-type, E-type, N-type, and R-type, and in terms of measurement temperature range, thermal electromotive force stability, etc., preferably T It can be a -type thermocouple.
  • the first metal 112 and the second metal 114 included in the first temperature measurement sensor 110 are not particularly limited as long as they can generate a thermoelectric effect such as a Seebeck effect.
  • one of the first metal 112 and the second metal 114 may include copper (Cu), and the other may include copper nickel (CuNi).
  • the first contact surface 1100 formed by contacting at least a portion of the first metal 112 and at least a portion of the second metal 114 receives the temperature from the temperature measurement target using thermal conduction. It may be for example, the first contact surface 1100 is formed by contacting the first end 1121 of the first metal 112 and the first end 1141 of the second metal 114, and the first contact surface ( 1100) may directly contact the temperature measurement target, or the first contact surface 1100 may contact/embedded in the human body contact unit 115 included in the wearable device 100 to contact the temperature measurement target.
  • the human body contact portion 115 may be made of metal having high thermal conductivity with a thickness of less than 1 mm, but is not limited thereto.
  • the human body contact unit 115 may be implemented in a different form according to the type of wearable device 110 .
  • the wearable device 110 is a ring
  • the human body contact portion 115 may be formed on the inner side where the ring contacts a finger of a subject to measure temperature.
  • the wearable device 110 is a smart watch
  • the human body contact unit 115 may be formed on the back of the watch or the inside of the strap where the smart watch contacts the wrist of the subject to measure temperature.
  • the wearable device 110 is an earphone
  • the human body contact part 115 may be formed on an ear cap of the earphone that contacts the ear of the subject to measure the temperature.
  • the second temperature sensor 120 may measure the temperature of the first temperature sensor 110 . Also, the temperature value of the first temperature sensor 110 measured by the second temperature sensor 120 may represent the temperature of the second contact surface 1200 .
  • the second temperature measuring sensor 120 according to an embodiment of the present invention may be a thermistor, but is not limited thereto.
  • the second temperature measurement sensor 120 is a sensor whose resistance value is changed according to the ambient temperature, and measures the temperature of the first temperature measurement sensor 110 itself or its surroundings using the resistance value changed according to the ambient temperature.
  • the second contact surface 1200 formed by at least a portion of the first metal 112 and at least a portion of the second metal 114 according to an embodiment of the present invention is formed adjacent to the second temperature measuring sensor 120. It can be.
  • the second temperature measurement sensor 120 may be formed adjacent to the second contact surface 1200, and in another example, it may be formed connected to a part of the second contact surface 1200.
  • the first separation distance between the first contact surface 1100 and the second contact surface 1200 is determined by the second contact surface 1200 and the second contact surface 1200. It may be implemented to have a value greater than the second separation distance between the temperature measuring sensors 120 .
  • the second contact surface 1200 may be positioned closer to an outer direction than an inner direction in which the wearable device 100 contacts the temperature measurement target.
  • the first contact surface 1100 is implemented to be in contact with a temperature measurement target.
  • the second contact surface 1200 is implemented to be positioned closer to the outer direction than the inner direction of the wearable device 100, the first separation distance between the first contact surface 1100 and the second contact surface 1200 increases. .
  • the second separation distance between the second contact surface 1200 and the second temperature sensor 1200 is short. do. That is, the accuracy of the temperature measured by the wearable device 100 may be improved by increasing the first separation distance and decreasing the second separation distance.
  • the operation unit 130 uses the temperature of the object measured by the first temperature sensor 110 and the temperature of the first temperature sensor 110 measured by the second temperature sensor 120 to determine the temperature of the object to be measured. Calculate the final temperature.
  • the calculation unit 130 may be a read-out integrated circuit (ROIC), but is not limited thereto.
  • the calculation unit 130 uses a difference between the temperature of the object measured by the first temperature sensor 110 and the temperature of the first temperature sensor 110 measured by the second temperature sensor 120.
  • the temperature of the object to be measured may be calculated, but is not limited thereto.
  • the temperature calculated by the calculator 130 may be output in various forms depending on the type of the wearable device 100 .
  • the temperature is visually displayed through a display unit (not shown) included in the wearable device 100, or the temperature is audibly displayed through an audio output unit (not shown) included in the wearable device 100.
  • the temperature may be output or transmitted to another device located remotely through a transmitter (not shown) included in the wearable device 100 .
  • the wearable device 100 Since the wearable device 100 according to an embodiment of the present invention measures the temperature while being in contact with a temperature measurement target, measurement accuracy can be improved compared to a non-contact thermometer.
  • the wearable device 100 can continuously measure and monitor the temperature of the target by utilizing the characteristic that the temperature measurement target can be carried and worn at all times. Accordingly, when the subject's body temperature changes rapidly or the subject's body temperature rises above a critical temperature, the change in body temperature is notified to the subject, thereby contributing to the prevention of infectious diseases.
  • FIG. 2A to 2B are diagrams illustrating a case where the wearable device according to an embodiment of the present invention is a ring.
  • the temperature measurement target may wear the finger so as to come into contact with the inside of the wearable device 100 .
  • the wearable device 100 may continuously measure and monitor the body temperature of the subject while being in contact with the subject's finger.
  • the temperature of the temperature measurement target measured by the wearable device 100 may be transmitted to the target's smart phone or smart watch.
  • a component for measuring the temperature of a temperature measurement target may be included in a partial region 200 of the wearable device 100, and FIG. An example of is shown.
  • the wearable device 100 may include a first temperature measurement sensor 110, a human body contact unit 115, a second temperature measurement sensor 120, a calculation unit 130, and an output unit 140.
  • the first temperature sensor 110 may include a first metal 112 and a second metal 114 .
  • the wearable device 100 shown in FIG. 2B further includes an output unit 140 in addition to the wearable device 100 shown in FIG. can
  • the first contact surface 1100 may be formed by contacting the first end 1121 of the first metal 112 and the first end 1141 of the second metal 114 .
  • the first contact surface 1100 may be a hot junction of a thermocouple or a thermopile, but is not limited thereto.
  • the first contact surface 1100 is in contact with, combined with, or embedded in the human body contact unit 115 present inside the wearable device 100, so that the first temperature sensor 110 is in contact with the temperature measurement target, Allows you to measure the subject's body temperature.
  • the wearable device 100 measures the temperature of the target while in contact with the temperature measurement target.
  • the accuracy of the measured temperature can be improved.
  • the second contact surface 1200 may be formed by the second end 1122 of the first metal 112 and the second end 1142 of the second metal 114 .
  • the second contact surface 1200 may be a cold junction of a thermocouple or a thermopile, but is not limited thereto.
  • the second contact surface 1200 may be implemented adjacent to the second temperature measuring sensor while the second end 1122 and the second end 1142 are not in contact with each other.
  • the second temperature measurement sensor 120 and the calculation unit 130 are illustrated as being spaced apart from each other, but it is not limited thereto, and the second temperature measurement sensor 120 and the calculation unit 130 are one It may be implemented in a combined state of.
  • the output unit 140 outputs the temperature of the temperature measurement target calculated by the operation unit 130 .
  • the output unit 140 may be a transmitter for transmitting the calculated temperature to another device, a display for displaying the calculated temperature, and a speaker for reproducing the calculated temperature as sound, but is limited thereto. It doesn't work.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a wearable device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing the first temperature measuring sensor and the second temperature measuring sensor in the wearable device of FIG. 3 in detail.
  • the wearable device 100 includes a first temperature measurement sensor 110, a human body contact unit 115, a second temperature measurement sensor 120, a calculation unit 130, and a temperature compensating unit 135. and an output unit 140
  • the first temperature measurement sensor 110 includes a first metal 112 , a second metal 114 , and an insulating layer 116 .
  • the wearable device 100 shown in FIGS. 3 to 4 further includes an insulating layer 116 and a temperature compensating unit 135 in addition to the wearable device 100 described in FIGS. 1 to 2B, and FIGS. 1 to 2B The description related to may be applied to the wearable device 100 of FIGS. 3 to 4 .
  • the wearable device 100 When the wearable device 100 according to another embodiment of the present invention measures the temperature in a state of being in contact with a temperature measurement target, in order to further improve accuracy, the wearable device 100 reflects the characteristics of the first temperature measurement sensor 110 to perform a predetermined correction. It may be to calculate the final temperature of the measurement object by performing.
  • the separation distance Lj 1150 between the first contact surface 1100 and the second contact surface 1200 is the second contact surface 1200
  • the second temperature sensor 120 may have a larger value than the separation distance Ld (1250).
  • the ratio of Lj 1150 to Ld 1250 may be 4:1 to 20:1, but is not limited thereto.
  • the first contact surface 1100 is formed as close as possible to the inside of the wearable device 100
  • the second contact surface 1200 is formed as close as possible to the first contact surface 1100 within the wearable device 100. to be formed far apart.
  • the second contact surface 1200 may be formed as close as possible to the outside of the wearable device 100, but is not limited thereto.
  • the inner side of the wearable device 100 refers to a direction in which the wearable device 100 contacts the temperature measurement target in a worn state
  • the outer side of the wearable device 100 refers to a direction other than the inner side, that is, the temperature measurement target and It may mean a direction exposed to the outside without contact.
  • the first temperature measuring sensor 110 is a thin film thermocouple or thermopile patterned using photolithography on a substrate such as a film.
  • a substrate such as a film.
  • the first metal 112 and the second metal 114 included in the first temperature sensor 110 may be implemented in a patterned form on a film.
  • the first temperature measuring sensor 110 may be a thin film thermocouple or thermopile in which the first metal 112 and the second metal 114 are patterned on the substrate.
  • the manufacturing method of the first temperature measuring sensor 110 may include depositing a first metal layer on a substrate; patterning the deposited first metal layer; depositing a second metal layer; The method may include patterning the deposited second metal layer.
  • a conventional or later developed deposition method may be used, and in one or more embodiments, PVD (Physical Vapor Deposition), CVD (Chemical Vapor Deposition), ALD (Atomic Layer Deposition) and the like may be used.
  • PVD Physical Vapor Deposition
  • CVD Chemical Vapor Deposition
  • ALD Atomic Layer Deposition
  • a photoresist is applied on the deposited first metal layer and the second metal layer, a first mask and a second mask having a predetermined pattern are aligned, exposure and development are performed, and etching ) to form a desired pattern.
  • the second metal layer may be deposited to contact a portion of the first metal to form the first contact surface.
  • the manufacturing method of the first temperature measuring sensor 110 may include arranging a first mask having a predetermined pattern on a substrate; depositing a first metal according to a predetermined pattern provided on the first mask; removing the first mask and aligning a second mask having a predetermined pattern; and depositing a second metal according to a predetermined pattern provided on the second mask.
  • the predetermined pattern provided on the first mask and the second mask may be patterned such that a portion of the deposited first metal and a portion of the second metal contact each other to form a first contact surface.
  • the manufacturing method of the first temperature measurement sensor 110 of the present invention in addition to the manufacturing method described above, a method used in metal patterning conventionally or later developed may be used.
  • the insulating layer 116 may be implemented in a form of contact or close contact with the second contact surface 1200 of the first temperature measuring sensor 110 .
  • the insulating layer 116 may be used for thermal insulation to improve measurement accuracy of the first temperature measuring sensor 110 .
  • the temperature compensator 135 determines the first separation distance Lj 1150 between the first contact surface 1100 and the second contact surface 1200 and the second separation distance between the second contact surface 1200 and the second temperature measuring sensor 120 .
  • Ld (1250) By performing correction using Ld (1250), it is possible to improve the accuracy of the final temperature of the measurement object.
  • the correction may be performed using Equation (1) or Equation (2) below.
  • Tmp.H is the final temperature of the measurement object corrected by the temperature compensator 135, and Tmp.th is the first temperature measured by the second temperature sensor 120.
  • the temperature of the measurement sensor 110, Tmp.d is the temperature of the object measured by the first temperature measurement sensor 110 and the temperature of the first temperature measurement sensor 110 measured by the second temperature measurement sensor 120.
  • the difference value Lj represents the first separation distance between the first contact surface 1100 and the second contact surface 1200, and Ld represents the second separation distance between the second contact surface 1200 and the second temperature sensor 120.
  • the temperature compensator 135 may select either Equation (1) or Equation (2) by reflecting the characteristics of the first temperature measuring sensor 110 .
  • the characteristics of the first temperature measurement sensor 110 may include at least one of the characteristics of the first metal 112 and the second metal 114 and the characteristics of the insulating layer 116 .
  • the characteristics of the first metal 112 and the second metal 114 may include the types of the first metal 112 and the second metal 114, and the characteristics of the insulating layer 116 are of the insulating layer. It can include existence and type.
  • the temperature compensating unit 135 may be one to which Equation (1) is applied when the first temperature measuring sensor 110 is in the form of a thin film, and the first temperature measuring sensor 110 If is not in the form of a thin film, Equation (2) may be applied, but is not necessarily limited thereto.
  • the temperature compensator 135 may perform the above-described correction to minimize a measurement error due to heat dissipation of the sensor itself, thereby calculating a more accurate temperature Tmp.H of the measurement target.
  • the temperature compensator 135 corrects the temperature of the temperature measurement target by reflecting the characteristics of the first temperature measurement sensor 110 , thereby improving the accuracy of the temperature measured by the wearable device 100 .
  • the first temperature measurement sensor 110 may be implemented as a thermopile including a plurality of thermocouples.
  • the wearable device 100 of FIG. 5 is the same as the wearable device 100 described in FIGS. 1 to 4 except that the first temperature measurement sensor 110 is implemented as a thermopile. The description related to may be applied to the wearable device 100 of FIG. 5 .
  • the thermopile includes a plurality of first metals 112 and a plurality of second metals 114, and the pair of first metals 112 and second metals 114 A first contact surface 1100 and a second contact surface 1200 wider than the wearable device 100 described in FIG. 4 may be formed, and the insulating layer 116 may be positioned adjacent to the second contact surface 1200.
  • the thermopile is implemented in a patterned structure so that an electromotive force can be generated due to a temperature difference between the first contact surface 1100 and the second contact surface 1200.
  • the first contact surface 1100 is formed at a position where the temperature of the object can be measured by contacting a temperature measurement object, and the second contact surface 1200 is exposed to an environment in which the thermopile is measured to generate electromotive force of the thermopile. let it be
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a method of measuring the temperature of a temperature measurement target according to another embodiment of the present invention.
  • the method described in FIG. 6 may be implemented using the components shown in FIGS. 1 to 5, and the sequence described in FIG. 6 is based on one embodiment, and each step may be implemented simultaneously or in any order. can
  • a method of measuring the temperature of a temperature measuring object using a wearable device includes measuring the temperature of the object using a first metal and a second metal included in a first temperature measuring sensor (610), a second temperature measuring sensor Step 620 of measuring the temperature of the first temperature measurement sensor using a , and the temperature of the object measured by the first temperature measurement sensor and the temperature of the first temperature measurement sensor measured by the second temperature sensor and calculating the final temperature of the object using (630), wherein the first contact surface formed by contacting the first end of the first metal and the first end of the second metal is It is provided as an area for receiving a temperature from the object, and the second temperature measuring sensor is formed adjacent to a second contact surface formed by a second end of the first metal and a second end of the second metal, The first separation distance between the first contact surface and the second contact surface may be greater than the second separation distance between the second contact surface and the second temperature sensor.
  • a method of measuring the temperature of a temperature measurement target using a wearable device may further include performing a predetermined correction using the first separation distance and the second separation distance. have.
  • the correction may be the same as the correction described in the wearable device described above.
  • FIGS. 7A to 7C are diagrams illustrating cases in which the wearable device according to an embodiment of the present invention is a ring.
  • a wearable device manufactured in a ring shape includes a first contact surface 1100 and a second contact surface 1200 of a first temperature measurement sensor, a second temperature measurement sensor (not shown), and an arithmetic unit ( 130), it can be manufactured in various structures.
  • the wearable device shown in FIG. 7A the first temperature measuring sensors 1100 and 1200, the second temperature measuring sensor, and the calculation unit 130 are formed adjacently, so that the wearable device shown in FIGS. 7B and 7C is manufactured compared to the wearable device shown in FIGS.
  • the wearable device shown in FIG. 7C is the wearable device shown in FIGS. 7A and 7B as the first separation distance 1150 between the first contact surface 1100 and the second contact surface 1200 of the first temperature measurement sensor increases. This has the advantage of improving the contrast measurement accuracy.
  • those skilled in the art can maintain the second separation distance between the second temperature measuring sensor and the second contact surface of the first temperature measuring sensor constant within a range that does not impair the object of the present invention, and adjust the position of the calculation unit to measure the first temperature sensor.
  • the wearable device can continuously monitor the temperature of a temperature measurement target, and increases the distance between the first contact surface and the second contact surface of the first temperature measurement sensor to improve the accuracy of the measured temperature.

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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
웨어러블 온도 측정 장치 및 이를 이용한 온도 측정 방법
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.
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 대한 것이다. 구체적으로, 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 PCTKR2022006991-appb-img-000001
[수학식 2]
Figure PCTKR2022006991-appb-img-000002
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 도면에서, 각 부호는 다음을 나타낸다:
100: 웨어러블 장치
110: 제1 온도 측정 센서
115: 인체 접촉부
120: 제2 온도 측정 센서
130: 연산부
135: 온도 보정부
140: 출력부
본 발명의 일 실시예는 온도 측정 대상이 착용할 수 있는 웨어러블 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명의 웨어러블 장치는, 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 구현된다. 따라서, 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 포함하는 것일 수 있다. 또한, 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 도면이다. 또한, 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 PCTKR2022006991-appb-img-000003
[수학식 2]
Figure PCTKR2022006991-appb-img-000004
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.
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.

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 PCTKR2022006991-appb-img-000005
    [수학식 2]
    Figure PCTKR2022006991-appb-img-000006
    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 1이 적용되고, 상기 제1 온도 측정 센서가 박막 형태가 아닌 경우에는 수학식 2가 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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