KR102434698B1

KR102434698B1 - 생체 정보 검출 장치 및 방법

Info

Publication number: KR102434698B1
Application number: KR1020150095198A
Authority: KR
Inventors: 권용주; 강재민; 김선권
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2015-07-03
Filing date: 2015-07-03
Publication date: 2022-08-22
Anticipated expiration: 2035-07-03
Also published as: EP3111834A1; US20190365231A1; EP3111834B1; CN106308776A; US20170000350A1; US10420470B2; US11229363B2; KR20170004607A; CN117379046A

Abstract

생체 정보 검출 장치 및 생체 정보 검출 방법에 관해 개시되어 있다. 개시된 생체 정보 검출 장치는 서로 다른 광방사각을 갖는 적어도 두 개의 발광요소를 구비하는 생체 신호 측정부를 포함할 수 있다. 상기 적어도 두 개의 발광요소는 서로 다른 종류의 제1 및 제2 광원을 포함할 수 있다. 상기 적어도 두 개의 발광요소는 같은 종류의 제1 및 제2 광원을 포함할 수 있고, 이 경우, 상기 제1 및 제2 광원 중 어느 하나에 광방사각을 조절하기 위한 광학수단을 적용할 수 있다. 상기 생체 정보 검출 장치는 가변 광방사각을 갖는 발광유닛을 구비하는 생체 신호 측정부를 포함할 수 있다. 상기 생체 정보 검출 장치는 상기 생체 신호 측정부에서 측정된 데이터로부터 피검체의 생체 정보를 추출/분석하는 데이터 처리부를 더 포함할 수 있다.

Description

생체 정보 검출 장치 및 방법{Apparatus and method for detecting biological information}

개시된 실시예들은 생체 정보를 검출하기 위한 장치 및 시스템과 생체 정보를 검출하는 방법에 관한 것이다.

의학 발달 및 평균 수명의 연장과 함께 건강 관리에 대한 관심이 증가하고 있다. 이와 관련해서, 의료기기에 대한 관심도 높아지고 있다. 이는 병원이나 검사 기관에서 사용되는 다양한 의료기기뿐 아니라, 공공기관 등에 비치되는 중소형 의료기기나, 개인이 소장 또는 휴대할 수 있는 소형 의료기기 및 헬스케어(health care) 장치까지 그 범위가 확대되고 있다.

피검자의 생체 정보를 검출하는 방법은 크게 침습적(invasive)인 방식과 비침습적(noninvasive)인 방식으로 구분할 수 있다. 비침습적 방식은 피검자의 통증을 유발하지 않고 비교적 간단하게 생체 정보를 검출할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 비침습적 방식으로 생체 정보를 검출하는 경우, 측정의 정확도 및 정밀도를 확보하기가 용이하지 않을 수 있다.

미국 공개특허공보 제2013/0229285호: Detecting a signal quality decrease in a measurement system

피검체의 생체 정보를 용이하게 검출할 수 있는 생체 정보 검출 장치/시스템 및 생체 정보 검출 방법을 제공한다.

측정 정확도 및 신뢰도를 높일 수 있는 생체 정보 검출 장치/시스템 및 생체 정보 검출 방법을 제공한다.

본 발명의 일 측면(aspect)에 따르면, 서로 다른 크기의 광방사각(light emission angle)을 갖는 적어도 두 개의 발광요소를 포함하는 발광부 및 상기 발광부에서 발생되어 피검체에 의해 변조된 광을 검출하는 광검출부를 포함하는 생체 신호 측정부; 및 상기 생체 신호 측정부에서 측정된 데이터로부터 상기 피검체의 생체 정보를 추출/분석하는 데이터 처리부;를 포함하는 생체 정보 검출 장치가 제공된다.

상기 적어도 두 개의 발광요소는 제1 발광요소 및 제2 발광요소를 포함할 수 있고, 상기 제1 발광요소는 제1 광원을 포함할 수 있고, 상기 제2 발광요소는 상기 제1 광원과 다른 종류의 제2 광원을 포함할 수 있으며, 상기 제1 광원과 상기 제2 광원은 서로 다른 광방사각을 가질 수 있다.

상기 제1 광원과 상기 제2 광원 중 하나의 광방사각은 약 0∼90°일 수 있고, 다른 하나의 광방사각은 약 80∼180°일 수 있다.

상기 제1 광원과 상기 제2 광원 중 하나는 LD(laser diode)일 수 있고, 다른 하나는 LED(light emitting diode)일 수 있다.

상기 적어도 두 개의 발광요소는 제1 발광요소 및 제2 발광요소를 포함할 수 있고, 상기 제1 발광요소는 제1 광원을 포함할 수 있고, 상기 제2 발광요소는 상기 제1 광원과 같은 종류의 제2 광원을 포함할 수 있으며, 상기 제1 발광요소와 상기 제2 발광요소 중 어느 하나는 그에 대응하는 광원으로부터 발생된 광의 방사각을 조절하기 위한 광학요소를 더 포함할 수 있다.

상기 광학요소는 렌즈(lens), 광도파로(optical waveguide), 슬릿(slit), 오목 미러(concave mirror) 및 볼록 미러(convex mirror) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 제1 발광요소와 상기 제2 발광요소 중 하나는 상기 광학요소를 포함할 수 있고, 상기 제1 발광요소와 상기 제2 발광요소 중 다른 하나는 상기 광학요소를 포함하지 않을 수 있다.

상기 제1 발광요소는 상기 광학요소에 대응하는 제1 광학요소를 포함할 수 있고, 상기 제2 발광요소는 상기 제1 광학요소와 다른 제2 광학요소를 포함할 수 있다.

상기 적어도 두 개의 발광요소는 제1 발광요소 및 제2 발광요소를 포함할 수 있고, 상기 제1 및 제2 발광요소 중 하나의 광방사각은, 예컨대, 약 0∼90°일 수 있고, 상기 제1 및 제2 발광요소 중 다른 하나의 광방사각은, 예컨대, 약 80∼180°일 수 있다.

상기 데이터 처리부는 상기 적어도 두 개의 발광요소에 의해 측정된 복수의 검출 신호 중 신호대 잡음비(signal-to-noise ratio)(SNR)가 상대적으로 높은 신호를 선별하고, 선별된 신호를 이용해서 상기 피검체의 생체 정보를 추출/분석하도록 구성될 수 있다.

상기 적어도 두 개의 발광요소는 제1 발광요소 및 제2 발광요소를 포함할 수 있고, 상기 광검출부는 상기 제1 발광요소에 의한 광신호와 상기 제2 발광요소에 의한 광신호를 모두 수신하는 적어도 하나의 수광소자를 포함할 수 있다.

상기 적어도 두 개의 발광요소는 제1 발광요소 및 제2 발광요소를 포함할 수 있고, 상기 광검출부는 적어도 하나의 제1 수광소자와 적어도 하나의 제2 수광소자를 포함할 수 있으며, 상기 제1 수광소자는 상기 제1 발광요소에 의한 광신호를 선별적으로 수신하도록 구성될 수 있고, 상기 제2 수광소자는 상기 제2 발광요소에 의한 광신호를 선별적으로 수신하도록 구성될 수 있다.

상기 제1 발광요소는 제1 파장 범위의 광을 발생할 수 있고, 상기 제2 발광요소는 상기 제1 파장 범위와 다른 제2 파장 범위의 광을 발생할 수 있으며, 상기 제1 수광소자는 상기 제1 파장 범위에 대응하는 광신호를 수신하도록 구성될 수 있고, 상기 제2 수광소자는 상기 제2 파장 범위에 대응하는 광신호를 수신하도록 구성될 수 있다.

상기 광검출부는 복수의 수광소자를 포함할 수 있고, 상기 복수의 수광소자는 상기 발광부의 적어도 일부를 둘러싸는 형태로 배치될 수 있다.

상기 광검출부는 상기 발광부 주위에 배치된 복수의 소자영역을 포함할 수 있고, 상기 각 소자영역은 복수의 수광소자를 포함할 수 있으며, 상기 복수의 수광소자는 서로 다른 파장 대역의 광을 수신하도록 구성될 수 있다.

상기 발광부는 제1 광방사각을 갖는 복수의 제1 발광요소와 제2 광방사각을 갖는 복수의 제2 발광요소를 포함할 수 있고, 상기 복수의 제1 발광요소와 상기 복수의 제2 발광요소는 서로 섞인 형태로 2차원 어레이를 이루도록 배열될 수 있다.

상기 발광부와 이에 대응하는 상기 광검출부가 하나의 서브-유닛(sub-unit)을 구성할 수 있고, 상기 생체 신호 측정부는 상기 서브-유닛 복수 개가 반복 배치된 구조를 가질 수 있다.

상기 생체 신호 측정부는 피검체의 유효 측정면을 비접촉 방식으로 측정하도록 구성될 수 있다.

상기 생체 신호 측정부는 그 일측으로 돌출된 적어도 하나의 스페이서(spacer)를 더 포함할 수 있고, 상기 스페이서에 의해 상기 발광부 및 광검출부가 피검체의 표면으로부터 이격될 수 있다.

상기 생체 신호 측정부는 피검체의 표면 맥파(surface pulse wave) 및/또는 광용적 맥파(photoplethysmogram)(PPG)를 측정하도록 구성될 수 있다.

상기 생체 정보 검출 장치에 의해 검출되는 생체 정보는 혈압, 심박수, 혈액내 산소포화도, 혈관 탄성도, 혈류 속도 및 동맥 경화도 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

상기 생체 정보 검출 장치는 상기 생체 신호 측정부에 연결된 광원 구동부; 및 상기 생체 신호 측정부와 상기 데이터 처리부 사이에 연결된 신호 변환부;를 더 포함할 수 있다.

상기 생체 정보 검출 장치는 프로세서 유닛(processor unit)을 포함할 수 있고, 상기 프로세서 유닛(processor unit) 내에 상기 데이터 처리부 및 제어부가 구비될 수 있다.

상기 생체 정보 검출 장치의 적어도 일부는 휴대용 기기(portable device) 또는 웨어러블 기기(wearable device)의 적어도 일부를 구성할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 광원과 그의 광방사각을 제어하기 위한 광방사각 제어요소를 구비하여 가변 광방사각을 갖는 적어도 하나의 발광유닛을 포함하는 발광부와, 상기 발광부에서 발생되어 피검체에 의해 변조된 광을 검출하는 광검출부를 포함하는 생체 신호 측정부; 및 상기 생체 신호 측정부에서 측정된 데이터로부터 상기 피검체의 생체 정보를 추출/분석하는 데이터 처리부;를 포함하는 생체 정보 검출 장치가 제공된다.

상기 광방사각 제어요소는 가변 초점 렌즈(variable focusing lens)를 포함할 수 있다.

상기 광방사각 제어요소는 VCM(voice coil motor)을 이용한 AFM(auto focusing module)을 포함하거나, 전기습윤(electrowetting)을 이용한 액체 렌즈(liquid lens)를 포함하거나, 액정(liquid crystal)을 이용한 가변 초점거리 마이크로렌즈(variable focal length microlens)를 포함할 수 있다.

상기 생체 정보 검출 장치는 상기 광원과 상기 피검체 사이의 거리에 따라 상기 발광유닛의 광방사각을 제어하도록 구성될 수 있다.

상기 생체 신호 측정부는 상기 광원과 상기 피검체 사이의 거리를 측정하기 위한 거리측정센서(distance measuring sensor)를 더 포함할 수 있다.

상기 데이터 처리부는 상기 발광유닛의 광방사각을 변화시키면서 측정된 복수의 검출 신호 중 신호대 잡음비(signal-to-noise ratio)(SNR)가 상대적으로 높은 신호를 선별하도록 구성될 수 있다.

상기 발광부는 상기 발광유닛을 복수 개 포함하거나, 및/또는, 상기 발광부는 고정된 광방사각을 갖는 적어도 하나의 발광요소를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 서로 다른 광방사각을 갖는 적어도 두 개의 발광요소를 이용해서 피검체의 측정영역에 방사각이 서로 다른 복수의 입사광을 조사하는 단계; 상기 복수의 입사광에 의해 상기 측정영역에서 발생된 복수의 신호를 검출하는 단계; 및 상기 검출된 복수의 신호 중에서 신호대 잡음비(signal-to-noise ratio)(SNR)가 상대적으로 높은 신호를 선별하고, 선별된 신호를 이용해서 상기 피검체의 생체 정보를 추출/분석하는 단계;를 포함하는 생체 정보 검출 방법이 제공된다.

상기 적어도 두 개의 발광요소를 시간차를 두고 구동하여 상기 복수의 입사광을 상기 피검체의 측정영역에 시간차를 두고 조사할 수 있고, 이와 연동하여, 시간차를 두고 상기 복수의 신호를 검출할 수 있다.

상기 적어도 두 개의 발광요소를 동시에 구동하여 상기 복수의 입사광을 상기 피검체의 측정영역에 동시에 조사할 수 있고, 상기 복수의 신호는 서로 다른 복수의 수광소자를 사용해서 검출할 수 있다.

상기 적어도 두 개의 발광요소는 제1 발광요소 및 제2 발광요소를 포함할 수 있고, 상기 제1 발광요소는 제1 광원을 포함할 수 있고 상기 제2 발광요소는 상기 제1 광원과 다른 종류의 제2 광원을 포함할 수 있으며, 상기 제1 광원과 상기 제2 광원은 서로 다른 광방사각을 가질 수 있다.

상기 적어도 두 개의 발광요소는 제1 발광요소 및 제2 발광요소를 포함할 수 있고, 상기 제1 발광요소는 제1 광원을 포함할 수 있고 상기 제2 발광요소는 상기 제1 광원과 같은 종류의 제2 광원을 포함할 수 있으며, 상기 제1 발광요소와 상기 제2 발광요소 중 어느 하나는 그에 대응하는 광원으로부터 발생된 광을 집광 또는 산광하기 위한 렌즈를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 광원과 그의 광방사각을 제어하기 위한 광방사각 제어요소를 구비하여 가변 광방사각을 갖는 적어도 하나의 발광유닛을 이용해서 피검체의 측정영역에 광을 조사하는 단계; 상기 광에 의해 상기 측정영역에서 발생된 신호를 검출하는 단계; 및 상기 검출된 신호를 이용해서 상기 피검체의 생체 정보를 추출/분석하는 단계;를 포함하는 생체 정보 검출 방법이 제공된다.

상기 생체 정보 검출 방법은 상기 광원과 상기 피검체 사이의 거리를 측정하는 단계; 및 상기 측정된 거리에 따라 상기 발광유닛의 광방사각을 변화시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.

상기 발광유닛의 광방사각을 변화시키면서 복수의 광방사각에 대응하는 복수의 신호를 검출할 수 있고, 상기 검출된 복수의 신호 중에서 신호대 잡음비(signal-to-noise ratio)(SNR)가 상대적으로 높은 신호를 선별한 후, 선별된 신호를 이용해서 상기 피검체의 생체 정보를 추출/분석할 수 있다.

피검체의 생체 정보를 용이하게 검출할 수 있는 생체 정보 검출 장치/시스템 및 생체 정보 검출 방법을 구현할 수 있다. 측정 정확도 및 신뢰도를 높일 수 있는 생체 정보 검출 장치/시스템 및 생체 정보 검출 방법을 구현할 수 있다. 높은 신호대 잡음비(signal-to-noise ratio)(SNR)를 얻을 수 있는 생체 정보 검출 장치/시스템 및 생체 정보 검출 방법을 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치의 개략적인 구성을 보여주는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 생체 신호 측정부에 의해 측정된 표면 맥파 신호를 예시적으로 보여주는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 측정부에 적용될 수 있는 발광부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 신호 측정부에 적용될 수 있는 발광부를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 신호 측정부에 적용될 수 있는 발광부를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 생체 신호 측정부의 발광부가 피검체의 표면으로부터 제1 거리 만큼 떨어진 경우, 발광부로부터 피검체에 조사되는 입사광을 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 것으로, 생체 신호 측정부의 발광부가 피검체의 표면으로부터 제2 거리 만큼 떨어진 경우, 발광부로부터 피검체에 조사되는 입사광을 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 것으로, 발광요소(광원)별 높이(피검체와의 이격 거리)에 따른 검출 신호의 신호대 잡음비(signal-to-noise ratio)(SNR) 변화를 보여주는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치에 적용될 수 있는 생체 신호 측정부를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치에 적용될 수 있는 생체 신호 측정부를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치에 적용될 수 있는 생체 신호 측정부를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치에 적용될 수 있는 생체 신호 측정부의 평면 구조를 보여주는 평면도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치에 적용될 수 있는 생체 신호 측정부의 평면 구조를 보여주는 평면도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치에 적용될 수 있는 생체 신호 측정부의 평면 구조를 보여주는 평면도이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치에 적용될 수 있는 생체 신호 측정부의 평면 구조를 보여주는 평면도이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치에 적용될 수 있는 생체 신호 측정부의 평면 구조를 보여주는 평면도이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치에 적용될 수 있는 생체 신호 측정부의 평면 구조를 보여주는 평면도이다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치에 적용될 수 있는 생체 신호 측정부의 평면 구조를 보여주는 평면도이다.
도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치에 적용될 수 있는 생체 신호 측정부의 평면 구조를 보여주는 평면도이다.
도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치에 적용될 수 있는 생체 신호 측정부의 평면 구조를 보여주는 평면도이다.
도 21은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치에 적용될 수 있는 생체 신호 측정부의 평면 구조를 보여주는 평면도이다.
도 22는 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치에 적용될 수 있는 생체 신호 측정부의 평면 구조를 보여주는 평면도이다.
도 23은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치에 적용될 수 있는 생체 신호 측정부의 평면 구조를 보여주는 평면도이다.
도 24 및 도 25는 본 발명의 실시예에 따른 것으로, 생체 신호 측정부를 피검체의 손목부를 지나는 요골동맥(radial artery) 상에 위치시켜 측정을 수행하는 경우를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 26은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 신호 측정부에 적용될 수 있는 발광부를 설명하기 위한 도면이다.
도 27은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 신호 측정부에 적용될 수 있는 발광부를 설명하기 위한 도면이다.
도 28은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치에 적용될 수 있는 생체 신호 측정부를 설명하기 위한 도면이다.
도 29는 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 도 1의 생체 정보 검출 장치가 가질 수 있는 구성을 보다 구체적으로 보여주는 구성도이다.
도 30은 본 발명의 다른 실시예에 따른 것으로, 도 1의 생체 정보 검출 장치가 가질 수 있는 구성을 보다 구체적으로 보여주는 구성도이다.
도 31 내지 도 33은 도 30의 변형예를 보여주는 구성도이다.
도 34는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치를 적용할 수 있는 웨어러블 기기(wearable device)의 일례를 보여주는 도면이다.
도 35는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치를 적용할 수 있는 휴대용 기기(portable device)의 일례를 보여주는 도면이다.
도 36은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 정보 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도(flowchart)이다.
도 37은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 38은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 방법을 설명하기 그래프이다.
도 39는 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 방법을 설명하기 그래프이다.
도 40은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 신호 측정부에 적용될 수 있는 발광부의 회로구성을 예시적으로 보여주는 회로도이다.
도 41은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 42는 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치의 개략적인 구성을 보여주는 구성도이다.
도 43은 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 도 42의 발광유닛의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 44는 도 43의 광방사각 제어요소가 가질 수 있는 구조를 예시적으로 보여주는 단면도이다.
도 45는 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치에 적용될 수 있는 생체 신호 측정부의 평면 구조를 보여주는 평면도이다.
도 46은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치에 적용될 수 있는 생체 신호 측정부의 평면 구조를 보여주는 평면도이다.
도 47은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치에 적용될 수 있는 생체 신호 측정부의 평면 구조를 보여주는 평면도이다.
도 48은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치에 적용될 수 있는 생체 신호 측정부의 평면 구조를 보여주는 평면도이다.
도 49는 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치에 적용될 수 있는 생체 신호 측정부를 설명하기 위한 도면이다.
도 50은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치에 적용될 수 있는 생체 신호 측정부를 설명하기 위한 도면이다.
도 51은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치에 적용될 수 있는 생체 신호 측정부를 설명하기 위한 도면이다.
도 52는 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 도 42의 생체 정보 검출 장치가 가질 수 있는 구성을 보다 구체적으로 보여주는 구성도이다.
도 53은 본 발명의 다른 실시예에 따른 것으로, 도 42의 생체 정보 검출 장치가 가질 수 있는 구성을 보다 구체적으로 보여주는 구성도이다.
도 54는 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 55는 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 56은 본 발명의 실시예에 따라 검출된 두 개의 신호와 이들의 DC(direct current) 레벨을 보여주는 그래프이다.
도 57은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 58은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치 및 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 59는 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치 및 방법을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예들에 따른 생체 정보 검출 장치/시스템 및 생체 정보 검출 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면에 도시된 층이나 영역들의 폭 및 두께는 명세서의 명확성 및 설명의 편의성을 위해 다소 과장되어 있을 수 있다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치(1000)의 개략적인 구성을 보여주는 구성도이다. 여기서, 상기 '생체 정보'는 영문으로 'biological information' 또는 'information of a living body' 등으로 표현될 수 있다. 상기 생체 정보는 생체 정보 검출 장치(1000)의 측정 대상이 되는 피검체(사람 등 생물/동물)(OBJ)의 신체 또는 신체를 구성하는 일부 요소(성분)로부터 얻을 수 있는 생물학적/의학적 정보를 포괄할 수 있다.

도 1을 참조하면, 생체 정보 검출 장치(1000)는 피검체(OBJ)의 생체 신호를 측정하기 위한 생체 신호 측정부(M10)를 포함할 수 있다. 또한, 생체 정보 검출 장치(1000)는 생체 신호 측정부(M10)에서 측정된 데이터로부터 피검체(OBJ)의 생체 정보를 추출/분석하는 '데이터 처리부'를 포함할 수 있다. 상기 데이터 처리부는 프로세서 유닛(processor unit)(P10) 내에 구비될 수 있다. 또한, 생체 정보 검출 장치(1000)는 생체 신호 측정부(M10)와 프로세서 유닛(P10)(데이터 처리부)에 연결된 '구동 및 신호 변환부'(DS10)를 더 포함할 수 있다. 구동 및 신호 변환부(DS10)는 '광원 구동부(light source driver)' 및 '신호 변환부(signal converter)'를 포함할 수 있다.

생체 신호 측정부(M10)는 피검체(OBJ)의 측정영역에 소정의 광을 조사하기 위한 발광부(LT10)를 포함할 수 있다. 발광부(LT10)는 서로 다른 크기의 광방사각(light emission angle)을 갖는 적어도 두 개의 발광요소(LL10, LL20)를 포함할 수 있다. 예컨대, 발광부(LT10)는 제1 광방사각(θ1)을 갖는 제1 발광요소(LL10) 및 제2 광방사각(θ2)을 갖는 제2 발광요소(LL20)를 포함할 수 있다. 제1 광방사각(θ1)과 제2 광방사각(θ2)은 서로 다를 수 있다. 예컨대, 제1 광방사각(θ1)은 제2 광방사각(θ2) 보다 약 20°이상, 또는, 약 40°이상 클 수 있다. 구체적인 예로, 제1 광방사각(θ1)은 약 60∼180°정도일 수 있고, 제2 광방사각(θ2)은 약 0∼100°정도일 수 있다. 또는, 제1 광방사각(θ1)은 약 80∼180°정도일 수 있고, 제2 광방사각(θ2)은 약 0∼90°정도일 수 있다. 또는, 제1 광방사각(θ1)은 약 100∼170°정도일 수 있고, 제2 광방사각(θ2)은 약 5∼50°정도일 수 있다. 그러나 이들(θ1, θ2)의 범위는 예시적이고, 달라질 수 있다. 여기서, '광방사각'이란, 광원의 광이 소정 방향으로 조사될 때, 상기 광이 그 조사 방향에 대하여 양옆으로(주위로) 퍼지는 정도를 나타내는 각도일 수 있다. 이런 점에서, '광방사각'은 광의 발산각(divergence angle)이라고 할 수도 있다. 또한, '광방사각'은 시야각(viewing angle)이라고 할 수도 있다. 제1 발광요소(LL10)에서 피검체(OBJ)로 조사되는 광(L10)을 '제1 입사광'이라 할 수 있고, 제2 발광요소(LL20)에서 피검체(OBJ)로 조사되는 광(L20)을 '제2 입사광'이라 할 수 있다. 제1 광방사각(θ1)은 제1 입사광(L10)이 제1 발광요소(LL10)로부터 발산되는 정도를 나타내는 각도이고, 제2 광방사각(θ2)은 제2 입사광(L20)이 제2 발광요소(LL20)로부터 발산되는 정도를 나타내는 각도이다. 제1 및 제2 발광요소(LL10, LL20)의 구성에 대해서는 추후에 도 3 내지 도 5 등을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

생체 신호 측정부(M10)는 발광부(LT10)로부터 피검체(OBJ)로 조사되어 피검체(OBJ)에 의해 변조(예컨대, 반사 또는 산란)된 광(L50')을 검출하기 위한 광검출부(DT10)를 더 포함할 수 있다. 광(L50')은 변조광(modulated light) 또는 광신호(light signal)라고 할 수 있다. 광검출부(DT10)는 발광부(LT10)에 인접하게 배치될 수 있고, 적어도 하나의 '수광소자'를 포함할 수 있다. 상기 수광소자로는, 예를 들어, 포토다이오드(photodiode), 포토트랜지스터(phototransistor), 전하결합소자(charge-coupled device)(CCD) 등이 사용될 수 있다. 광검출부(DT10)와 발광부(LT10) 사이의 거리는, 예컨대, 수 mm 이내일 수 있지만, 경우에 따라서는, 약 10 mm 이상일 수도 있다.

생체 신호 측정부(M10)에 의해 측정되는 피검체(OBJ)의 생체 신호는, 예컨대, 표면 맥파(surface pulse wave)일 수 있다. 상기 표면 맥파는 혈관(blood vessel)(BV1)의 수축/이완에 따라 피검체(OBJ)의 표면(피부 표면)(S1)이 떨리는 정도에 대응하는 파형(신호)일 수 있다. 피검체(OBJ)의 표면(S1)에서 변조된 광(L50')을 검출함으로써, 표면(S1)의 떨림에 대응하는 상기 표면 맥파를 측정할 수 있다. 상기 표면 맥파는 '피부 표면 맥파'라 할 수 있다. 도 2는 생체 신호 측정부(M10)에 의해 측정된 표면 맥파 신호를 예시적으로 보여주는 그래프이다. 도 2의 그래프는 제1 및 제2 발광요소(LL10, LL20) 중에서 제1 발광요소(LL10)만 사용해서 예시적으로 측정한 결과이다. 생체 신호 측정부(M10)에 의해 측정되는 피검체(OBJ)의 생체 신호는 표면 맥파가 아닌 다른 신호일 수도 있다. 예컨대, 상기 생체 신호는 광용적 맥파(photoplethysmogram)(PPG)이거나, 다른 신호일 수도 있다. 광을 이용해서 비침습적(noninvasive)으로 측정할 수 있는 생체 신호이면 어느 것이든 측정 대상이 될 수 있다.

생체 신호 측정부(M10)에서 측정된 데이터는 프로세서 유닛(P10)으로 전달될 수 있고, 프로세서 유닛(P10)의 데이터 처리부는 상기 데이터로부터 피검체(OBJ)의 생체 정보를 추출/분석하는 기능을 수행할 수 있다. 예컨대, 도 2와 같은 표면 맥파 신호로부터 피검체(OBJ)의 수축기 혈압(systolic blood pressure), 이완기 혈압(diastolic blood pressure), 심박수, 혈액내 산소포화도, 혈관 탄성도, 혈류 속도, 동맥 경화도 등 다양한 생체 정보를 추출/분석할 수 있다. 도 2와 같은 표면 맥파 신호의 피크(peak), 중박성 노치(dicrotic notch), 단위 시간당 신호의 개수, AI(augmentation index), RWTT(reflective wave transit time), SEVR(subendocardial viability ratio), 분출 시간(ejection duration) 등 다양한 신호 파라미터들을 추출하고 이를 분석함으로써(즉, pulse wave analysis : PWA), 다양한 생체 정보들을 얻을 수 있다. 또한, 본 실시예에 따르면, 상기 데이터 처리부는 복수의 발광요소(LL10, LL20)에 의해 측정된 복수의 검출 신호 중에서 신호대 잡음비(signal-to-noise ratio)(SNR)가 상대적으로 높은 신호를 선별하고, 선별된 신호를 이용해서 피검체(OBJ)의 생체 정보를 추출/분석하도록 구성될 수 있다. 따라서, 측정 정확도 및 신뢰도를 높일 수 있다.

도 1의 발광부(LT10)를 구성하는 제1 및 제2 발광요소(LL10, LL20)는 서로 다른 광방사각을 갖는 이종의 광원을 포함할 수 있다. 그 일례가 도 3에 도시되어 있다.

도 3을 참조하면, 발광부(LT11)는 제1 발광요소(LL11) 및 제2 발광요소(LL21)를 포함할 수 있다. 제1 발광요소(LL11)는 제1 광원(LS1)을 포함할 수 있고, 제2 발광요소(LL21)는 제2 광원(LS2)을 포함할 수 있다. 제1 광원(LS1) 자체가 제1 발광요소(LL11)일 수 있고, 제2 광원(LS2) 자체가 제2 발광요소(LL21)일 수 있다. 제1 광원(LS1)과 제2 광원(LS2)은 서로 다른 종류일 수 있다. 구체적인 예로, 제1 광원(LS1)은 LED(light emitting diode)일 수 있고, 제2 광원(LS2)은 LD(laser diode)일 수 있다. 이 경우, 제1 광원(LS1)의 광방사각(θ1)은, 예컨대, 80∼180° 또는 100∼170° 또는 120∼170°정도일 수 있고, 제2 광원(LS2)의 광방사각(θ2)은, 예컨대, 0∼90° 또는 5∼50° 또는 10∼30°정도일 수 있다. 참조번호 L11 및 L21은 각각 제1 발광요소(LL11) 및 제2 발광요소(LL21)에서 발생된 광을 나타낸다.

다른 실시예에 따르면, 도 1의 발광부(LT10)를 구성하는 제1 및 제2 발광요소(LL10, LL20)는 동종의 광원을 포함할 수 있고, 이 경우, 두 발광요소(LL10, LL20) 중 어느 하나는 광방사각을 조절하기 위한 '광학요소(광학수단)'를 더 포함할 수 있다. 상기 광학요소는, 예컨대, 렌즈(lens), 광도파로(optical waveguide), 슬릿(slit), 오목 미러(concave mirror) 및 볼록 미러(convex mirror) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 광학요소로 '렌즈구조체'를 적용한 경우가 도 4에 예시적으로 도시되어 있다.

도 4를 참조하면, 발광부(LT12)는 제1 발광요소(LL12) 및 제2 발광요소(LL22)를 포함할 수 있다. 제1 발광요소(LL12)는 제1 광원(LS1-1)을 포함할 수 있고, 제2 발광요소(LL22)는 제1 광원(LS1-1)과 같은 종류의 제2 광원(LS1-2)을 포함할 수 있다. 제1 광원(LS1-1)과 제2 광원(LS1-2)은 모두 LED 이거나, LD 일 수 있다. 제1 및 제2 발광요소(LL12, LL22) 중 어느 하나, 예컨대, 제2 발광요소(LL22)는 그에 대응하는 광원(즉, 제2 광원)(LS1-2)에서 발생된 광을 집광(condensing) 또는 산광(dispersing)하기 위한 렌즈구조체(LN2)를 더 포함할 수 있다. 렌즈구조체(LN2)는 적어도 하나의 렌즈를 포함할 수 있고, 전체적으로 양(+)의 굴절력 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 제1 및 제2 발광요소(LL12, LL22) 중 다른 하나, 예컨대, 제1 발광요소(LL12)는 렌즈를 포함하지 않을 수 있다. 다시 말해, 제1 광원(LS1-1)은 렌즈 없이 사용할 수 있고, 제1 광원(LS1-1)과 동종인 제2 광원(LS1-2)은 렌즈구조체(LN2)와 함께 사용할 수 있다. 따라서, 제1 발광요소(LL12)와 제2 발광요소(LL22)는 서로 다른 광방사각(θ1, θ2)을 가질 수 있다. 여기서는, 제2 광원(LS1-2)과 렌즈구조체(LN2)가 접촉된 것으로 도시하였지만, 이들은 소정 간격으로 상호 이격될 수도 있다. 참조번호 L12 및 L22는 각각 제1 발광요소(LL12) 및 제2 발광요소(LL22)에서 발생된 광을 나타낸다.

다른 실시예에 따르면, 도 4의 제1 발광요소(LL12)에도 렌즈구조체를 구비시킬 수 있다. 그 일례가 도 5에 도시되어 있다.

도 5를 참조하면, 발광부(LT13)는 제1 발광요소(LL13)와 제2 발광요소(LL23)를 포함할 수 있다. 제1 발광요소(LL13)는 제1 광원(LS1-1')을 포함할 수 있고, 제2 발광요소(LL13)는 제1 광원(LS1-1')과 같은 종류의 제2 광원(LS1-2')을 포함할 수 있다. 제1 발광요소(LL13)는 제1 광원(LS1-1')에서 발생된 광을 집광 또는 산광하기 위한 제1 렌즈구조체(LN1')를 더 포함할 수 있고, 제2 발광요소(LL23)는 제2 광원(LS1-2')에서 발생된 광을 집광 또는 산광하기 위한 제2 렌즈구조체(LN2')를 더 포함할 수 있다. 제1 렌즈구조체(LN1')와 제2 렌즈구조체(LN2')는 서로 다른 굴절력을 가질 수 있다. 제1 렌즈구조체(LN1')와 제2 렌즈구조체(LN2')의 굴절력 부호는 서로 반대일 수 있다. 예컨대, 제1 렌즈구조체(LN1')는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있고, 제2 렌즈구조체(LN2')는 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 혹은, 제1 및 제2 렌즈구조체(LN1', LN2')가 같은 부호의 서로 다른 굴절력을 가질 수도 있다. 동종의 두 광원(LS1-1', LS1-2')을 사용하면서, 두 광원(LS1-1', LS1-2')에 서로 다른 렌즈구조체(LN1', LN2')를 적용하면, 이들로 구성된 두 발광요소(LL13, LL23)는 서로 다른 광방사각(θ1, θ2)을 가질 수 있다. 참조번호 L13 및 L23은 각각 제1 발광요소(LL13) 및 제2 발광요소(LL23)에서 발생된 광을 나타낸다.

도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 제1 발광요소(LL12)와 제2 발광요소(LL22) 중 어느 하나에만 광방사각을 조절하기 위한 광학요소(즉, LN2)를 구비시키거나, 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이, 제1 발광요소(LL13)에는 제1 광학요소(즉, LN1')를 구비시키고, 제2 발광요소(LL23)에는 상기 제1 광학요소(LN1')와 다른 제2 광학요소(즉, LN2')를 구비시킬 수 있다. 여기서, 상기 광학요소로는 렌즈구조체 이외에, 광도파로, 슬릿, 오목 미러, 볼록 미러 등을 사용할 수 있고, 이들 중 적어도 두 개를 조합하여 사용할 수도 있다. 또한, 상기 광학요소는 도 3의 제1 발광요소(LL11) 및 제2 발광요소(LL21) 중 적어도 하나에 적용할 수도 있다.

본 발명의 실시예에서는 서로 다른 광방사각을 갖는 복수의 발광요소(광원)를 이용해서 피검체의 생체 신호를 측정할 수 있다. 이 경우, 생체 신호 측정부(센서)와 피검체의 측정표면 사이의 거리와 상관없이, 최적의 조도(illumination intensity) 및 최적의 광조사 면적을 확보하는데 유리할 수 있다. 이에 대해서는 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 생체 신호 측정부의 발광부(LT10)가 피검체(OBJ)의 표면(측정표면)(S1)으로부터 제1 거리(d1) 만큼 떨어진 경우, 발광부(LT10)로부터 피검체(OBJ)에 조사되는 입사광을 보여주는 도면이다. 본 실시예는 아래의 도 7과 비교하여, 발광부(광원부)(LT10)가 측정표면(S1)으로부터 상대적으로 멀리 떨어진 경우이다.

도 6을 참조하면, 발광부(광원부)(LT10)가 측정표면(S1)으로부터 상대적으로 멀리 떨어진 경우에는, 좁은 광방사각(θ2)을 갖는, 다시 말해, 좁은 시야각(θ2)을 갖는 제2 발광요소(LL20)가 생체 신호 측정을 위한 최적의 조도 및 최적의 광조사 면적을 확보하는데 유리할 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 것으로, 생체 신호 측정부의 발광부(LT10)가 피검체(OBJ)의 표면(측정표면)(S1)으로부터 제2 거리(d2) 만큼 떨어진 경우, 발광부(LT10)로부터 피검체(OBJ)에 조사되는 입사광을 보여주는 도면이다. 본 실시예는 도 6과 비교하여, 발광부(광원부)(LT10)가 측정표면(S1)에 상대적으로 가까이 배치된 경우이다.

도 7을 참조하면, 발광부(광원부)(LT10)가 측정표면(S1)에 상대적으로 가까이 배치된 경우, 넓은 광방사각(θ1)을 갖는, 다시 말해, 넓은 시야각(θ1)을 갖는 제1 발광요소(LL10)가 생체 신호 측정을 위한 최적의 조도 및 최적의 광조사 면적을 확보하는데 유리할 수 있다.

만약, 단일 광방사각을 갖는 하나의 광원만 사용해서 측정을 수행하는 경우, 광원이 피검체의 측정표면에서 멀어지거나 가까워짐에 따라 조도와 광조사 면적이 바뀌고, 최적의 측정 조건에서 벗어나게 되어 신호대 잡음비(SNR)가 낮아지는 문제가 발생한다. 그러나, 본 발명의 실시예에서는 서로 다른 광방사각을 갖는 복수의 발광요소(광원)를 사용하는 것과 관련해서, 측정부와 피검체의 측정표면 사이의 거리와 상관없이, 최적의 조도 및 광조사 면적을 확보할 수 있고, 높은 신호대 잡음비(SNR)를 갖는 검출 신호를 얻을 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 것으로, 발광요소(광원)별 높이(피검체와의 이격 거리)에 따른 검출 신호의 신호대 잡음비(signal-to-noise ratio)(SNR) 변화를 보여주는 그래프이다. 본 실시예에서 사용된 발광부(LT10)는 제1 발광요소(LL10)로 LED를 포함하고, 제2 발광요소(LL20)로 LD를 포함한다. 이는 도 3의 발광부(LT11)에 대응될 수 있다. 이때, 상기 LED 및 LD는 모두 적외선(infrared ray)(IR ray)을 발생시키는 IR 소스이다.

도 8을 참조하면, 거리(d)가 5.5 mm인 경우, 좁은 광방사각을 갖는 제2 발광요소(LL20)에 의한 검출 신호가 상대적으로 높은 신호대 잡음비(SNR)를 갖는 것을 알 수 있다. 이는 도 6을 참조하여 설명한 경우에 대응될 수 있다. 한편, 거리(d)가 2.5 mm인 경우, 넓은 광방사각을 갖는 제1 발광요소(LL10)에 의한 검출 신호가 상대적으로 높은 신호대 잡음비(SNR)를 갖는 것을 알 수 있다. 이는 도 7에서 설명한 경우에 대응될 수 있다. 따라서, 측정부와 피검체의 측정표면 사이의 거리가 상대적으로 멀리 떨어진 경우, 즉, 거리(d)가 큰 경우, 제2 발광요소(LL20)에 의해 높은 신호대 잡음비(SNR)를 갖는 신호를 얻을 수 있고, 측정부와 피검체의 측정표면 사이의 거리가 상대적으로 가까운 경우, 즉, 거리(d)가 작은 경우, 제1 발광요소(LL10)에 의해 높은 신호대 잡음비(SNR)를 갖는 신호를 얻을 수 있다. 따라서, 측정부와 피검체의 측정표면 사이의 이격 거리와 상관없이 우수한 품질을 갖는 생체 신호가 측정될 수 있고, 결과적으로, 측정의 정확도 및 신뢰도를 크게 개선할 수 있다. 도 8 및 이와 유사한 실험 결과를 기초할 때, 거리(d)가 약 4.5 mm 이상 또는 약 4 mm 이상인 경우, 제2 발광요소(LL20)에 의한 검출 신호가 상대적으로 높은 신호대 잡음비(SNR)를 가질 수 있고, 거리(d)가 약 3.5 mm 이하 또는 약 4 mm 이하인 경우, 제1 발광요소(LL10)에 의한 검출 신호가 상대적으로 높은 신호대 잡음비(SNR)를 가질 수 있다.

한편, 도 8에서 거리(d)가 0 mm인 경우, 즉, 생체 신호 측정부와 피검체의 측정표면이 접촉된 경우, 생체 신호 측정부에 의해 측정표면(즉, 피부표면)의 떨림이 제한될 수 있고, 두 발광요소(LL10, LL20) 모두에서 신호대 잡음비(SNR)가 낮게 측정될 수 있다. 이 경우, 생체 신호 측정부가 측정표면(즉, 피부표면)에 접촉되지 않도록, 도 9에 도시된 바와 같은, 스페이서(spacer)(SP1)를 사용할 수 있다.

도 9를 참조하면, 소정의 지지부(SS1)에 생체 신호 측정부(M1)가 구비될 수 있다. 지지부(SS1)는 일종의 기판이라고 할 수 있다. 상기 기판은, 예컨대, 인쇄회로기판(printed circuit board)(PCB)이거나 그와 유사한 기판일 수 있다. 지지부(SS1)는 플렉서블(flexible)하거나 단단한(rigid) 구조를 가질 수 있다. 생체 신호 측정부(M1)는 도 1을 참조하여 설명한 생체 신호 측정부(M10)와 동일하거나 유사한 구조를 가질 수 있다. 따라서, 생체 신호 측정부(M1)는 서로 다른 광방사각을 갖는 적어도 두 개의 발광요소(LL1, LL2)를 구비한 발광부(LT1)를 포함할 수 있고, 광검출부(DT1)를 더 포함할 수 있다. 광검출부(DT1)는 적어도 하나의 수광소자를 구비할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따르면, 지지부(SS1)의 일측으로 돌출된 적어도 하나의 스페이서(spacer)(SP1)가 구비될 수 있다. 스페이서(SP1)에 의해 발광부(LT1) 및 광검출부(DT1)가 피검체(OBJ)의 측정표면(S1)으로부터 이격될 수 있다. 다시 말해, 스페이서(SP1)에 의해 발광부(LT1) 및 광검출부(DT1)와 측정표면(S1) 사이에 '최소 이격 거리'가 확보될 수 있다. 따라서, 발광부(LT1)와 광검출부(DT1)가 측정표면(S1)에 접촉되어 측정 신호의 신호대 잡음비(SNR)가 감소하는 문제가 방지될 수 있다. 본 실시예에서 생체 신호 측정부(M1)는 지지부(SS1), 발광부(LT1), 광검출부(DT1) 및 스페이서(SP1)를 모두 포함하는 것으로 여길 수도 있다.

도 9에서 스페이서(SP1)의 사용은 예시적인 것이고, 스페이서(SP1)의 형성 목적을 달성하기 위해, 다른 방법을 사용할 수도 있다. 또한, 스페이서(SP1)의 형성 위치, 구조, 개수 등은 예시적인 것이고 다양하게 변화될 수 있다. 또한, 도 9에서 발광부(LT1) 및 광검출부(DT1)가 지지부(SS1) 내에 임베드(embed)되어 있는 형태는 예시적인 것이고, 임베드(embed)되는 깊이, 위치 등은 달라질 수 있다.

도 9에서는 피검체(OBJ)의 유효 측정면을 비접촉 방식으로 측정하기 위한 방법을 예시적으로 설명하였다. 피검체(OBJ)의 표면 맥파와 같은 생체 신호를 측정하는 경우, 상기 비접촉 측정 방식이 사용될 수 있다. 그러나, 표면 맥파가 아닌 광용적 맥파(photoplethysmogram)(PPG) 신호를 검출하는 경우라면, 비접촉 측정 방식이 아닌 접촉 측정 방식을 채택할 수 있다. 이 경우, 스페이서(SP1)는 사용하지 않을 수 있고, 피검체(OBJ)의 유효 측정면에 측정부(LT1, DT1)를 접촉한 상태에서 생체 신호를 측정할 수 있다. 측정하고자 하는 생체 신호에 따라, 측정 방식은 변화될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 도 1의 광검출부(DT10)는 제1 발광요소(LL10)에 의한 광신호와 제2 발광요소(LL20)에 의한 광신호를 모두 수신할 수 있는 수광소자를 포함할 수 있다. 또는, 광검출부(DT10)는 제1 발광요소(LL10)에 의한 광신호를 선택적으로 수신하는 제1 수광소자와 제2 발광요소(LL20)에 의한 광신호를 선택적으로 수신하는 제2 수광소자를 포함할 수도 있다. 전자의 경우가 도 10에, 후자의 경우가 도 11에 예시적으로 도시되어 있다.

도 10을 참조하면, 광검출부(DT11)는 수광소자(PD11)를 포함할 수 있다. 수광소자(PD11)는 제1 발광요소(LL10)의 입사광(이하, 제1 입사광)(L10)에 의해 피검체(OBJ)에서 발생된 광신호(이하, 제1 광신호)(L10') 및 제2 발광요소(LL20)의 입사광(이하, 제2 입사광)(L20)에 의해 피검체(OBJ)에서 발생된 광신호(이하, 제2 광신호)(L20')를 모두 수신할 수 있다. 이 경우, 제1 광신호(L10')와 제2 광신호(L20')는 시간차를 두고 수광소자(PD11)에 조사될 수 있다. 제1 발광요소(LL10)와 제2 발광요소(LL20)를 시간차를 두고 구동하여 제1 입사광(L10)과 제2 입사광(L20)이 시간차를 두고 피검체(OBJ)의 표면(S1)에 조사될 수 있고, 결과적으로, 제1 광신호(L10')와 제2 광신호(L20')가 시간차를 두고 수광소자(PD11)에 의해 검출될 수 있다. 이 경우, 복수의 발광요소(LL10, LL20)에 의한 복수의 검출 신호는 '시분할 방식'으로 분할될 수 있다.

도 11을 참조하면, 광검출부(DT12)는 제1 수광소자(PD1) 및 제2 수광소자(PD2)를 포함할 수 있다. 제1 수광소자(PD1)는 제1 발광요소(LL10)의 제1 입사광(L10)에 의해 피검체(OBJ)에서 발생된 제1 광신호(L10')를 선택적으로 수신하도록 구성될 수 있다. 제2 수광소자(PD2)는 제2 발광요소(LL20)의 제2 입사광(L20)에 의해 피검체(OBJ)에서 발생된 제2 광신호(L20')를 선택적으로 수신하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 제1 입사광(L10)과 제2 입사광(L20)은 서로 다른 파장 범위를 가질 수 있다. 제1 광신호(L10')는 제1 입사광(L10)에 대응하는 파장 범위를 가질 수 있고, 제2 광신호(L20')는 제2 입사광(L20)에 대응하는 파장 범위를 가질 수 있다. 구체적인 예로, 제1 입사광(L10)과 제1 광신호(L10')는 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 적외선(IR) 영역 중 어느 하나에 대응하는 파장 영역을 가질 수 있고, 제2 입사광(L20)과 제2 광신호(L20')는 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 적외선(IR) 영역 중 다른 하나에 대응하는 파장 영역을 가질 수 있다. 제1 및 제2 수광소자(PD1, PD2) 각각은 특정 파장 대역의 빛을 필터링(filtering) 하는 수단을 포함할 수 있고, 이러한 필터링 수단을 이용해서 제1 수광소자(PD1)는 제1 광신호(L10')를 선택적으로 수신할 수 있고, 제2 수광소자(PD2)는 제2 광신호(L20')를 선택적으로 수신할 수 있다. 본 실시예에서는 복수의 발광요소(LL10, LL20)에 의한 복수의 검출 신호가 '파장 분할 방식'으로 분할된다고 할 수 있다. 이 경우, 앞서 설명한 '시분할 방식'과 달리, 제1 및 제2 발광요소(LL10, LL20)를 동시에 구동시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 발광부는 두 개 이상의 발광요소(광원)를 포함할 수 있고, 광검출부는 두 개 이상의 수광소자를 포함할 수 있다. 이하에서는, 도 12 내지 도 23을 참조하여, 생체 신호 측정부가 가질 수 있는 다양한 평면 구조(어레이 구조)를 설명한다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 생체 정보 검출 장치에 적용될 수 있는 생체 신호 측정부의 평면 구조를 보여주는 평면도이다.

도 12를 참조하면, 발광부(100A)는 제1 발광요소(10) 및 제2 발광요소(20)를 포함할 수 있다. 제1 발광요소(10) 및 제2 발광요소(20)는 각각 도 1의 제1 발광요소(LL10) 및 제2 발광요소(LL20)에 대응될 수 있다. 발광부(100A) 주위에 복수의 수광소자(200)가 구비될 수 있다. 예컨대, 발광부(100A)의 양측에 두 개의 수광소자(200)가 구비될 수 있다. 복수의 수광소자(200)가 하나의 '광검출부'를 구성한다고 볼 수 있다. 각각의 수광소자(200)는 도 10에서 설명한 수광소자(PD11)에 대응될 수 있다. 수광소자(200)로는 포토다이오드(photodiode), 포토트랜지스터(phototransistor), 전하결합소자(charge-coupled device)(CCD) 등이 사용될 수 있다. 참조번호 1은 발광부(100A)와 수광소자(200)가 구비되는 기판을 나타낸다. 기판(1)은, 예컨대, 인쇄회로기판(printed circuit board)(PCB)일 수 있지만, 그렇지 않을 수도 있다. 기판(1)은 일종의 '지지부'라고 할 수도 있다.

도 12에서는 두 개의 수광소자(200)가 발광부(100A)의 양측에 구비된 경우를 도시하였지만, 도 13에 도시된 바와 같이, 네 개의 수광소자(200)가 발광부(100A)의 상하좌우에 구비될 수도 있다. 다시 말해, 복수의 수광소자(200)가 발광부(100A)를 둘러싸는 형태로 적어도 네 지점에 배치될 수 있다.

도 12 및 도 13에서 발광부(100A)는 복수의 제1 발광요소(10)와 복수의 제2 발광요소(20)를 포함할 수도 있다. 그 일례가 도 14에 도시되어 있다. 도 14를 참조하면, 발광부(100B)는 복수의 제1 발광요소(10)와 복수의 제2 발광요소(20)가 서로 섞인 형태로 2차원 어레이를 이루도록 배열될 수 있다.

또한, 다른 실시예에 따르면, 도 12 내지 도 14의 구조에서 복수의 수광소자(200)는 발광부(100A, 100B)를 중심으로 환형(annular shape)을 이루도록 배치될 수 있다. 그 예들이 도 15 및 도 16에 도시되어 있다.

도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 신호 측정부의 평면 구조를 보여주는 평면도이다.

도 17을 참조하면, 발광부(100A)는 제1 발광요소(10) 및 제2 발광요소(20)를 포함할 수 있다. 발광부(100A) 주위에 복수의 수광소자영역(210)이 구비될 수 있다. 각각의 수광소자영역(210)은 제1 수광소자(200a) 및 제2 수광소자(200b)를 포함할 수 있다. 제1 수광소자(200a)는 제1 및 제2 발광요소(10, 20) 중 하나에 의한 광신호를 수신하는 소자일 수 있고, 제2 수광소자(200b)는 제1 및 제2 발광요소(10, 20) 중 다른 하나에 의한 광신호를 수신하는 소자일 수 있다. 제1 수광소자(200a) 및 제2 수광소자(200b)은 서로 다른 파장 대역의 광신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 제1 수광소자(200a) 및 제2 수광소자(200b)는 각각 도 11의 제1 수광소자(PD1) 및 제2 수광소자(PD2)에 대응될 수 있다. 일례로, 제1 수광소자(200a)는 적색(R) 영역의 광신호를 수신하는 소자일 수 있고, 제2 수광소자(200b)는 녹색(G) 영역의 광신호를 수신하는 소자일 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2 발광요소(10, 20) 중 하나는 적색 광원일 수 있고, 다른 하나는 녹색 광원일 수 있다. 그러나, 제1 및 제2 발광요소(10, 20) 각각의 발광 파장과 제1 및 제2 수광소자(200a, 200b) 각각의 수광 파장은 적색(R), 녹색(G) 파장에 한정되지 않고, 다양하게 변화될 수 있다.

도 17의 구조는 도 18과 같이 변형될 수 있다. 도 18을 참조하면, 발광부(100C)는 복수의 제1 발광요소(10-1, 10-2) 및 복수의 제2 발광요소(20-2, 20-2)를 포함할 수 있다. 복수의 제1 발광요소(10-1, 10-2)는 제1-1 발광요소(10-1) 및 제1-2 발광요소(10-2)를 포함할 수 있다. 제1-1 발광요소(10-1) 및 제1-2 발광요소(10-2)는 서로 다른 파장 대역의 광을 발생시킬 수 있다. 복수의 제2 발광요소(20-2, 20-2)는 제2-1 발광요소(20-1) 및 제2-2 발광요소(20-2)를 포함할 수 있다. 제2-1 발광요소(20-1) 및 제2-2 발광요소(20-2)는 서로 다른 파장 대역의 광을 발생시킬 수 있다. 발광부(100C) 주위에 복수의 수광소자영역(220)이 구비될 수 있다. 각각의 수광소자영역(220)은 제1 내지 제4 수광소자(201a∼201d)를 포함할 수 있다. 제1 내지 제4 수광소자(201a∼201d)는 서로 다른 파장 대역의 광신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 제1 내지 제4 수광소자(201a∼201d)는 각각 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 자외선(IR) 파장 영역의 광신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 이와 대응하도록, 발광요소들(10-1, 10-2, 20-2, 20-2)의 발광 파장이 정해질 수 있다.

도 17 및 도 18에서 복수의 수광소자영역(210, 220)은 발광부(100A, 100B)를 중심으로 환형을 이루도록 배치될 수 있다. 그 예들이 도 19 및 도 20에 도시되어 있다. 도 17 및 도 19에서 수광소자영역(210)의 R 및 G 영역의 배치 방식, 그리고, 도 18 및 도 20에서 수광소자영역(220)의 R, G, B 및 IR 영역의 배치 방식은 예시적인 것이고, 달라질 수 있다.

도 21은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 신호 측정부의 평면 구조를 보여주는 평면도이다.

도 21을 참조하면, 발광부(100A) 및 이를 둘러싸는 복수의 수광소자(200)가 하나의 서브-유닛(sub-unit)(SU1)을 이룰 수 있고, 복수의 서브-유닛(SU1)이 반복 배치될 수 있다. 발광부(100A)는 적어도 하나의 제1 발광요소(10) 및 적어도 하나의 제2 발광요소(20)를 포함할 수 있다. 각 서브-유닛(SU1)에서 복수의 수광소자(200)는 발광부(100A)를 중심으로 육각형 모양을 이루도록 배치될 수 있다. 인접한 두 개의 서브-유닛(SU1)은 복수의 수광소자(200) 중 일부를 공유할 수 있다. 그러나, 도 21에 도시된 서브-유닛(SU1)의 구조 및 서브-유닛(SU1)의 반복 배열 방식은 다양하게 변형될 수 있다.

도 22는 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 신호 측정부의 평면 구조를 보여주는 평면도이다.

도 22를 참조하면, 발광부(110)는 복수의 제1 발광요소(10)와 복수의 제2 발광요소(20)가 서로 섞인 형태로 적어도 한 줄을 이루도록 배열된 구조를 가질 수 있다. 제1 발광요소(10)와 제2 발광요소(20)는 소정 방향으로 교대로 배치될 수 있다. 발광부(110) 주위에 복수의 수광소자(201)가 구비될 수 있다. 복수의 수광소자(201)는 발광부(110)의 적어도 일측에 어레이를 이루도록 배치될 수 있다. 예컨대, 발광부(110)의 일측 및 타측에 각각 복수의 수광소자(201)를 구비하는 수광소자 어레이(210a, 210b)가 구비될 수 있다.

도 22의 어레이 구조는 다양하게 변화될 수 있다. 예컨대, 도 22에서는 발광부(110)의 복수의 제1 및 제2 발광요소(10, 20)가 한 줄의 어레이를 이루는 것으로 도시하였지만, 두 줄 이상의 어레이 구조를 이룰 수도 있다. 그 일례가 도 23에 도시되어 있다. 도 23을 참조하면, 발광부(120)는 복수의 제1 발광요소(10)와 복수의 제2 발광요소(20)가 서로 섞인 형태로 두 줄을 이루도록 배열된 구조를 가질 수 있다. 발광부(120) 주위에 복수의 수광소자(201)가 배열될 수 있다.

도 12 내지 도 23을 참조하여 설명한 다양한 구조의 생체 신호 측정부는 피검체의 측정영역에 다양한 방식으로 적용될 수 있다. 상기 피검체의 측정영역은, 예컨대, 인체의 특정 부위일 수 있다. 인체의 소정 부위에 생체 신호 측정부를 근접시킨 후, 생체 신호를 측정할 수 있다. 도 24 및 도 25는 생체 신호 측정부를 피검체의 손목부를 지나는 요골동맥(radial artery)(RA1) 상에 위치시켜 측정을 수행하는 경우를 예시적으로 보여준다. 도 24는 도 13에 대응하는 생체 신호 측정부를 사용하는 경우이고, 도 25는 도 22에 대응하는 생체 신호 측정부를 사용하는 경우이다. 그러나, 도 24 및 도 25에 도시된 측정 위치는 예시적인 것이고 변화될 수 있다. 예컨대, 손목부의 요골동맥(RA1)이 아닌 인체 내 혈관 밀도가 높은 부위인 손가락, 발가락, 귓불 등 다른 부위(말단 부위)에서 측정을 수행할 수도 있다.

도 12 내지 도 23을 참조하여 설명한 측정부의 다양한 평면 구조(어레이 구조)는 예시적인 것이고, 이들은 다양한 방식으로 변형될 수 있다. 부가해서, 발광소자(광원) 및 이에 대응하는 수광소자가 쌍을 이루어 하나의 측정유닛을 구성한다고 할 때, 복수의 측정유닛을 피검체의 서로 다른 영역에 위치시킬 수 있다. 이 경우, 상기 복수의 측정유닛을 이용해서 피검체의 서로 다른 영역에서 맥파 신호를 측정하면, 측정되는 맥파 신호의 시간차를 이용해서 맥파 전달 시간(pulse transit time)(PTT)을 얻을 수 있고, 이를 다양한 생체 정보 분석에 활용할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 생체 정보 검출 장치에 적용되는 생체 신호 측정부에서 제1 발광요소(제1 광원)(LL10)와 제2 발광요소(제2 광원)(LL20)는 기준면으로부터 동일한 높이(거리)에 위치하거나, 서로 다른 높이(거리)에 위치할 수도 있다. 도 26은 제1 발광요소(LL10)와 제2 발광요소(LL20)가 기준면(S10)으로부터 동일한 높이(거리)(h)에 위치하는 경우를 보여주고, 도 27은 제1 발광요소(LL10)와 제2 발광요소(LL20)가 기준면(S10)으로부터 서로 다른 높이(거리)(h1, h2)에 위치하는 경우를 보여준다.

도 28은 본 발명의 다른 실시예에 따른 것으로, 생체 정보 검출 장치에 적용될 수 있는 생체 신호 측정부의 구성을 보여주는 도면이다.

도 28을 참조하면, 생체 신호 측정부(M20)는 발광부(LT20) 및 광검출부(DT20)를 포함할 수 있다. 발광부(LT20)는 서로 다른 광방사각(시야각)을 갖는 적어도 세 개의 발광요소(LL10, LL20, LL30)를 포함할 수 있다. 제1 발광요소(LL10), 제2 발광요소(LL20) 및 제3 발광요소(LL30)는 서로 다른 광방사각을 가질 수 있다. 제1 발광요소(LL10) 및 제2 발광요소(LL20)는 각각 도 1의 제1 발광요소(LL10) 및 제2 발광요소(LL20)에 대응될 수 있다. 제3 발광요소(LL30)는 제1 및 제2 발광요소(LL10, LL20)와 다른 광방사각을 가질 수 있다. 구체적인 예로, 제1 발광요소(LL10)는 제1 LED를 포함할 수 있고, 제2 발광요소(LL20)는 제1 LD를 포함할 수 있으며, 제3 발광요소(LL30)는 제2 LED(또는 제2 LD)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제2 LED(또는 제2 LD)는 상기 제1 LED(또는 제1 LD)와 다른 광방사각을 가질 수 있다. 제1 내지 제3 발광요소(LL10, LL20, LL30) 중 적어도 하나는 도 4 및 도 5에서 설명한 바와 유사한 '광방사각을 조절하기 위한 광학수단(광학요소)'를 포함할 수도 있다. 한편, 광검출부(DT20)는 발광부(LT20) 일측에 하나만 도시하였지만, 발광부(LT20) 주위에 복수 개로 구비될 수도 있다. 본 실시예에서와 같이 광방사각(시야각)이 서로 다른 세 개 이상의 발광요소(LL10, LL20, LL30)를 사용할 경우, 측정의 정확도 및 신뢰도 향상에 더욱 유리할 수 있다.

도 29는 도 1의 생체 정보 검출 장치(1000)가 가질 수 있는 구성을 보다 구체적으로 보여주는 구성도이다.

도 29를 참조하면, 생체 정보 검출 장치(1000A)는 생체 신호 측정부(M10)를 포함할 수 있다. 생체 신호 측정부(M10)는 도 1 등을 참조하여 설명한 생체 신호 측정부(M10) 또는 그로부터 변형된 다양한 구조 중 어느 한 구조를 가질 수 있다. 생체 정보 검출 장치(1000A)는 생체 신호 측정부(M10)에 의해 측정된 데이터로부터 피검체의 생체 정보를 추출/분석하는 데이터 처리부(DP10)를 갖는 프로세서 유닛(processor unit)(P10)을 포함할 수 있다. 프로세서 유닛(P10)은 장치(1000A) 전반의 동작을 제어하기 위한 제어부(CL10)를 더 포함할 수 있다.

생체 신호 측정부(M10)에 연결된 광원 구동부(light source driver)(DD10)가 구비될 수 있다. 광원 구동부(DD10)는 발광부(LT10)의 복수의 발광요소(LL10, LL20)를 구동/제어하는 역할을 할 수 있다. 광원 구동부(DD10)는 프로세서 유닛(P10)에도 연결될 수 있다. 생체 신호 측정부(M10)와 프로세서 유닛(P10) 사이에 연결된 신호 변환부(signal converter)(SC10)가 더 구비될 수 있다. 신호 변환부(SC10)는 광원 구동부(DD10)에도 연결될 수 있다. 신호 변환부(SC10)는, 예컨대, AFE(analog front-end) 회로를 포함할 수 있다. 신호 변환부(SC10)는 측정부(M10)로부터 입력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 프로세서 유닛(P10)의 데이터 처리부(DP10)로 전송할 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 신호 변환부(SC10)는 신호 증폭기(signal amplifier), 노이즈 필터(noise filter), AD 컨버터(analog-to-digital converter) 등을 포함할 수 있다. 측정부(M10)에 의해 측정된 검출 신호는 상기 신호 증폭기에 의해 증폭된 후, 상기 노이즈 필터에 의해 노이즈가 제거되고, 상기 AD 컨버터에 의해 디지털 신호로 변환될 수 있다. 광원 구동부(DD10) 및 신호 변환부(SC10)를 합하여 하나의 '구동 및 신호 변환부'로 여길 수 있고, 이는 도 1의 구동 및 신호 변환부(DS10)에 대응될 수 있다. 광원 구동부(DD10)와 신호 변환부(SC10)는 하나의 칩(소자) 내에 함께 형성될 수도 있다.

데이터 처리부(DP10)는 복수의 발광요소(LL10, LL20)에 의해 측정된 복수의 검출 신호 중에서 신호대 잡음비(SNR)가 높고 품질이 우수한 신호를 선별하기 위한 알고리즘을 가질 수 있다. 이러한 알고리즘에 의해 높은 신호대 잡음비(SNR) 및 우수한 품질을 갖는 신호를 선별하도록 구성될 수 있다. 또한, 데이터 처리부(DP10)는 상기 선별된 신호를 이용해서(또는, 상기 복수의 검출 신호 전체를 종합적으로 이용해서) 피검체의 생체 정보를 추출/분석하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 생체 신호 측정부(M10)에 의해 측정되는 신호가 도 2와 같은 표면 맥파 신호인 경우, 표면 맥파 신호로부터 피크(peak), 중박성 노치(dicrotic notch), 단위 시간당 신호의 개수, AI(augmentation index), RWTT(reflective wave transit time), SEVR(subendocardial viability ratio), 분출 시간(ejection duration) 등 다양한 신호 파라미터들을 추출하고 이를 분석함으로써(즉, pulse wave analysis : PWA), 피검체의 수축기 혈압(systolic blood pressure), 이완기 혈압(diastolic blood pressure), 심박수, 혈액내 산소포화도, 혈관 탄성도, 혈류 속도, 동맥 경화도 등 다양한 생체 정보를 얻을 수 있다. 데이터 처리부(DP10)가 맥파 신호로부터 다양한 신호 파라미터들을 추출하는 알고리즘은 공지의 알고리즘을 이용할 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명을 생략한다.

프로세서 유닛(P10)의 제어부(CL10)는 광원 구동부(DD10), 신호 변환부(SC10), 데이터 처리부(DP10) 등의 동작을 전반적으로 제어하는 역할을 할 수 있다. 도시하지는 않았지만, 프로세서 유닛(P10)은 데이터 통신부 및/또는 메모리 등을 더 포함할 수 있다. 상기 데이터 통신부는 데이터 처리부(DP10)를 통해 얻어진 생체 정보를 외부 기기로 전송하는 역할을 할 수 있다. 또한, 상기 데이터 통신부는 외부 기기로부터 소정의 입력 신호를 수신하는 역할을 할 수도 있다. 상기 메모리는 데이터 처리부(DP10)에 의해 얻어진 정보를 저장하거나, 데이터 처리부(DP10) 및 제어부(CL10) 등을 위한 프로그램을 저장하거나, 사용자의 명령을 저장하는 역할을 할 수 있다.

도 30은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치(1000B)의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.

도 30을 참조하면, 도 29에서 설명한 바와 동일하게, 생체 신호 측정부(M10), 광원 구동부(DD10), 신호 변환부(SC10) 및 프로세서 유닛(P10)이 구비될 수 있다. 본 실시예의 장치(1000B)는 프로세서 유닛(P10)에 연결된 입력부(IN10), 출력부(OUT10), 메모리(MR10) 및 통신부(CM10)를 더 포함할 수 있다.

입력부(IN10)는 사용자가 장치(1000B)에 명령을 입력하는 수단일 수 있고, 예를 들어, 키패드(keypad), 터치스크린(touch screen), 음성 인식장치(speech recognition device), 버튼식 입력장치 등으로 구현될 수 있다. 출력부(OUT10)는 장치(1000B)에 의해 분석된 결과를 출력하는 수단으로, 예를 들어, 디스플레이 장치(display device), 음향 기기(sound system), 진동 장치(vibration device), 프린터(printer) 등으로 구현될 수 있다. 입력부(IN10)와 출력부(OUT10)를 합쳐서 '사용자 인터페이스(user interface)'라고 할 수 있다. 여기서, 사용자는 생체 정보를 측정하고자 하는 대상, 즉, 피검체일 수도 있지만, 의료 전문가 등 생체 정보 검출 장치(1000B)를 이용할 수 있는 사람으로서, 피검체보다 넓은 개념일 수 있다.

메모리(MR10)는 사용자의 명령 및/또는 분석된 결과를 저장하기 위한 수단일 수 있다. 또한, 메모리(MR10)에는 데이터 처리부(DP10), 제어부(CL10) 등을 위한 프로그램이 저장될 수도 있다. 예를 들어, 메모리(MR10)는 플래시 메모리(flash memory), 하드디스크(hard disc), 멀티미디어 카드(multimedia card)(MMC), 카드 타입의 메모리(ex, SD 또는 XD 메모리 등), RAM(random access memory), SRAM(static random access memory), ROM(read-only memory), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), PROM(programmable read-only memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 한 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.

통신부(CM10)는 분석된 결과(데이터)를 외부의 다른 기기로 전송하기 위한 장치일 수 있다. 통신부(CM10)와 통신하는 외부 기기는, 예를 들어, 분석된 생체 정보를 사용하는 의료 장비일 수 있으며, 결과물을 프린트하기 위한 프린터일 수도 있다. 이외에도, 스마트폰(휴대폰), PDA(personal digital assistant), 랩톱(laptop), PC(personal computer) 및 기타 모바일(mobile) 또는 비모바일(non-mobile) 컴퓨팅 장치일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.

통신부(CM10)는 외부 기기와 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다. 예컨대, 통신부(54)는 외부 기기와 블루투스(bluetooth) 통신, BLE(bluetooth low energy) 통신, 근거리 무선 통신(near field communication), WLAN(wireless local area network)(무선랜) 통신, 지그비(Zigbee) 통신, 적외선(infrared data association)(IrDA) 통신, WFD(Wi-Fi direct) 통신, UWB(ultra-wideband) 통신, ANT/ANT+ 통신, Wi-Fi 통신 방법을 이용하여 통신할 수 있고, 이에 제한되지 않는다.

도 30에서 출력부(OUT10)는 장치(1000B) 외부의 다른 기기에 마련될 수도 있다. 그 예가 도 31에 도시되어 있다. 도 31을 참조하면, 출력부(OUT10)는 장치(1000C) 외부의 다른 기기에 마련될 수 있고, 통신부(CM10)와 데이터 통신을 통해 데이터(생체 정보)를 전송받을 수 있다.

또한, 다른 실시예에 따르면, 도 30에서 입력부(IN10) 및 출력부(OUT10) 모두가 장치(1000B) 외부의 다른 기기에 마련될 수도 있다. 그 경우가 도 32에 도시되어 있다. 도 32를 참조하면, 입력부(IN10) 및 출력부(OUT10)는 장치(1000D) 외부의 다른 기기에 마련될 수 있고, 통신부(CM10)와 데이터 통신을 통해서 입력 정보 및 출력 정보를 주고 받을 수 있다.

또한, 다른 실시예에 따르면, 도 30에서 메모리(MR10) 및 통신부(CM10)는 프로세서 유닛(P10) 내부에 구비되거나, 경우에 따라서는, 두 요소(MR10, CM10) 중 적어도 하나는 구비되지 않을 수도 있다. 그 일례가 도 33에 도시되어 있다. 도 33을 참조하면, 장치(1000E)는 프로세서 유닛(P10)에 연결된 입력부(IN10) 및 출력부(OUT10)를 구비할 수 있다. 도시하지는 않았지만, 프로세서 유닛(P10)은 메모리 및 통신부 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 도 29 내지 도 33을 참조하여 설명한 생체 정보 검출 장치(1000A∼1000E)는 '생체 정보 검출 시스템'이라고 할 수도 있다. 또한, 도 29 내지 도 33에서 프로세서 유닛(P10)은 신호 변환부(SC10) 및/또는 광원구동부(DD10)와 무선 통신으로 연결될 수도 있다.

이상에서 설명한 생체 정보 검출 장치의 적어도 일부는 휴대용 기기(portable device) 또는 웨어러블 기기(wearable device)의 적어도 일부를 구성할 수 있다. 상기 휴대용 기기는, 예컨대, 휴대폰일 수 있고, 상기 웨어러블 기기는, 예컨대, 손목시계형 기기, 손목밴드형 기기 또는 팔찌형 기기이거나, 그 밖에, 안경형, 헤어밴드형, 반지형 등 다양한 형태를 가질 수 있다.

도 34는 본 발명의 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치를 적용할 수 있는 웨어러블 기기(wearable device)의 일례를 보여주는 도면이다. 본 실시예는 상기 웨어러블 기기가 손목시계형 기기인 경우를 보여준다.

도 34를 참조하면, 손목시계형 기기는 소자본체부(시계부)(W10) 및 밴드부(B10)를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치의 적어도 일부는 밴드부(B10)에 적용되거나, 소자본체부(W10)에 적용되거나, 밴드부(B10) 및 소자본체부(W10)에 분할되어 적용될 수 있다.

도 35는 본 발명의 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치를 적용할 수 있는 휴대용 기기의 일례를 보여주는 도면이다. 본 실시예는 상기 휴대용 기기가 휴대폰인 경우를 보여준다.

도 35의 좌측 도면은 휴대폰의 앞면을 보여주고, 우측 도면은 동일 휴대폰의 뒷면을 보여준다. 본 발명의 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치의 측정부(생체 신호 측정부)는 휴대폰의 앞면부 또는 뒷면부로 노출되도록 마련될 수 있다. 또는, 상기 측정부는 휴대폰의 측면부(상하좌우 측면부 포함)로 노출되도록 마련될 수도 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 생체 정보 검출 장치의 일부는 도 34와 같은 웨어러블 기기(손목시계형 기기)에 마련되고, 다른 일부는 도 35과 같은 휴대용 기기(휴대폰)에 마련될 수도 있다. 또한, 상기 웨어러블 기기와 상기 휴대용 기기는 상호 연동될 수 있고, 이들 사이에 데이터 통신이 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 생체 정보 검출 장치(또는 생체 정보 검출 시스템)는 도 34 및 도 35를 참조하여 설명한 바와 같은 휴대용 기기나 웨어러블 기기뿐 아니라, 병원이나 검사 기관에서 사용되는 의료기기, 공공기관 등에 비치되는 중소형 의료기기, 개인이 소장할 수 있는 소형 의료기기 및 다양한 헬스케어(health care) 장치에 적용될 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 실시예들에 따른 생채 정보 검출 방법을 설명하도록 한다.

도 36은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 정보 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도(flowchart)이다. 아래의 도 36에 대한 설명은 도 1 내지 도 35를 참조하여 설명한 생체 정보 검출 장치 및 관련 내용과 연계되어 있다. 따라서, 도 36의 방법은 도 1 내지 도 35의 설명 내용에 기초해서 이해될 수 있다.

도 36을 참조하면, 본 실시예의 생체 정보 검출 방법은 서로 다른 광방사각을 갖는 적어도 두 개의 발광요소를 이용해서 피검체의 측정영역에 방사각이 서로 다른 복수의 광(입사광)을 조사하는 단계(S100), 상기 복수의 광에 의해 상기 측정영역에서 발생된 복수의 신호를 검출하는 단계(S200) 및 상기 검출된 복수의 신호 중에서 신호대 잡음비(signal-to-noise ratio)(SNR)가 높은 신호를 선별하고 선별된 신호를 이용해서 상기 피검체의 생체 정보를 추출/분석하는 단계(S300)를 포함할 수 있다. 상기 S100 단계에서 서로 다른 광방사각을 갖는 적어도 두 개의 발광요소는, 예컨대, 도 1의 두 발광요소(LL10, LL20)에 대응될 수 있다. 상기 S200 단계의 복수의 신호 검출은, 예컨대, 도 1, 도 10 및 도 11의 광검출부(DT10, DT11, DT12)에 의해 수행될 수 있다. 상기 S300 단계의 생체 정보 추출/분석은, 예컨대, 도 1 및 도 29 등의 데이터 처리부(DP10)에 의해 수행될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 S100 단계에서, 상기 적어도 두 개의 발광요소를 시간차를 두고 구동하여 상기 복수의 광을 상기 피검체의 측정영역에 시간차를 두고 조사할 수 있다. 이와 연동하여, 상기 S200 단계에서, 시간차를 두고 상기 복수의 신호를 검출할 수 있다. 이러한 방법은 도 37의 흐름도(flowchart)와 같이 정리될 수 있다.

도 37을 참조하면, 생체 정보 검출 방법은 적어도 두 개의 발광요소를 시간차를 두고 구동하여 복수의 광(입사광)을 피검체의 측정영역에 시간차를 두고 조사하는 단계(S101), 상기 복수의 광에 의해 상기 측정영역에서 발생된 복수의 신호를 시간차를 두고 검출하는 단계(S201) 및 상기 검출된 복수의 신호 중에서 신호대 잡음비(SNR)가 높은 신호를 선별하고 선별된 신호를 이용해서 상기 피검체의 생체 정보를 추출/분석하는 단계(S301)를 포함할 수 있다.

상기 S101 단계에서 두 개의 발광요소를 사용하고 이들을 시간차를 두고 구동하는 경우, 두 발광요소(광원)의 온/오프(ON/OFF) 동작은, 예컨대, 도 38에 도시된 바와 같을 수 있다. 도 38을 참조하면, 시간의 흐름에 따라, 제1 발광요소(제1 광원)와 제2 발광요소(제2 광원)가 교대로 구동될 수 있다. 이와 같이, 상기 제1 발광요소와 상기 제2 발광요소를 교대로 구동하여, 이들로부터 발생된 복수의 광을 피검체의 측정영역에 교대로 조사하고, 그에 의해 발생된 복수의 신호를 시간차를 두고 검출할 수 있다(상기 S201 단계).

다른 실시예에 따르면, 측정 초기의 일정 시간 동안만 상기 제1 및 제2 발광요소를 교대로 시간차를 두고 구동한 후, 그에 의해 검출된 신호들에 기초해서, 높은 신호대 잡음비(SNR)를 나타내는 발광요소를 선택한 후, 선택된 발광요소만 구동시켜 측정을 진행할 수도 있다. 그 일례가 도 39에 도시되어 있다.

도 39를 참조하면, 측정 초기의 일정 시간 동안만 상기 제1 및 제2 발광요소(제1 및 제2 광원)를 교대로 시간차를 두고 구동할 수 있고, 그에 의해 검출된 신호들에 기초해서, 높은 신호대 잡음비(SNR)를 나타내는 발광요소를 선택한 후, 선택된 발광요소(여기서는, 상기 제1 발광요소)만 구동시켜 측정을 진행할 수 있다.

도 37 내지 도 39에서 설명한 바와 같이 제1 및 제2 발광요소를 교대로 구동하기 위해, 상기 제1 및 제2 발광요소와 이들에 연결된 광원 구동부를 도 40에 도시된 바와 같이 구성할 수 있다. 도 40은 도 37 내지 도 39의 생체 정보 검출 방법에 관련된 발광부(100D)의 회로구성을 예시적으로 보여주는 회로도이다.

도 40을 참조하면, 제1 발광요소(10D) 및 제2 발광요소(20D)는 모두 회로적으로 다이오드(diode)일 수 있다. 예컨대, 제1 및 제2 발광요소(10D, 20D) 중 하나는 LED(light emitting diode)일 수 있고, 다른 하나는 LD(laser diode)일 수 있다. 이 경우, 제1 발광요소(10D) 및 제2 발광요소(20D)는 광원 구동부(DD1)에 반대 방향(반대 정류 방향)으로 병렬로 연결될 수 있다. 이 경우, 광원 구동부(DD1)를 이용해서 발광부(100D)에 인가하는 전류의 방향에 따라, 제1 및 제2 발광요소(10D, 20D) 중 어느 하나가 구동될 수 있다. 상기 전류가 제1 방향(a1)으로 인가되면, 제1 발광요소(10D)가 구동될 수 있고, 상기 전류가 상기 제1 방향(a1)과 반대인 제2 방향(a2)으로 인가되면 제2 발광요소(20D)가 구동될 수 있다. 따라서, 광원 구동부(DD1)에서 발광부(100D)로 인가하는 전류의 방향을 변경함으로써, 제1 및 제2 발광요소(10D, 20D)를 교대로 구동할 수 있다. 따라서, 도 40과 같은 회로 구성은 도 37 내지 도 39의 방법을 구현하는데 적용될 수 있다. 그러나, 도 40과 같은 회로 구성은 예시적인 것에 불과하고, 이는 다양하게 변화될 수 있다. 또한, 검출 방법에 따라, 그에 적합한 소자의 회로 구성도 변화될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 36의 S100 단계에서, 상기 적어도 두 개의 발광요소를 동시에 구동하여 상기 복수의 광을 상기 피검체의 측정영역에 동시에 조사할 수 있다. 이 경우, 도 36의 S200 단계에서는, 상기 복수의 신호를 서로 다른 복수의 수광소자를 사용해서 검출할 수 있다. 이러한 방법은 도 41의 흐름도(flowchart)와 같이 정리될 수 있다.

도 41을 참조하면, 생체 정보 검출 방법은 적어도 두 개의 발광요소를 동시에 구동하여 복수의 광(입사광)을 피검체의 측정영역에 동시에 조사하는 단계(S102), 상기 복수의 광에 의해 상기 측정영역에서 발생된 복수의 신호를 서로 다른 복수의 수광소자를 이용해서 검출하는 단계(S202) 및 상기 검출된 복수의 신호 중에서 신호대 잡음비(SNR)가 높은 신호를 선별하고 선별된 신호를 이용해서 상기 피검체의 생체 정보를 추출/분석하는 단계(S302)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서 사용되는 상기 복수의 수광소자는, 예컨대, 도 11의 제1 수광소자(PD1) 및 제2 수광소자(PD2)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 복수의 수광소자는 도 17 내지 도 20을 참조하여 설명한 복수의 수광소자영역(210, 220)에 대응될 수 있다.

부가해서, 경우에 따라서는, 도 36, 도 37 및 도 41의 세 번째 단계(S300, S301, S302)에서 신호대 잡음비(SNR)가 높은 신호를 선별하는 대신에, 검출된 복수의 신호를 조합하여 피검체의 생체 정보를 추출/분석할 수도 있다.

도 42는 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치(1500)의 개략적인 구성을 보여주는 구성도이다.

도 42를 참조하면, 생체 정보 검출 장치(1500)는 피검체(OBJ)의 생체 신호를 측정하기 위한 생체 신호 측정부(M15)를 포함할 수 있다. 또한, 생체 정보 검출 장치(1500)는 생체 신호 측정부(M15)에서 측정된 데이터로부터 피검체(OBJ)의 생체 정보를 추출/분석하는 '데이터 처리부'를 갖는 프로세서 유닛(processor unit)(P15)을 포함할 수 있다. 생체 정보 검출 장치(1500)는 생체 신호 측정부(M15)와 프로세서 유닛(P15)(데이터 처리부)에 연결된 '구동 및 신호 변환부'(DS15)를 더 포함할 수 있다.

생체 신호 측정부(M15)의 발광부(LT15)는 가변 광방사각(variable light emission angle)을 갖는 발광유닛(LU15)을 포함할 수 있다. 발광유닛(LU15)의 광방사각은 최대 각도(θ1)와 최소 각도(θ2) 사이에서 변화될 수 있다. 최대 각도(θ1)는, 예컨대, 약 180°이하 또는 약 170°이하의 각도에서 정해질 수 있고, 최소 각도(θ2)는, 예컨대, 약 0°이상 또는 약 5°이상의 각도에서 정해질 수 있다. 발광유닛(LU15)에서 사용하는 광원의 종류에 따라 최대 각도(θ1)와 최소 각도(θ2)의 범위가 달라질 수 있다. 또한, 발광유닛(LU15)에서 사용하는 '광방사각 제어요소'의 구성에 따라 최대 각도(θ1)와 최소 각도(θ2)의 범위가 달라질 수 있다. 발광유닛(LU15)의 광방사각은 발광유닛(LT15)과 피검체(OBJ) 사이의 거리(d)에 따라 조절될 수 있다. 발광유닛(LU15)의 광방사각을 조절함으로써, 발광유닛(LU15)에서 피검체(OBJ)로 조사되는 입사광(L15)의 조도(illumination intensity) 및 광조사 면적으로 용이하게 제어할 수 있다. 따라서, 거리(d)와 상관없이 최적의 조도 및 최적의 광조사 면적을 용이하게 확보할 수 있다.

생체 신호 측정부(M15)는 발광부(LT15)로부터 피검체(OBJ)로 조사되어 피검체(OBJ)에 의해 변조(예컨대, 반사 또는 산란)된 광(L15')을 검출하기 위한 광검출부(DT15)를 더 포함할 수 있다. 광검출부(DT15)는 발광부(LT15)에 인접하게 배치될 수 있고, 적어도 하나의 '수광소자'를 포함할 수 있다. 상기 수광소자로는, 예를 들어, 포토다이오드(photodiode), 포토트랜지스터(phototransistor), 전하결합소자(charge-coupled device)(CCD) 등이 사용될 수 있다.

측정부(M15)에 연결되는 구동 및 신호 변환부(DS15)와 프로세서 유닛(P15) 각각의 구성 및 역할은 도 1을 참조하여 설명한 구동 및 신호 변환부(DS10)와 프로세서 유닛(P10)의 그것과 동일하거나 유사할 수 있으므로, 이들에 대한 자세한 설명은 생략한다.

본 실시예에서는 가변 광방사각을 갖는 하나의 발광유닛(LU15)을 이용해서 도 1의 서로 다른 광방사각(θ1, θ2)을 갖는 복수의 발광요소(LL10, LL20)를 통해 얻을 수 있는 효과와 유사한 효과를 얻을 수 있다.

도 42의 발광유닛(LU15)은 소정의 광원 및 그의 광방사각을 제어하기 위한 광방사각 제어요소를 포함할 수 있다. 발광유닛(LU15)이 가질 수 있는 구체적인 구성에 대해서는 도 43을 참조하여 설명한다.

도 43은 본 발명의 실시예에 따른 것으로, 도 42의 발광유닛(LU15)의 구성을 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다. 도 42를 참조하면, 발광유닛(LU15)은 광원(LS5) 및 그의 광방사각을 제어하기 위한 광방사각 제어요소(AC5)를 포함할 수 있다. 광원(LS5)은, 예컨대, LED(light emitting diode) 또는 LD(laser diode)이거나, 그 밖에 다른 발광원(발광소자)일 수 있다. 광방사각 제어요소(AC5)는, 예컨대, 가변 초점 렌즈(variable focusing lens)를 포함할 수 있다. 이 경우, 광방사각 제어요소(AC5)는 VCM(voice coil motor)을 이용한 AFM(auto focusing module)을 포함하거나, 전기습윤(electrowetting)을 이용한 액체 렌즈(liquid lens)를 포함하거나, 액정(liquid crystal)을 이용한 가변 초점거리 마이크로렌즈(variable focal length microlens)를 포함할 수 있다.

도 44는 도 43의 광방사각 제어요소(AC5)가 가질 수 있는 구체적인 구조를 예시적으로 보여주는 단면도이다. 본 실시예는 광방사각 제어요소(AC5)가 AFM(auto focusing module) 구조를 갖는 경우를 보여준다.

도 44를 참조하면, AFM 구조를 갖는 광방사각 제어요소(AC5)는 하우징 구조체(housing structure)(60) 내에 렌즈 모듈(lens module)(50)을 구비할 수 있다. 렌즈 모듈(50)은 적어도 하나의 렌즈 및 렌즈 경통(lens barrel)을 포함할 수 있다. 렌즈 모듈(50)은 렌즈 홀더(52) 내에 구비될 수 있다. 렌즈 홀더(52)는 일종의 보빈(bobbin)이라 할 수 있다. 렌즈 홀더(52) 주위를 감싸는 코일(coil)(54)이 구비될 수 있고, 코일(54)에 대향하는 자석 부재(56)가 구비될 수 있다. 렌즈 홀더(52)와 하우징 구조체(60) 사이에 스프링 부재(58)가 구비될 수 있다. 스프링 부재(58)는 렌즈 홀더(52)의 상부와 하부에 구비될 수 있다. 스프링 부재(58)는, 예컨대, 판 스프링(plate spring)일 수 있다. 코일(54)에 인가되는 전류의 방향에 따라, 렌즈 모듈(50)이 상하로 움직일 수 있다.

도 44와 같은 광방사각 제어요소(AC5)가 상하로 뒤집힌 상태로 도 43의 광원(LS5) 아래에 적용될 수 있다. 도 44에 도시된 'AFM 구조'는 예시적인 것에 불과하고, 이 구조는 다양하게 변형될 수 있다. 또한, 광방사각 제어요소(AC5)는 상기 AFM 구조가 아닌 전기습윤(electrowetting)을 이용한 액체 렌즈(liquid lens)를 포함하거나, 액정(liquid crystal)을 이용한 가변 초점거리 마이크로렌즈(variable focal length microlens)를 포함할 수 있다. 상기 액체 렌즈 및 가변 초점거리 마이크로렌즈의 구성은 잘 알려진 바와 같을 수 있으므로, 이들에 대한 자세한 설명은 생략한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 발광부는 두 개 이상의 발광유닛(광원)를 포함할 수 있고, 광검출부는 두 개 이상의 수광소자를 포함할 수 있다. 이하에서는, 도 45 내지 도 48을 참조하여, 생체 신호 측정부가 가질 수 있는 다양한 평면 구조(어레이 구조)를 설명한다.

도 45는 본 발명의 실시예에 따른 것으로, 생체 정보 검출 장치에 적용될 수 있는 생체 신호 측정부의 평면 구조를 보여주는 평면도이다.

도 45를 참조하면, 발광부(150A)는 가변 광방사각을 갖는 발광유닛(15)을 포함할 수 있다. 발광유닛(15)은 도 42의 발광유닛(LU15)에 대응될 수 있다. 발광부(150A) 주위에 복수의 수광소자(250)가 구비될 수 있다. 예컨대, 발광부(150A)의 양측에 두 개의 수광소자(250)가 구비될 수 있다. 복수의 수광소자(250)가 하나의 '광검출부'를 구성한다고 볼 수 있다. 참조번호 1은 발광부(150A)와 수광소자(250)가 구비되는 기판을 나타낸다. 기판(1)은, 예컨대, 인쇄회로기판(printed circuit board)(PCB)일 수 있지만, 그렇지 않을 수도 있다. 기판(1)은 일종의 '지지부'라고 할 수도 있다.

도 45에서는 두 개의 수광소자(250)가 발광부(150A)의 양측에 구비된 경우를 도시하였지만, 도 46에 도시된 바와 같이, 네 개의 수광소자(250)가 발광부(150A)의 상하좌우에 구비될 수도 있다. 다시 말해, 복수의 수광소자(250)가 발광부(150A)를 둘러싸는 형태로 적어도 네 지점에 배치될 수 있다.

도 45 및 도 46에서 발광부(150A)는 복수의 발광유닛(15)을 포함할 수도 있다. 또한, 복수의 수광소자(250)의 개수 및 배열 방식도 달라질 수 있다. 도 47을 참조하면, 발광부(150B)는 복수의 발광유닛(15)이 2차원 어레이를 이루도록 배열된 구조를 가질 수 있다. 또한, 복수의 수광소자(250)는 발광부(150B)를 중심으로 환형을 이루도록 배치될 수 있다.

도 48은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 신호 측정부의 평면 구조를 보여주는 평면도이다.

도 48을 참조하면, 발광부(160)는 복수의 발광유닛(15)이 적어도 한 줄을 이루도록 배열된 구조를 가질 수 있다. 발광부(160) 주위에 복수의 수광소자(251)가 구비될 수 있다. 복수의 수광소자(251)는 발광부(160)의 적어도 일측에 어레이를 이루도록 배치될 수 있다. 예컨대, 발광부(160)의 일측 및 타측에 각각 복수의 수광소자(251)를 구비하는 수광소자 어레이(260a, 260b)가 구비될 수 있다. 도 48에서는 발광부(160)의 복수의 발광유닛(15)이 한 줄을 이루는 것으로 도시하였지만, 두 줄 이상의 어레이 구조를 이룰 수도 있다.

도 45 내지 도 48을 참조하여 설명한 평면 구조(어레이 구조)는 예시적인 것이고, 이러한 구조는 도 12 내지 도 23을 참조하여 설명한 바와 같이, 혹은, 그와 유사한 구조로 다양하게 변형될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 42의 생체 신호 측정부(M15)는 발광부(LT15)에 고정된 광방사각을 갖는 적어도 하나의 발광요소를 더 포함할 수 있다. 그 예들이 도 49 및 도 50에 도시되어 있다.

도 49를 참조하면, 생체 신호 측정부(M16)는 발광부(LT16)에 가변 광방사각을 갖는 발광유닛(LU16) 및 고정된 광방사각을 갖는 발광요소(LL16)를 포함할 수 있다. 발광요소(LL16)는 도 1의 제1 발광요소(LL10) 또는 제2 발광요소(LL20)에 대응되거나 그와 유사할 수 있다. 발광유닛(LU16)은 도 42의 발광유닛(LU15)에 대응되거나 그와 유사할 수 있다. 참조번호 DT16은 광검출부를 나타낸다.

도 50을 참조하면, 생체 신호 측정부(M17)는 발광부(LT17)에 가변 광방사각을 갖는 발광유닛(LU17) 및 고정된 광방사각을 복수의 발광요소(LL17, LL27)를 포함할 수 있다. 복수의 발광요소(LL17, LL27)는 제1 발광요소(LL17) 및 제2 발광요소(LL27)를 포함할 수 있다. 제1 발광요소(LL17) 및 제2 발광요소(LL27)는 각각 도 1의 제1 발광요소(LL10) 및 제2 발광요소(LL20)에 대응되거나 이들과 유사할 수 있다. 발광유닛(LU17)은 도 42의 발광유닛(LU15)에 대응되거나 그와 유사할 수 있다. 참조번호 DT17은 광검출부를 나타낸다.

도 49 및 도 50에서와 같이 가변 광방사각을 갖는 발광유닛(LU16, LU17)과 고정된 광방사각을 갖는 적어도 하나의 발광요소(LL16, LL17, LL27)를 함께 사용하면, 발광유닛(LU16, LU17)의 광방사각을 변화시키면서 측정을 실시하고, 아울러 발광요소(LL16, LL17, LL27)를 이용해서 측정을 실시할 수 있기 때문에, 생체 신호 측정에 여러 가지 측면에서 유리할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 42의 생체 신호 측정부(M15)는 발광부(LT15)에 인접한 거리측정센서(distance measuring sensor)를 더 포함할 수 있다. 그 일례가 도 51에 도시되어 있다.

도 51을 참조하면, 생체 신호 측정부(M18)는 발광부(LU18) 및 광검출부(DT18)를 포함할 수 있고, 발광부(LU18)에 인접한 거리측정센서(DM18)를 더 포함할 수 있다. 발광부(LU18) 및 광검출부(DT18)는 도 42의 발광부(LU15) 및 광검출부(DT15)에 대응될 수 있다. 발광부(LU18)에 표시된 참조번호 LU18은 가변 광방사각을 갖는 발광유닛을 나타낸다. 거리측정센서(DM18)는 발광부(LU18)와 측정 대상이 되는 피검체(미도시) 사이의 거리(도 42의 d)를 측정하기 위한 소자일 수 있다. 거리측정센서(DM18)는 '근접센서(proximity sensor)'와 동일하거나 유사한 구성을 가질 수 있다. 거리측정센서(DM18)를 이용해서, 발광유닛(LU18) 또는 그에 포함된 광원과 상기 피검체 사이의 거리를 측정할 수 있고, 측정된 거리에 따라, 발광유닛(LU18)의 광방사각을 제어할 수 있다. 거리측정센서(DM18)의 사용은 선택적인(optional) 것일 수 있다. 도 51의 거리측정센서(DM18)는 도 49 및 도 50의 생체 신호 측정부(M16, M17)에도 적용될 수 있다.

도 52는 도 42의 생체 정보 검출 장치(1500)가 가질 수 있는 구성을 보다 구체적으로 보여주는 구성도이다.

도 52를 참조하면, 생체 정보 검출 장치(1500A)는 생체 신호 측정부(M15)를 포함할 수 있다. 생체 신호 측정부(M15)는 도 42 등을 참조하여 설명한 생체 신호 측정부(M15) 또는 그로부터 변형된 다양한 구조 중 어느 한 구조를 가질 수 있다. 생체 정보 검출 장치(1500A)는 생체 신호 측정부(M15)에 의해 측정된 데이터로부터 피검체의 생체 정보를 추출/분석하는 데이터 처리부(DP15)를 갖는 프로세서 유닛(processor unit)(P15)을 포함할 수 있다. 프로세서 유닛(P15)은 장치(1500A) 전반의 동작을 제어하기 위한 제어부(CL15)를 더 포함할 수 있다. 생체 신호 측정부(M15)에 연결된 광원 구동부(light source driver)(DD15)가 구비될 수 있다. 광원 구동부(DD15)는 프로세서 유닛(P15)에도 연결될 수 있다. 생체 신호 측정부(M15)와 프로세서 유닛(P15) 사이에 연결된 신호 변환부(SC15)가 더 구비될 수 있다. 신호 변환부(SC15)는 광원 구동부(DD15)에도 연결될 수 있다. 도시하지는 않았지만, 프로세서 유닛(P15)은 데이터 통신부 및/또는 메모리 등을 더 포함할 수 있다. 도 52의 광원 구동부(DD15), 신호 변환부(SC15), 제어부(CL15) 및 데이터 처리부(DP15)는 각각 도 29의 광원 구동부(DD10), 신호 변환부(SC10), 제어부(CL10) 및 데이터 처리부(DP10)와 유사할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 제어부(CL15)와 광원 구동부(DD15)를 이용해서 발광유닛(LU15)의 광방사각을 필요에 따라 자동 제어할 수 있다.

도 53은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치(1500B)의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.

도 53을 참조하면, 도 52에서 설명한 바와 동일하게, 생체 신호 측정부(M15), 광원 구동부(DD15), 신호 변환부(SC15) 및 프로세서 유닛(P15)이 구비될 수 있다. 본 실시예의 장치(1500B)는 프로세서 유닛(P15)에 연결된 입력부(IN15), 출력부(OUT15), 메모리(MR15) 및 통신부(CM15)를 더 포함할 수 있다. 입력부(IN15), 출력부(OUT15), 메모리(MR15) 및 통신부(CM15)는 각각 도 30에서 설명한 입력부(IN10), 출력부(OUT10), 메모리(MR10) 및 통신부(CM10)와 동일하거나 유사할 수 있다. 또한, 도 53의 구성은 도 31 내지 도 33을 참조하여 설명한 바와 유사하게 다양하게 변화될 수 있다.

도 54는 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도(flowchart)이다. 아래의 도 54에 대한 설명은 도 42 내지 도 53을 참조하여 설명한 생체 정보 검출 장치 및 관련 내용과 연계되어 있다. 따라서, 도 54의 방법은 도 42 내지 도 53의 설명 내용에 기초해서 이해될 수 있다.

도 54를 참조하면, 생체 정보 검출 방법은 가변 광방사각(시야각)을 갖는 적어도 하나의 발광유닛을 이용해서 피검체의 측정영역에 광을 조사하는 단계(S150), 상기 광에 의해 상기 측정영역에서 발생된 신호를 검출하는 단계(S250) 및 상기 검출된 신호를 이용해서 상기 피검체의 생체 정보를 추출/분석하는 단계(S350)를 포함할 수 있다. 상기 S150 단계에서 가변 광방사각(시야각)을 갖는 적어도 하나의 발광유닛은, 예컨대, 도 42의 발광유닛(LU15)에 대응될 수 있다. 상기 S250 단계의 신호 검출은, 예컨대, 도 42의 광검출부(DT15)에 의해 수행될 수 있다. 상기 S350 단계의 생체 정보 추출/분석은, 예컨대, 도 42 및 도 52 등의 데이터 처리부(DP15)에 의해 수행될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 S150 단계에서, 상기 발광유닛(광원)과 피검체 사이의 거리를 측정하고, 측정된 거리에 따라 상기 발광유닛의 광방사각을 변화시킬 수 있다. 이러한 방법은 도 55의 흐름도와 같이 정리될 수 있다.

도 55를 참조하면, 생체 정보 검출 방법은 상기 발광유닛(광원)과 피검체 사이의 거리를 측정하는 단계(S151), 상기 측정된 거리에 따라 상기 발광유닛의 광방사각을 변화시키는 단계(S251) 및 상기 변화된(제어된) 광방사각을 갖는 발광유닛을 이용해서 상기 피검체의 생체 신호를 측정하는 단계(S351)를 포함할 수 있다.

상기 S151 단계에서 상기 발광유닛(광원)과 피검체 사이의 거리를 측정하는 방법은 다양할 수 있다. 예컨대, 발광유닛(광원)과 피검체의 피부 표면 사이의 거리가 멀면, 검출 신호(ex, 맥파 신호)의 DC(direct current) 레벨이 낮아지고, 거리가 가까우면, 검출 신호(ex, 맥파 신호)의 DC 레벨이 높아지는 원리를 이용해서, DC 레벨(즉, DC 성분의 높이)을 분석함으로써 발광유닛(광원)과 피검체 사이의 거리를 산정할 수 있다. 여기서 설명한 발광유닛(광원)과 피검체 사이의 거리와 검출 신호의 DC 레벨 사이의 관계는 도 56의 그래프와 같이 나타날 수 있다.

도 56을 참조하면, A 그래프는 발광유닛(광원)과 피검체 사이의 거리가 상대적으로 먼 경우에 해당하는 검출 신호이고, B 그래프는 발광유닛(광원)과 피검체 사이의 거리가 상대적으로 가까운 경우에 해당하는 검출 신호이다. 발광유닛(광원)과 피검체 사이의 거리가 먼 경우(A 그래프), 검출 신호는 낮은 DC 레벨(DC1)을 나타낼 수 있고, 상기 거리가 가까운 경우(B 그래프), 검출 신호는 상대적으로 높은 DC 레벨(DC2)을 나타낼 수 있다. 따라서, 검출 신호의 DC 레벨을 측정/분석함으로써, 발광유닛(광원)과 피검체 사이의 거리를 산정할 수 있다. 이와 관련해서, 도 42의 프로세서 유닛(P15)의 데이터 처리부는 'DC 성분 분석부'를 더 포함할 수 있다. 이와 유사하게, 도 1의 프로세서 유닛(P10)의 데이터 처리부도 'DC 성분 분석부'를 더 포함할 수 있다. 그러나, 발광유닛(광원)과 피검체 사이의 거리를 측정하는 방법은 다양하게 변화될 수 있다. 일례로, 도 51에서와 같이, 거리측정센서(DM18)을 사용하는 경우, 거리측정센서(DM18)를 이용해서 상기 거리를 직접적으로 측정할 수 있다.

이와 같이, 발광유닛(광원)과 피검체 사이의 거리를 측정한 후, 그에 따라 상기 발광유닛(광원)의 광방사각을 적절한 값으로 조절한 후, 이를 이용해서 생체 신호를 측정하면, 최적의 조도 및 광조사 면적을 용이하게 확보할 수 있고, 결과적으로, 측정의 정확도 및 신뢰도를 크게 개선할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 57에 도시된 바와 같이, 상기 가변 광방사각을 갖는 발광유닛의 광방사각을 변화시키면서 복수의 광방사각에 대응되는 복수의 신호를 검출한 후(S152), 상기 검출된 복수의 신호 중에서 신호대 잡음비(SNR)가 높은 신호를 선별하고 선별된 신호를 이용해서 상기 피검체의 생체 정보를 추출/분석할 수 있다(S252). 이 방법의 경우, 거리 측정 단계가 배제될 수 있고, 임의로 발광유닛의 광방사각을 변화시키면서 복수의 신호를 검출한 후, 복수의 신호에서 높은 신호대 잡음비(SNR)를 갖는 신호를 선별하여 생체 정보 추출/분석에 사용할 수 있다. 경우에 따라서는, 상기 S252 단계에서 신호대 잡음비(SNR)가 높은 신호를 선별하는 대신에, 검출된 복수의 신호를 조합하여 피검체의 생체 정보를 추출/분석할 수도 있다.

부가해서, 도 1과 같은 생체 정보 검출 장치(1000)에서, 제1 광방사각(θ1)의 범위 및 제2 광방사각(θ2)의 범위를 결정하는데 다양한 인자(변수)들이 고려될 수 있다. 예를 들어, 제1 발광요소(LL10)와 광검출부(DT10) 사이의 거리, 제1 발광요소(LL10)와 피검체(OBJ) 사이의 거리, 제1 입사광(L10)의 체표면(S1)에서의 난반사 확산각, 체표면(S1)의 유효 신호 발생영역의 폭 등을 고려하여, 제1 광방사각(θ1)의 범위를 결정할 수 있다. 이와 유사하게, 제2 발광요소(LL20)와 광검출부(DT10) 사이의 거리, 제2 발광요소(LL20)와 피검체(OBJ) 사이의 거리, 제2 입사광(L20)의 체표면(S1)에서의 난반사 확산각, 체표면(S1)의 유효 신호 발생영역의 폭 등을 고려하여, 제2 광방사각(θ2)의 범위를 결정할 수 있다. 또한, 도 42와 같은 생체 정보 검출 장치(1500)에서 발광유닛(LU15)의 광방사각 범위를 결정함에 있어서, 발광유닛(LU15)과 광검출부(DT15) 사이의 거리, 발광유닛(LU15)과 피검체(OBJ) 사이의 거리, 입사광(L15)의 체표면(S1)에서의 난반사 확산각, 체표면(S1)의 유효 신호 발생영역의 폭 등 다양한 인자(변수)들을 고려할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 생체 신호 측정부를 피검체의 유효 측정영역에 근접시키거나 접촉시킨 상태에서 측정을 수행할 수도 있다. 그 예들이 도 58 및 도 59에 도시되어 있다.

도 58은 도 1 등을 참조하여 설명한 바와 같은 생체 신호 측정부(M10)를 피검체(OBJ)의 표면(S1)의 유효 측정면에 접촉시킨 상태로 측정을 수행하는 경우를 보여준다. 도 59는 도 42 등을 참조하여 설명한 바와 같은 생체 신호 측정부(M15)를 피검체(OBJ)의 표면(S1)의 유효 측정면에 접촉시킨 상태로 측정을 수행하는 경우를 보여준다.

도 58 및 도 59에 도시된 실시예는 피검체(OBJ)의 광용적 맥파(photoplethysmogram)(PPG) 신호를 검출하는 경우에 해당될 수 있다. 광용적 맥파(PPG) 신호는 피검체(OBJ)의 혈관(BV2)에 존재하는 혈액의 용적 변화에 따라, 반사 또는 산란되는 광신호가 달라지는 원리를 이용해서 측정할 수 있다. 혈액이 많을 때는 광의 반사/산란이 적고, 혈액이 적을 때는 광의 반사/산란이 많이 발생하기 때문에, 혈관(BV2)의 수축/이완에 따라 PPG 신호가 변할 수 있다.

도 58에서와 같이, 서로 다른 광방사각을 갖는 복수의 발광요소(LL10, LL20)를 사용하거나, 도 59에서와 같이, 가변 광방사각을 갖는 발광유닛(LU15)을 사용하는 경우, 광용적 맥파(PPG) 신호의 측정 정확도를 개선하는데 유리할 수 있다. 예컨대, 도 58에서 피검체(OBJ)의 피부 조직이 얇은 경우, 광방사각이 큰 제1 발광요소(LL10)를 주로 사용하고, 피부 조직이 두꺼운 경우, 광방사각이 작은 제2 발광요소(LL20)를 주로 사용하여 측정을 수행할 수 있다. 피검체(OBJ)의 피부 조직이 두꺼운 경우, 혈관(BV2)에 도달하는 광의 강도가 낮아질 수 있으므로, 광방사각이 상대적으로 작은 제2 발광요소(LL20)를 사용하는 것이 측정에 유리할 수 있다. 이와 유사하게, 도 59의 실시예에서도 피검체(OBJ)의 피부 조직의 두께에 따라, 발광유닛(LU15)의 광방사각을 조절하면, 측정 정확도를 개선하는데 유리할 수 있다. 또한, 도 58의 복수의 발광요소(LL10, LL20)를 사용하여 복수의 신호를 검출하거나, 도 59의 발광유닛(LU10)의 광방사각을 변화시키면서 복수의 신호를 검출한 후, 이들 중에서 신호대 잡음비(SNR)가 높은 신호들을 선별하여 생체 정보를 분석하거나, 상기 복수의 신호에 의한 데이터를 조합하여 생체 정보를 분석할 수 있다.

상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 구체적인 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 도 1 내지 도 59를 참조하여 설명한 생체 정보 검출 장치/시스템 및 생체 정보 검출 방법은 다양하게 변화될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 예컨대, 제1 발광요소(LL10)의 광조사 방향과 제2 발광요소(LL20)의 광조사 방향은 평행하지 않고 소정의 각도를 이룰 수 있고, 광검출부(DT10)는 발광요소(LL10, LL20)와 다른 높이에 위치할 수도 있으며, 광검출부(DT10)와 발광부(LT10) 사이의 위치 관계는 다양하게 변화될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 또한, 피검체의 소정 부위를 투과한 광을 검출하는 측정부를 이용하거나, 피검체의 표면 맥파 신호나 광용적 맥파 신호가 아닌 다른 생체 신호를 검출하는 측정부를 이용할 수도 있음을 알 수 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 *
1000 : 생체 정보 검출 장치 1500 : 생체 정보 검출 장치
LT10, LT15 : 발광부 LL10 : 제1 발광요소
LL20 : 제2 발광요소 LS1 : 제1 광원
LS2 : 제2 광원 LS1-1, LS1-1' : 제1 광원
LS1-2, LS1-2' : 제2 광원 LN1', LN2, LN2' : 렌즈구조체
LU15 : 발광유닛 LS5 : 광원
AC5 : 광방사각 제어요소 DT10, DT15 : 광검출부
M10, M15 : 생체 신호 측정부 DS10, DS15 : 구동 및 신호 변환부
P10, P15 : 프로세서 유닛 DD10, DD15 : 광원 구동부
SC10, SC15 : 신호 변환부 CL10, CL15 : 제어부
DP10, DP15 : 데이터 처리부 IN10, IN15 : 입력부
OUT10, OUT15 : 출력부 MR10, MR15 : 메모리
CM10, CM15 : 통신부 OBJ : 피검체
BV1, BV2 : 혈관 S1 : 표면
SP1 : 스페이서 PD1, PD2, PD11 : 수광소자
DM18 : 거리측정센서 DC1, DC2 : DC 레벨

Claims

서로 다른 크기의 광방사각(light emission angle)을 갖는 적어도 두 개의 발광요소를 포함하는 발광부 및 상기 발광부에서 발생되어 피검체에 의해 변조된 광을 검출하는 광검출부를 포함하는 생체 신호 측정부; 및
상기 생체 신호 측정부에서 측정된 데이터로부터 상기 피검체의 생체 정보를 추출 및 분석하는 데이터 처리부;를 포함하되,
상기 생체 신호 측정부는, 그 일측으로 돌출된 적어도 하나의 스페이서(spacer)를 더 포함하고, 상기 피검체의 표면을 비접촉 방식으로 측정하도록 구성되며,
상기 스페이서에 의해 상기 발광부 및 상기 광검출부가 상기 피검체의 상기 표면으로부터 이격되는 생체 정보 검출 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 적어도 두 개의 발광요소는 제1 발광요소 및 제2 발광요소를 포함하고,
상기 제1 발광요소는 제1 광원을 포함하고,
상기 제2 발광요소는 상기 제1 광원과 다른 종류의 제2 광원을 포함하며,
상기 제1 광원과 상기 제2 광원은 서로 다른 광방사각을 갖는 생체 정보 검출 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제1 광원과 상기 제2 광원 중 하나의 광방사각은 0∼90°이고, 다른 하나의 광방사각은 80∼180°인 생체 정보 검출 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 제1 광원과 상기 제2 광원 중 하나는 LD(laser diode)이고, 다른 하나는 LED(light emitting diode)인 생체 정보 검출 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 적어도 두 개의 발광요소는 제1 발광요소 및 제2 발광요소를 포함하고,
상기 제1 발광요소는 제1 광원을 포함하고,
상기 제2 발광요소는 상기 제1 광원과 같은 종류의 제2 광원을 포함하며,
상기 제1 발광요소와 상기 제2 발광요소 중 어느 하나는 그에 대응하는 광원으로부터 발생된 광의 방사각을 조절하기 위한 광학요소를 더 포함하는 생체 정보 검출 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 광학요소는 렌즈(lens), 광도파로(optical waveguide), 슬릿(slit), 오목 미러(concave mirror) 및 볼록 미러(convex mirror) 중 적어도 하나를 포함하는 생체 정보 검출 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 제1 발광요소와 상기 제2 발광요소 중 하나는 상기 광학요소를 포함하고, 상기 제1 발광요소와 상기 제2 발광요소 중 다른 하나는 상기 광학요소를 포함하지 않는 생체 정보 검출 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 제1 발광요소는 상기 광학요소에 대응하는 제1 광학요소를 포함하고,
상기 제2 발광요소는 상기 제1 광학요소와 다른 제2 광학요소를 포함하는 생체 정보 검출 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 적어도 두 개의 발광요소는 제1 발광요소 및 제2 발광요소를 포함하고,
상기 제1 및 제2 발광요소 중 하나의 광방사각은 0∼90°이고,
상기 제1 및 제2 발광요소 중 다른 하나의 광방사각은 80∼180°인 생체 정보 검출 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 데이터 처리부는 상기 적어도 두 개의 발광요소에 의해 측정된 복수의 검출 신호 중 신호대 잡음비(signal-to-noise ratio)(SNR)가 상대적으로 높은 신호를 선별하고, 선별된 신호를 이용해서 상기 피검체의 생체 정보를 추출 및 분석하도록 구성된 생체 정보 검출 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 적어도 두 개의 발광요소는 제1 발광요소 및 제2 발광요소를 포함하고,
상기 광검출부는 상기 제1 발광요소에 의한 광신호와 상기 제2 발광요소에 의한 광신호를 모두 수신하는 적어도 하나의 수광소자를 포함하는 생체 정보 검출 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 적어도 두 개의 발광요소는 제1 발광요소 및 제2 발광요소를 포함하고,
상기 광검출부는 적어도 하나의 제1 수광소자와 적어도 하나의 제2 수광소자를 포함하며,
상기 제1 수광소자는 상기 제1 발광요소에 의한 광신호를 선별적으로 수신하도록 구성되고, 상기 제2 수광소자는 상기 제2 발광요소에 의한 광신호를 선별적으로 수신하도록 구성된 생체 정보 검출 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 제1 발광요소는 제1 파장 범위의 광을 발생하고, 상기 제2 발광요소는 상기 제1 파장 범위와 다른 제2 파장 범위의 광을 발생하며,
상기 제1 수광소자는 상기 제1 파장 범위에 대응하는 광신호를 수신하도록 구성되고, 상기 제2 수광소자는 상기 제2 파장 범위에 대응하는 광신호를 수신하도록 구성된 생체 정보 검출 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 광검출부는 복수의 수광소자를 포함하고,
상기 복수의 수광소자는 상기 발광부의 적어도 일부를 둘러싸는 형태로 배치되는 생체 정보 검출 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 광검출부는 상기 발광부 주위에 배치된 복수의 소자영역을 포함하고,
상기 각 소자영역은 복수의 수광소자를 포함하며, 상기 복수의 수광소자는 서로 다른 파장 대역의 광을 수신하도록 구성된 생체 정보 검출 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 발광부는 제1 광방사각을 갖는 복수의 제1 발광요소와 제2 광방사각을 갖는 복수의 제2 발광요소를 포함하고,
상기 복수의 제1 발광요소와 상기 복수의 제2 발광요소는 서로 섞인 형태로 2차원 어레이를 이루도록 배열된 생체 정보 검출 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 발광부와 이에 대응하는 상기 광검출부가 하나의 서브-유닛(sub-unit)을 구성하고,
상기 생체 신호 측정부는 상기 서브-유닛 복수 개가 반복 배치된 구조를 갖는 생체 정보 검출 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 생체 신호 측정부는 피검체의 유효 측정면을 비접촉 방식으로 측정하도록 구성된 생체 정보 검출 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 생체 신호 측정부는 그 일측으로 돌출된 적어도 하나의 스페이서(spacer)를 더 포함하고, 상기 스페이서에 의해 상기 발광부 및 광검출부가 피검체의 표면으로부터 이격되는 생체 정보 검출 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 생체 신호 측정부는 피검체의 표면 맥파(surface pulse wave) 및 광용적 맥파(photoplethysmogram)(PPG) 중 적어도 하나를 측정하도록 구성된 생체 정보 검출 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 생체 정보 검출 장치에 의해 검출되는 생체 정보는 혈압, 심박수, 혈액내 산소포화도, 혈관 탄성도, 혈류 속도 및 동맥 경화도 중 적어도 어느 하나를 포함하는 생체 정보 검출 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 생체 신호 측정부에 연결된 광원 구동부; 및
상기 생체 신호 측정부와 상기 데이터 처리부 사이에 연결된 신호 변환부;를 더 포함하는 생체 정보 검출 장치.
제 1 항 또는 제 22 항에 있어서,
상기 생체 정보 검출 장치는 프로세서 유닛(processor unit)을 포함하고,
상기 프로세서 유닛(processor unit) 내에 상기 데이터 처리부 및 제어부가 구비된 생체 정보 검출 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 생체 정보 검출 장치의 적어도 일부는 휴대용 기기(portable device) 또는 웨어러블 기기(wearable device)의 적어도 일부를 구성하는 생체 정보 검출 장치.
광원과 그의 광방사각을 제어하기 위한 광방사각 제어요소를 구비하여 가변 광방사각을 갖는 적어도 하나의 발광유닛을 포함하는 발광부와, 상기 발광부에서 발생되어 피검체에 의해 변조된 광을 검출하는 광검출부를 포함하는 생체 신호 측정부; 및
상기 생체 신호 측정부에서 측정된 데이터로부터 상기 피검체의 생체 정보를 추출 및 분석하는 데이터 처리부;를 포함하되,
상기 생체 신호 측정부는 상기 광원과 상기 피검체의 표면 사이의 거리를 측정하기 위한 거리측정센서(distance measuring sensor)를 더 포함하고,
상기 광방사각 제어요소는 상기 광원과 상기 피검체의 상기 표면 사이의 거리에 따라 상기 발광유닛의 광방사각을 제어하도록 구성되는 생체 정보 검출 장치.
제 25 항에 있어서,
상기 광방사각 제어요소는 가변 초점 렌즈(variable focusing lens)를 포함하는 생체 정보 검출 장치.
제 26 항에 있어서, 상기 광방사각 제어요소는,
VCM(voice coil motor)을 이용한 AFM(auto focusing module)을 포함하거나,
전기습윤(electrowetting)을 이용한 액체 렌즈(liquid lens)를 포함하거나,
액정(liquid crystal)을 이용한 가변 초점거리 마이크로렌즈(variable focal length microlens)를 포함하는 생체 정보 검출 장치.
제 25 항에 있어서,
상기 생체 정보 검출 장치는 상기 광원과 상기 피검체 사이의 거리에 따라 상기 발광유닛의 광방사각을 제어하도록 구성된 생체 정보 검출 장치.
제 25 항에 있어서,
상기 생체 신호 측정부는 상기 광원과 상기 피검체 사이의 거리를 측정하기 위한 거리측정센서(distance measuring sensor)를 더 포함하는 생체 정보 검출 장치.
제 25 항에 있어서,
상기 데이터 처리부는 상기 발광유닛의 광방사각을 변화시키면서 측정된 복수의 검출 신호 중 신호대 잡음비(signal-to-noise ratio)(SNR)가 상대적으로 높은 신호를 선별하도록 구성된 생체 정보 검출 장치.
제 25 항에 있어서,
상기 광검출부는 복수의 수광소자를 포함하고,
상기 복수의 수광소자는 상기 발광부의 적어도 일부를 둘러싸는 형태로 배치되는 생체 정보 검출 장치.
제 25 항에 있어서,
상기 발광부는 상기 발광유닛을 복수 개 포함하거나,
상기 발광부는 고정된 광방사각을 갖는 적어도 하나의 발광요소를 더 포함하는 생체 정보 검출 장치.
제 25 항에 있어서,
상기 생체 신호 측정부는 피검체의 표면 맥파(surface pulse wave) 및 광용적 맥파(photoplethysmogram)(PPG) 중 적어도 하나를 측정하도록 구성된 생체 정보 검출 장치.
제 25 항에 있어서,
상기 생체 정보 검출 장치에 의해 검출되는 생체 정보는 혈압, 심박수, 혈액내 산소포화도, 혈관 탄성도, 혈류 속도 및 동맥 경화도 중 적어도 어느 하나를 포함하는 생체 정보 검출 장치.
서로 다른 광방사각을 갖는 적어도 두 개의 발광요소를 이용해서 피검체의 측정영역에 방사각이 서로 다른 복수의 입사광을 조사하는 단계;
광검출부를 이용해서 상기 복수의 입사광에 의해 상기 측정영역에서 발생된 복수의 신호를 검출하는 단계; 및
상기 검출된 복수의 신호 중에서 신호대 잡음비(signal-to-noise ratio)(SNR)가 상대적으로 높은 신호를 선별하고, 선별된 신호를 이용해서 상기 피검체의 생체 정보를 추출 및 분석하는 단계;를 포함하되,
상기 서로 다른 복수의 입사광을 조사하는 단계 및 상기 복수의 신호를 검출하는 단계는, 상기 적어도 두 개의 발광 요소 및 상기 광검출부와 상기 피검체의 표면 사이에 배치되는 스페이서를 이용하여, 상기 적어도 두 개의 발광 요소 및 상기 광검출부가 상기 피검체의 상기 표면으로부터 이격된 상태로 수행되는 생체 정보 검출 방법.
제 35 항에 있어서,
상기 적어도 두 개의 발광요소를 시간차를 두고 구동하여 상기 복수의 입사광을 상기 피검체의 측정영역에 시간차를 두고 조사하고, 이와 연동하여, 시간차를 두고 상기 복수의 신호를 검출하는 생체 정보 검출 방법.
제 35 항에 있어서,
상기 적어도 두 개의 발광요소를 동시에 구동하여 상기 복수의 입사광을 상기 피검체의 측정영역에 동시에 조사하고, 상기 복수의 신호는 서로 다른 복수의 수광소자를 사용해서 검출하는 생체 정보 검출 방법.
제 35 항에 있어서,
상기 적어도 두 개의 발광요소는 제1 발광요소 및 제2 발광요소를 포함하고,
상기 제1 발광요소는 제1 광원을 포함하고 상기 제2 발광요소는 상기 제1 광원과 다른 종류의 제2 광원을 포함하며,
상기 제1 광원과 상기 제2 광원은 서로 다른 광방사각을 갖는 생체 정보 검출 방법.
제 35 항에 있어서,
상기 적어도 두 개의 발광요소는 제1 발광요소 및 제2 발광요소를 포함하고,
상기 제1 발광요소는 제1 광원을 포함하고 상기 제2 발광요소는 상기 제1 광원과 같은 종류의 제2 광원을 포함하며,
상기 제1 발광요소와 상기 제2 발광요소 중 어느 하나는 그에 대응하는 광원으로부터 발생된 광을 집광 또는 산광하기 위한 렌즈를 더 포함하는 생체 정보 검출 방법.
광원과 그의 광방사각을 제어하기 위한 광방사각 제어요소를 구비하여 가변 광방사각을 갖는 적어도 하나의 발광유닛을 이용해서 피검체의 측정영역에 광을 조사하는 단계;
상기 광에 의해 상기 측정영역에서 발생된 신호를 검출하는 단계; 및
상기 검출된 신호를 이용해서 상기 피검체의 생체 정보를 추출 및 분석하는 단계;를 포함하되,
상기 피검체의 측정영역에 광을 조사하는 단계는:
거리측정센서(distance measuring sensor)를 이용하여 상기 광원과 상기 피검체의 표면 사이의 거리를 측정하는 것; 및
상기 광방사각 제어요소를 이용하여 상기 광원과 상기 피검체의 상기 표면 사이의 거리에 따라 상기 발광유닛의 광방사각을 제어하는 것;을 포함하는 생체 정보 검출 방법.
제 40 항에 있어서,
상기 광원과 상기 피검체 사이의 거리를 측정하는 단계; 및
상기 측정된 거리에 따라 상기 발광유닛의 광방사각을 변화시키는 단계;를 더 포함하는 생체 정보 검출 방법.
제 40 항에 있어서,
상기 발광유닛의 광방사각을 변화시키면서 복수의 광방사각에 대응하는 복수의 신호를 검출하고,
상기 검출된 복수의 신호 중에서 신호대 잡음비(signal-to-noise ratio)(SNR)가 상대적으로 높은 신호를 선별한 후, 선별된 신호를 이용해서 상기 피검체의 생체 정보를 추출 및 분석하는 생체 정보 검출 방법.
제 40 항에 있어서,
상기 광방사각 제어요소는 가변 초점 렌즈(variable focusing lens)를 포함하는 생체 정보 검출 방법.