KR102223689B1

KR102223689B1 - 생체 정보 측정 장치

Info

Publication number: KR102223689B1
Application number: KR1020130158169A
Authority: KR
Inventors: 윤형길; 조인아; 진원혁
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2021-03-05
Also published as: KR20150071304A

Abstract

본 발명은 피부에 들어갔다 나오는 빛을 수광하여 심박을 측정하는 심박센서부, 착용자의 걸음수를 계수하여 출력하는 가속도센서부, 측정된 심박과 걸음수를 표시하는 디스플레이부 및 심박센서부, 가속도센서부 및 디스플레이부를 전기적으로 연결하고 손목에 착용가능한 연결부를 포함하는 생체 정보 측정 장치에 관한 것으로, 점광원이 아닌 선광원을 사용하여 손목에 완전 밀착되지 않는 경우에도 심박을 정확하게 측정할 수 있고, 4개의 수광부를 이용하여 수광효율을 개선한 심박센서부를 포함한다.

Description

생체 정보 측정 장치{APPARATUS FOR MEASURING BIO-INFORMATION}

본 발명은 생체 정보 측정 장치에 관한 것이다.

종래 착용형 활동량계는 두 가지로 대별될 수 있다. 첫째는 밴드 형태의 실리콘 또는 고무 등과 같은 탄성이 있는 재질로 이루어진 밴드 형태의 제품이고, 둘째는 손목 시계 형태의 제품이다. 전자는 손목에 밀착되지 않아 가속도 센서를 구비한 계보기(PEDOMETER) 기능만을 구비하고 있고, 후자는 계보기 기능 외에도, 광학식 심박 센서를 구비하여 심박 정보와 같은 착용자의 건강 정보를 제공하고 있다.

한편 광학식 심박 센서는 생체조직의 광학적 특성을 이용하여 혈관에 흐르는 혈류를 측정함으로써 심박활동 상태를 추정한다. 구체적으로 광용적맥파는 빛을 이용하여 혈관의 용적 변화시 나타나는 생체조직의 빛 반사율， 흡수율， 투과율 등의 광특성을 관찰하며 이 변화를 통해 심박을 측정한다. 이 방법은 비침습적 방법으로 생체신호 측정이 가능하여 널리 사용되고 있으며 측정장치의 소형화，사용편의성 등의 장점을 갖고 있어 착용형(WEARABLE) 생명신호 감지 센서 개발에 용이하다.

광학식 심박 센서는 광원과 수광부를 구비하여 광원으로부터 피부에 빛이 입사하고 입사된 빛으로부터 반사된 빛을 수광부가 수집하여 수집된 빛의 양의 변화로부터 심박수를 검출할 수 있다.

그러나, 종래 광학식 심박 센서의 경우 수광소자인 포토다이오드(PD:PHOTO-DIODE)가 1개이고, 광원은 점광원의 형태를 하고 있어, 피부에 반드시 밀착되어야만 정확한 심박을 측정할 수 있었다. 따라서 손목 시계 형태의 제품에만 적용이 가능하고, 상대적으로 손목에 밀착되지 않는 밴드 형태의 제품에는 적용하기 어려운 문제가 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로 생체 정보 측정 장치에 관한 것이다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 생체 정보 측정 장치는 피부에 들어갔다 나오는 빛을 수광하여 심박을 측정하는 심박센서부, 착용자의 걸음수를 계수하여 출력하는 가속도센서부, 측정된 상기 심박과 걸음수를 표시하는 디스플레이부 및 상기 심박센서부, 가속도센서부 및 디스플레이부를 전기적으로 연결하고 손목에 착용가능한 연결부를 포함한다.

본 발명의 일실시 예에 따른 상기 심박센서부는 선광원을 방출하는 광원부, 상기 광원부로부터 방출된 광으로부터 피부에 들어갔다 나오는 빛을 수광하는 수광부 및 상기 수광부가 수광한 빛의 양으로부터 심박을 검출하는 제어부를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일실시 예에 따른 상기 광원부는 점광원의 광을 방출하는 발광다이오드, 방출된 빛을 특정 방향으로 진행시키고, 특정 곡률 반지름을 갖는 곡면 도파관, 상기 방출된 빛을 굴절시켜 특정방향으로 빛을 방출하는 복수의 V자 패턴 및 상기 도파관에서 외부로 방출되는 빛을 도파관 내부로 반사시키는 반사판을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일실시 예에 따른 상기 발광다이오드는 연두색(Yellowish-Green) 광원을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일실시 예에 따른 상기 수광부는 상기 광원부의 길이방향을 기준으로 좌측 상부에 배치된 제1 수광부, 상기 광원부의 길이방향을 기준으로 우측 상부에 배치된 제2 수광부, 상기 광원부의 길이방향을 기준으로 좌측 하부에 배치된 제3 수광부 및 상기 광원부의 길이방향을 기준으로 우측 하부에 배치된 제4 수광부를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일실시 예에 따른 상기 수광부는 상기 광원부로부터 방출된 광으로부터 피부에 들어갔다 나오는 빛을 수광하는 수광소자 및 상기 수광소자를 감싸고 피부접촉면으로 갈수록 입구가 넓어지는 수광하우징을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일실시 예에 따른 상기 복수의 V자 패턴은 상기 발광다이오드로부터 멀어질수록 배치간격이 좁아지는 것이 바람직하다.

본 발명의 일실시 예에 따른 상기 연결부는 탄성을 갖는 재질의 손목밴드형 연결부인 것이 바람직하다.

본 발명의 일실시 예에 따른 상기 연결부는 손목에 밀착될 수 있는 손목 시계형 연결부인 것이 바람직하다.

상기와 같은 본 발명은 점광원이 아닌 선광원을 사용하여 손목에 완전 밀착되지 않는 경우에도 심박을 정확하게 측정할 수 있다는 효과가 있다.

또한 본 발명은 4개의 수광부를 이용하여 수광효율이 더 개선되는 효과가 있다.

또한 본 발명은 손목밴드형 연결부 및 손목시계형 연결부 모두에 적용가능하다는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 생체 정보 측정 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 심박센서부(100)의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 심박센서부(100)의 광원부(110)와 제1 내지 제4 수광부(120, 130, 140, 150)의 배치를 간략하게 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명의 광원부(110)의 구조를 간략하게 나타낸 것이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 광원부(110)의 구조를 나타낸 사시도 및 저면도이다.
도 7은 본 발명의 심박센서부(100)의 광원부(110) 및 제1 내지 제4 수광부(120, 130, 140, 150)의 구조를 나타낸 평면도이다.
도 8은 본 발명의 제1 내지 제4 수광부(120, 130, 140, 150)의 구조를 나타낸 측면도이다.
도 9는 본 발명의 생체 신호 측정 장치의 심박센서부(100)가 피부에 밀착된 모습을 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체 정보 측정 장치의 대략적인 구조를 나타낸 것이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시 예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 생체 정보 측정 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 1에 따르면 본 발명의 생체 정보 측정 장치는 심박센서부(100), 가속도센서부(200), 연결부(300) 및 디스플레이부(400)를 포함할 수 있다.

심박센서부(100)는 광학식 심박 센서를 구비하고, 착용자의 심박을 측정하여 디스플레이부(400)에 표시할 수 있다. 심박센서부(100)는 광원으로부터 피부로 들어갔다 되돌아 오는 빛이 피부 조직 및 혈액 중 헤모글로빈과 같은 혈액의 색소체에 의한 광흡수 정도가 시간에 따라 심박동에 의해 변화하는 원리를 이용한 것으로 심박센서부(100)의 수광부는 되돌아 오는 빛을 수광하고 이를 전기적 신호로 변환하여 심박을 검출할 수 있다.

가속도센서부(200)는 본 발명의 생체 정보 측정 장치의 가속도를 측정하여 계보 기능을 제공할 수 있다. 가속도센서부(200)는 종래 계보기 또는 만보계에 사용되는 가속도센서를 구비하고, 생체 정보 측정 장치의 착용자의 움직임에 따른 가속도를 측정하고 이를 걸음 수로 변환하여 디스플레이부(400)에 표시할 수 있다.

연결부(300)는 심박센서부(100), 가속도센서부(200) 및 디스플레이부(400)를 연결하는 부분으로 본 발명의 생체 정보 측정 장치의 연결부(300)는 손목에 착용이 가능한 형태인 것이 바람직하다. 연결부(300)는 실리콘이나 고무 등과 같이 탄성을 갖는 재질의 밴드형 연결부로 구성될 수 있고, 손목 시계처럼 손목에 밀착되도록 착용 가능한 손목 시계형 연결부로 구성될 수도 있다.

디스플레이부(400)는 심박센서부(100)에 의해 측정된 심박 정보를 표시할 수 있다. 또한 디스플레이부(400)는 가속도센서부(200)로부터 측정된 계보 정보를 디스플레이에 표시할 수 있다.

도 2는 본 발명의 심박센서부(100)의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 2에 따르면, 본 발명의 심박센서부(100)는 광원부(110), 제1 수광부(120), 제2 수광부(130), 제3 수광부(140), 제4 수광부(150) 및 제어부(160)을 포함할 수 있다.

광원부(110)는 빛을 방출한다. 특히 본 발명의 광원부(110)는 선광원을 방출하기 위해 광도광판를 이용할 수 있다. 선광원을 이용하면 점광원을 이용할 때보다 더 넓은 피부 영역에 조사하여 본 발명의 생체 정보 측정 장치가 손목에 완전히 밀착되지 않는 경우에도 충분한 양의 광을 손목 부위에 입사시킬 수 있다.

광원부(110)의 구조에 대해서는 도 3 내지 도 6에서 상세히 설명한다.

제1 내지 제4 수광부(120, 130, 140, 150)는 광원부(110)의 길이 방향을 기준으로 좌우 및 상하 대칭으로 배치될 수 있고, 광원부(110)로부터 방출된 광이 피부로 들어갔다 나오는 빛을 수광할 수 있다.

제1 내지 제4 수광부(120, 130, 140, 150)의 배치는 광원부(110)의 길이와 넓이에 따라서 달라질 수 있다.

제1 내지 제4 수광부(120, 130, 140, 150)는 광을 수광하는 제1 내지 제4 수광소자(121, 131, 141, 151)를 포함하며, 제1 내지 제4 수광소자(121, 131, 141, 151)는 포토다이오드(PD:PHOTO DIODE)인 것이 바람직하다. 제1 내지 제4 수광부(120, 130, 140, 150)는 수광한 광을 전기적 신호로 변환하여 제어부로 전송할 수 있다.

제어부(160)는 광원부(110)로부터 방출된 빛의 양을 조사하고, 제1 내지 제4 수광부(120, 130, 140, 150)에서 수광한 광을 전기적 신호로 수신할 수 있다.

도 3은 본 발명의 심박센서부(100)의 광원부(110)와 제1 내지 제4 수광부(120, 130, 140, 150)의 배치를 간략하게 나타낸 개념도이다.

도 3에 따르면 본 발명의 광원부(110)는 곡면을 갖는 선광원의 형태일 수 있다. 곡면을 갖는 선광원을 이용하면 손목과 같이 곡면을 갖는 측정부에 밀착될 수 있다.

제1 수광부(120)는 광원부(110)의 길이방향을 세로방향으로 했을 때, 좌측 상부에 배치되고, 제2 수광부(130)는 우측 상부, 제3 수광부(140)는 좌측 하부 그리고 제4 수광부(150)는 우측 하부에 배치될 수 있다.

도 4는 본 발명의 광원부(110)의 구조를 간략하게 나타낸 것이다.

도 4에 따르면, 광원부(110)는 곡면을 갖는 선광원의 형태인 것이 바람직하나, 도 4에서는 설명에 용이하도록 곡면이 없는 선광원의 형태로 나타낸 것이다.

광원부(110)는 발광다이오드(111), 곡면 도광판(112), 복수의 V자 패턴(113) 및 반사판(114)을 포함할 수 있다.

발광다이오드(111)는 광원으로 점광원 형태의 빛을 광원부(110)의 길이 방향으로 방출할 수 있다. 발광다이오드(111)는 도 4에서는 한쪽 끝에 1개가 배치되어 있으나, 양쪽 끝에 1개씩 총 2개가 배치될 수 있다.

발광다이오드(111)의 광원 파장에는 주로 적색 혹은 적외선 영역을 사용하나 피부 조직의 광학적 특징을 감안할 때 연두색(Yellowish-Green)의 광원을 사용하는 것이 바람직하다.

곡면 도광판(112)는 심박센서부(100)가 손목에 접촉될 때 요골동맥에 밀착될 수 있도록 곡률반경이 20mm 정도인 것이 바람직하고, 도광판을 플렉서블(Flexible)한 재질로 구성할 수도 있다.

복수의 V자 패턴(113)은 발광다이오드(111)에서 멀어질수록 간격이 좁아지도록 배치될 수 있다. 이는 광원에서 멀어질수록 도달하는 빛의 양이 감소하기 때문에, 최대한 많고 균일한 광을 굴절시켜 방출되도록 하기 위함이다.

반사판(114)은 곡면 도광판(112)에서 빛이 방출되는 방향을 제외한 모든 면에 배치되고, 빛을 고광판 내부로 반사시켜 손실되는 빛이 최소화 한다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 광원부(110)의 구조를 나타낸 사시도 및 저면도이다.

도 5 및 도 6에 따르면, 본 발명의 광원부(110)는 곡면을 갖는 선광원의 형태이나, 도 5 및 도 6에서는 설명에 용이하도록 곡면이 없는 구조로 나타낸 것이다.

복수의 V자 패턴(113)은 발광다이오드(111)로부터 멀어질수록 그 배치 간격이 좁아지게 배치될 수 있다.

또한 빛이 방출되는 방향을 제외한 모든 면에 반사판(114)이 배치되어 새어나가는 빛의 양을 최소화할 수 있다.

도 7은 본 발명의 심박센서부(100)의 광원부(110) 및 제1 내지 제4 수광부(120, 130, 140, 150)의 구조를 나타낸 평면도이다.

도 7에 따르면, 제1 내지 제4 수광부(120, 130, 140, 150)는 광원부(110)의 길이방향을 기준으로 상하 좌우에 각각 대칭되도록 배치될 수 있다.

제1 수광부(120)는 광원부(110)의 발광다이오드(111)를 위쪽에 배치했을 때, 좌측 상부에 배치될 수 있고, 제2 수광부(130)는 우측 상부에, 제3 수광부(140)는 좌측 하부에 그리고 제4 수광부(150)는 우측 하부에 배치될 수 있다.

각각의 제1 내지 제4 수광부(120, 130, 140, 150)는 제1 내지 제4 수광소자(121, 131, 141, 151)와 수광하우징(170)의 결합형태일 수 있다.

제1 내지 제4 수광소자(121, 131, 141, 151)는 광원부에서 방출된 빛이 피부에 들어갔다가 나온 빛을 수광하며, 포토다이오드로 구성될 수 있다.

수광하우징(170)은 내부가 비어있고 반사도가 높은 물질로 표면 처리가 되어 있으며, 제1 내지 제4 수광소자(121, 131, 141, 151)를 감싸는 형태로 구성될 수 있다. 수광하우징 없이 수광소자를 피부에 표면에 바로 배치하는 경우 피부에 들어갔다 나오는 빛의 수광효율이 떨어질 수 있어서 최대한 많은 빛을 집광하기 위해 수광하우징(170)이 사용될 수 있다. 수광하우징의 내부에 피부로부터 일정거리가 떨어진 곳에 수광소자가 위치할 수 있다.

수광하우징(170)은 사각뿔대에서 밑면이 없는 구조로 되어 있을 수 있다.

도 8은 본 발명의 제1 내지 제4 수광부(120, 130, 140, 150)의 구조를 나타낸 측면도이다.

도 8에 따르면, 제1 내지 제4 수광부(120, 130, 140, 150)는 각각 제1 내지 제4 수광소자(121, 131, 141, 151)와 수광하우징(170)을 포함할 수 있다.

수광하우징(170)은 수광소자가 피부에 직접 접촉하지 않도록 하기 위하여 내부가 비어있고, 제1 내지 제4 수광소자(121, 131, 141, 151)를 감싸는 형태이며, 피부에 들어갔다가 나오는 빛을 집광한다.

수광하우징(170)은 도 8에 따르면, 밑면이 비어있는 사각뿔대 형태로 제1 내지 제4 수광부(120, 130, 140, 150)를 윗면에 포함하고, 속이 비어있는 형태일 수 있으나 한정되는 것이 아니라, 집광하고 피부에 밀착될 수 있는 구조라면, 반구, 원뿔대, 정육면체 또는 직육면체 형태에서 밑면을 뺀 구조일 수도 있다.

도 9는 본 발명의 생체 신호 측정 장치의 심박센서부(100)가 피부에 밀착된 모습을 나타낸 것이다.

도 9에 따르면, 심박센서부(100)의 광원부(110)는 발광다이오드(111) 와 곡면 도광판(112)를 포함할 수 있다.

광원부(110)는 손목부위에 밀착될 수 있도록, 곡률반지름을 갖는 곡면 도광판(112)이 중앙에 배치되고, 발광다이오드가 위에 오도록 하는 길이 방향을 기준으로 상하 좌우에 각각 대칭되도록 제1 내지 제4 수광부(120, 130, 140, 150)이 배치된다. 각각의 수광부는 제1 내지 제4 수광소자(121, 131, 141, 151)와 밑면이 없는 사각뿔대 형태의 수광하우징(170)을 포함할 수 있다.

심박센서부(100)는 피부에 완전히 밀착되는 것이 바람직하지만, 완전 밀착되는 경우 착용감이 불편할 수 있어 본 발명의 생체 정보 측정 장치의 연결부(300)는 탄성을 갖는 고무나 실리콘 재질의 밴드형 연결부로 구성될 수 있다. 밴드형 연결부는 밴드와 밀착부위간 공간이 생길 수 있으나, 본 발명의 심박센서부(100)는 선광원과 4개의 수광소자를 이용하여 충분한 양의 광을 방출하고 수광하여 정확한 심박측정이 가능하다.

도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체 정보 측정 장치의 대략적인 구조를 나타낸 것이다.

도 10에 따르면 본 발명의 생체 정보 측정 장치는 심박센서부(100), 연결부(300) 및 디스플레이부(400)를 포함할 수 있다.

도 1에서 설명한 바에 따르면, 이 외에도 가속도 센서부(200)도 포함할 수 있고, 또한 그 외의 다양한 생체 정보 측정 모듈을 포함할 수도 있다.

또한 본 발명의 생체 정보 측정 장치의 연결부(300)는 생체 정보 측정 장치에 사용되는 각 모듈을 교체할 수 있도록 설계될 수도 있다.

도 10에서의 연결부(300)는 밴드형 연결부로 도시되어 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 손목시계형 연결부로도 구성이 가능하고, 그 외의 손목에 착용할 수 있는 형태라면 그 제한이 없다.

디스플레이부(400)는 심박센서부(100)에서 측정한 심박신호 외에도 다양한 생체 정보를 표시할 수 있다.

예컨대 온도센서모듈(미도시)을 장착하는 경우에는 체온을 측정하여 디스플레이부(400)에 표시할 수도 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시 예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

100 : 심박센서부
110 : 광원부
111 : 발광다이오드
112 : 곡면 도광판
113 : V자 패턴
114 : 반사판
120 : 제1 수광부
121 : 제1 수광소자
130 : 제2 수광부
131 : 제2 수광소자
140 : 제3 수광부
141 : 제3 수광소자
150 : 제4 수광부
151 : 제4 수광소자
160 : 제어부
170 : 수광하우징
200 : 가속도센서부
300 : 연결부
400 : 디스플레이부

Claims

피부에 들어갔다 나오는 빛을 수광하여 심박을 측정하는 심박센서부;
착용자의 걸음수를 계수하여 출력하는 가속도센서부;
측정된 상기 심박과 걸음수를 표시하는 디스플레이부; 및
상기 심박센서부, 가속도센서부 및 디스플레이부를 전기적으로 연결하고 손목에 착용가능한 연결부를 포함하고,
상기 심박센서부는,
선광원을 방출하는 광원부;
상기 광원부로부터 방출되어 피부에 들어갔다 나오는 빛을 수광하는 수광부; 및
상기 수광부가 수광한 빛의 양으로부터 심박을 검출하는 제어부를 포함하고,
상기 수광부는,
상기 광원부의 길이방향을 기준으로 좌측 상부에 배치된 제1 수광부;
상기 광원부의 길이방향을 기준으로 우측 상부에 배치된 제2 수광부;
상기 광원부의 길이방향을 기준으로 좌측 하부에 배치된 제3 수광부;및
상기 광원부의 길이방향을 기준으로 우측 하부에 배치된 제4 수광부를 포함하는 생체 정보 측정 장치.
삭제
제1항에 있어서, 상기 광원부는,
점광원의 광을 방출하는 발광다이오드;
방출된 빛을 특정 방향으로 진행시키고, 특정 곡률 반지름을 갖는 곡면 도파관;
상기 방출된 빛을 굴절시켜 특정방향으로 빛을 방출하는 복수의 V자 패턴;및
상기 도파관에서 외부로 방출되는 빛을 도파관 내부로 반사시키는 반사판을 포함하는 생체 정보 측정 장치.
제3항에 있어서, 상기 발광다이오드는 연두색 광원을 사용하는 생체 정보 측정 장치.
제3항에 있어서, 상기 발광다이오드는,
상기 곡면 도파관 양 끝단에 형성되는 두 개 이상의 발광다이오드를 포함하는 생체 정보 측정 장치.
제1항에 있어서, 상기 수광부는,
상기 광원부로부터 방출된 광으로부터 피부에 들어갔다 나오는 빛을 수광하는 수광소자;및
상기 수광소자를 감싸고 피부접촉면으로 갈수록 입구가 넓어지는 수광하우징을 포함하는 생체 정보 측정 장치.
제3항에 있어서, 상기 복수의 V자 패턴은,
상기 발광다이오드로부터 멀어질수록 배치간격이 좁아지는 생체 정보 측정 장치.
제1항에 있어서, 상기 연결부는,
탄성을 갖는 재질의 손목밴드형 연결부인 생체 정보 측정 장치.
제1항에 있어서, 상기 연결부는,
손목에 밀착될 수 있는 손목 시계형 연결부인 생체 정보 측정 장치.