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KR20220075759A - 분석물의 성분 추정 장치 및 방법 - Google Patents

분석물의 성분 추정 장치 및 방법 Download PDF

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KR20220075759A
KR20220075759A KR1020200164184A KR20200164184A KR20220075759A KR 20220075759 A KR20220075759 A KR 20220075759A KR 1020200164184 A KR1020200164184 A KR 1020200164184A KR 20200164184 A KR20200164184 A KR 20200164184A KR 20220075759 A KR20220075759 A KR 20220075759A
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KR
South Korea
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driving condition
analyte
estimating
initial
spectrum
Prior art date
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Pending
Application number
KR1020200164184A
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English (en)
Inventor
엄근선
김상규
김윤재
문현석
박진영
안성모
정명훈
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to US17/185,432 priority patent/US11883166B2/en
Priority to CN202110246091.7A priority patent/CN114577740A/zh
Priority to EP21184561.5A priority patent/EP4005476A1/en
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Abstract

비침습적으로 분석물의 성분을 추정하는 장치가 개시된다. 일 실시예에 따르면, 성분 추정 장치는 분석물로부터 스펙트럼을 측정하는 센서부, 초기 구동 조건에 따라 센서부를 구동하여 분석 물질로부터 초기 수광량이 획득되면, 획득된 초기 수광량 및, 초기 구동 조건을 기초로 최적 구동 조건을 결정하고, 결정된 최적 구동 조건에 따라 센서부를 구동하여 분석물로부터 스펙트럼이 측정되면, 측정된 스펙트럼을 기초로 분석물의 성분을 추정하는 프로세서를 포함할 수 있다.

Description

분석물의 성분 추정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ESTIMATING COMPONENT OF ANALYTE}
동적 범위(dynamic range) 기반 분석물의 성분을 추정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
활성 산소는 백혈구의 살균 작용과 같은 생물학적 보호 인자로서 중요하나, 생체 내의 활성 산소의 과도한 생성은 다양한 조직 질병을 일으킨다고 알려져 있다. 활성 산소를 발생시키는 통상의 인자는 스트레스, 알코올, 과산화물, 약물 등이 있고, 이러한 인자에 의해 발생되는 활성 산소는 뇌신경 질환, 순환기 질환, 암, 소화관 질환, 간 질환, 동맥경화, 신장 질환, 당뇨병 및 노화 등의 원인이 된다. 생체는 산소 독성으로부터 스스로를 보호하기 위해 일련의 산화 보호 시스템을 갖는다. 이러한 시스템을 정상적으로 작동시키기 위해서는 항산화 성분을 충분히 섭취하는 것이 중요하다. 항산화 성분은 비타민 E, 비타민 C, 카로티노이드(carotenoid), 플라보노이드(flavonoid) 등이 있으며, 항산화 작용을 위해 이러한 항산화 성분을 함유하는 식품을 가능한 많이 섭취하여야 하고, 이에 따라 신체 내의 항산화 성분의 양을 쉽게 확인할 수 있는 장치의 필요성이 대두되고 있다.
분광기 구동 조건의 가변을 통해 분석물의 성분 추정을 위해 필요한 해상도를 확보할 수 있는 성분 추정 장치 및 방법이 제시된다.
일 양상에 따르면, 분석물의 성분 추정 장치는 분석물에 광을 조사하는 광원부와 분석물로부터 반사된 광의 스펙트럼을 측정하는 검출부를 포함하는 센서부 및, 초기 구동 조건에 따라 센서부를 구동하여 상기 분석 물질로부터 초기 수광량이 획득되면, 획득된 초기 수광량 및 상기 초기 구동 조건을 기초로 최적 구동 조건을 결정하고, 결정된 최적 구동 조건에 따라 센서부를 구동하여 상기 분석물로부터 스펙트럼이 측정되면, 측정된 스펙트럼을 기초로 분석물의 성분을 추정하는 프로세서를 포함할 수 있다.
센서부의 구동 조건은 입사광 크기, 게인(gain), 노출 시간(exposure time) 및 조리개 크기(aperture size) 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
초기 구동 조건은 소정 반사율을 갖는 표준 샘플로부터 미리 설정된 최적 수광량이 검출되도록 설정될 수 있다.
소정 반사율은 분석물의 평균 반사율 및 최대 반사율 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
프로세서는 미리 설정된 최적 수광량 대비 상기 검출된 초기 수광량의 비와, 상기 초기 구동 조건을 기초로 최적 구동 조건을 결정할 수 있다.
프로세서는 결정된 최적 구동 조건이 제1 임계치 미만이면 상기 최적 구동 조건을 제1 임계치로 변경할 수 있다.
프로세서는 결정된 최적 구동 조건이 제2 임계치를 초과하면 최적 구동 조건을 제2 임계치로 변경할 수 있다.
프로세서는 결정된 최적 구동 조건이 제2 임계치를 초과하면 상기 초기 조건 중의 광원의 전류를 증가시킨 다음 센서부를 구동하여 초기 수광량을 획득하는 과정을 반복 수행할 수 있다.
또한, 분석물의 성분 추정 장치는 분석물과 센서부 사이에 작용하는 힘/압력을 측정하는 힘/압력 센서를 더 포함하고, 프로세서는 측정된 힘/압력이 소정 임계치 이상이 되면, 상기 센서부를 구동할 수 있다.
프로세서는 측정된 힘/압력을 기초로 분석물과 센서부 사이에 작용하는 힘/압력의 변화를 사용자에게 가이드할 수 있다.
프로세서는 측정된 스펙트럼과 기준 스펙트럼을 기초로 분석물의 흡수 스펙트럼을 획득할 수 있다.
프로세서는 초기 구동 조건 및 최적 구동 조건을 기초로, 소정 반사율을 갖는 표준 샘플을 사용하여 측정된 샘플 스펙트럼을 정규화하여 기준 스펙트럼을 획득할 수 있다.
프로세서는 샘플 스펙트럼의 반사광량에 상기 최적 구동 조건 중의 노출 시간과 상기 초기 구동 조건 중의 노출 시간의 비를 곱하여 상기 스펙트럼을 정규화할 수 있다.
프로세서는 미리 설정된 룩업 테이블을 참조하여 상기 최적 구동 조건에 해당하는 기준 스펙트럼을 획득할 수 있다.
프로세서는 미리 설정된 추정 모델을 이용하여, 상기 획득된 흡수 스펙트럼을 기초로 분석물의 성분을 추정할 수 있다.
상기 분석물의 성분은 피부 카로티노이드(skin carotenoid), 혈중 카로티노이드(blood carotenoid), 글루코스(glucose), 요소(urea), 젖산(lactate), 중성지방(triglyceride), 총단백질(total protein), 콜레스테롤(cholesterol) 및 에탄올(ethanol) 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 양상에 따르면, 분석물의 성분 추정 방법은 미리 설정된 초기 구동 조건에 따라 센서부를 구동하는 단계, 초기 구동 조건에 따라 분석물로부터 초기 수광량을 검출하는 단계, 검출된 초기 수광량 및 상기 초기 구동 조건을 기초로 최적 구동 조건을 결정하는 단계, 결정된 최적 구동 조건에 따라 센서부를 구동하여 분석물로부터 스펙트럼을 측정하는 단계 및, 측정된 스펙트럼을 기초로 분석물의 성분을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
초기 구동 조건은 소정 반사율을 갖는 표준 샘플로부터 미리 설정된 최적 수광량이 검출되도록 설정될 수 있다.
최적 구동 조건을 결정하는 단계는 미리 설정된 최적 수광량 대비 상기 검출된 초기 수광량의 비와, 초기 구동 조건을 기초로 최적 구동 조건을 결정할 수 있다.
최적 구동 조건을 결정하는 단계는 결정된 최적 구동 조건이 제1 임계치 미만이면 상기 최적 구동 조건을 제1 임계치로 변경할 수 있다.
최적 구동 조건을 결정하는 단계는 결정된 최적 구동 조건이 제2 임계치를 초과하면 상기 최적 구동 조건을 제2 임계치로 변경할 수 있다.
최적 구동 조건을 결정하는 단계는 결정된 최적 구동 조건이 제2 임계치를 초과하면 상기 초기 구동 조건 중의 광원 전류를 증가시킨 다음 센서부를 구동하여 초기 수광량을 획득하는 과정을 반복 수행할 수 있다.
또한, 분석물의 성분 추정 방법은 분석물과 센서부 사이에 작용하는 힘/압력을 측정하는 단계를 더 포함하고, 초기 구동 조건에 따라 센서부를 구동하는 단계는 측정된 힘/압력이 소정 임계치 이상이 되면, 센서부를 구동할 수 있다.
분석물의 성분을 추정하는 단계는 기준 스펙트럼을 획득하는 단계, 측정된 스펙트럼과 기준 스펙트럼을 기초로 분석물의 흡수 스펙트럼을 획득하는 단계 및, 흡수 스펙트럼을 기초로 분석물의 성분을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
기준 스펙트럼을 획득하는 단계는 초기 구동 조건 및 최적 구동 조건을 기초로, 소정 반사율을 갖는 표준 샘플을 사용하여 측정한 샘플 스펙트럼을 정규화하여 상기 기준 스펙트럼을 획득할 수 있다.
기준 스펙트럼을 획득하는 단계는 미리 설정된 룩업 테이블을 참조하여 상기 최적 구동 조건에 해당하는 기준 스펙트럼을 획득할 수 있다.
흡수 스펙트럼을 기초로 성분을 추정하는 단계는 미리 설정된 추정 모델을 이용하여, 상기 획득된 흡수 스펙트럼을 기초로 분석물의 성분을 추정할 수 있다.
전자 장치에 있어서, 본체, 본체에 배치된 메모리 및, 본체에 배치되며 상기 메모리에 전기적으로 연결된 프로세서를 포함하고, 프로세서는 항산화 지수 추정 요청이 수신되면 메모리에 저장된 초기 구동 조건에 따라 센서 장치를 구동하고, 사용자의 피부로부터 초기 수광량이 획득되면 획득된 초기 수광량을 기초로 센서 장치의 구동 조건 중의 광 노출 시간 및 광원 전류 중의 적어도 하나를 조절하며, 조절된 구동 조건에 따라 센서 장치를 구동하여 사용자의 피부로부터 스펙트럼이 획득되면 획득된 스펙트럼을 기초로 항산화 지수를 추정할 수 있다.
전자 장치는 스마트 워치, 스마트 밴드, 스마트 안경, 스마트 이어폰, 스마트 링, 스마트 패치, 스마트 목걸이, 스마트폰, 가전 기기 및 IoT(Internet of Things) 기기 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
프로세서는 소정 반사율을 갖는 표준 샘플로부터 미리 설정된 최적 수광량이 검출되도록 센서의 초기 구동 조건을 설정할 수 있다.
프로세서는 미리 설정된 최적 수광량 대비 상기 검출된 초기 수광량의 비와, 초기 구동 조건의 광 노출 시간을 기초로 광 노출 시간을 조절할 수 있다.
프로세서는 조절된 광 노출 시간이 제1 임계치 미만이면 광 노출 시간을 제1 임계치로 변경하고, 제2 임계치를 초과하면 상기 광 노출 시간을 제2 임계치로 변경하거나, 광원 전류를 증가시킨 다음 초기 수광량 획득 및 광원 구동 조건 조절 과정을 반복 수행할 수 있다.
또한, 전자 장치는 본체에 배치되어 프로세서의 처리 결과를 출력하는 음향 모듈 및 디스플레이 중의 적어도 하나를 포함하는 출력부를 더 포함할 수 있다.
분광기 구동 조건의 가변을 통해 분석물의 성분 추정을 위해 필요한 해상도를 확보할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 성분 추정 장치의 블록도이다.
도 2a 및 도 2b는 구동 조건 가변에 따른 스펙트럼의 영향을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 센서부의 구동 조건을 조정하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 성분 추정 장치의 블록도이다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 성분 추정 장치의 블록도이다.
도 6 내지 도 11은 실시예들에 따른 분석물 성분 추정 방법의 흐름도이다.
도 12는 일 실시예에 따른 전자 장치의 블록도이다.
도 13 내지 도 15는 실시예들에 따른 전자 장치의 구조도이다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 기재된 기술의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "??부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 분석물의 농도 추정 장치 및 방법의 다양한 실시예들을 도면들을 참고하여 자세히 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 분석물의 성분 추정 장치의 블록도이다. 도 2a 및 도 2b는 구동 조건 가변에 따른 스펙트럼의 영향을 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 센서부의 구동 조건을 조정하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 분석물의 농도 추정 장치(100)는 센서부(110) 및 프로세서(120)를 포함한다.
센서부(110)는 분석물의 성분 추정을 위한 스펙트럼을 측정할 수 있다. 이때, 분석물은 인체 피부 조직일 수 있으며,다. 예를 들어, 예컨대 피부 표피층 두께가 두꺼운 손바닥이나 발바닥, 정맥혈 또는 모세혈이 위치하거나, 요골 동맥부에 인접한 영역, 그 밖의 인체 내의 혈관 밀도가 높은 부위인 손가락, 발가락 또는 귓볼 등 인체의 말초 부위, 웨어러블 기기 착용시 접촉할 수 있는 손목, 귀 안쪽 등을 포함할 수 있으며, 추정하고자 하는 분석물의 성분에 따라 적절한 측정 위치가 선택될 수 있다.
광원부(111)는 하나 이상의 발광체를 포함할 수 있다. 이때, 발광체는 LED(light emitting diode), 레이저 다이오드(laser diode) 및 형광체 등을 포함하나 이에 한정되지 않는다. 하나 이상의 발광체는 서로 다른 파장의 광을 조사하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 광원부(111)는 항산화 물질(예: 카로티노이드)의 흡수 대역 예컨대, 420nm ~ 510nm 파장 대역을 포함할 수 있다.
검출부(112)는 포토 다이오드(photo diode) 또는 포토 트랜지스터(photo transistor) 등으로 구성되거나, 분광기 또는 외부의 분광기와 연결된 도파로 등으로 구성될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 이미지 센서, CCD(charge-coupled device) 이미지 센서 등으로 형성될 수 있다. 검출부(112)는 분석물로부터 산란 또는 반사된 광을 수광하고, 수광된 광을 전기적인 신호로 변환하여 출력할 수 있다.
또한, 센서부(110)는 여기 도시되지 않았지만 검출부(112)로부터 출력된 전기적인 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환부 및/또는 전기적인 신호를 증폭하는 증폭부를 포함할 수 있다.
프로세서(120)는 센서부(110)를 제어하여 분석물로부터 스펙트럼을 획득할 수 있다. 프로세서(120)는 센서부(110)가 분석물로부터 스펙트럼을 측정할 때, 센서부(110)의 구동 조건을 적응적으로 조절할 수 있다. 이때, 센서부(110)의 구동 조건은 가변될 수 있으며 예컨대, 광원 입사광의 크기, 게인(gain), 광 노출 시간(Exposure time) 또는 조리개 크기(Aperture size) 등의 파라미터를 포함할 수 있다. 본 실시예의 센서부(110)는 제한된 동적 범위(dynamic range)를 갖도록 형성될 수 있으며, 예컨대, 노출 시간의 가변을 통해 가상 동적 영역을 확보하여 저반사율 피부 조직에서도 센싱 성능을 확보할 수 있다.
예를 들어, 도 2a는 선형성이 유지되는 반사율이 상대적으로 높은 범위(예: 28.2%)에서 측정된 스펙트럼을 도시한 것으로, 센서부의 구동 조건을 고정하여 획득한 스펙트럼(22)과 구동 조건 특히 노출 시간을 가변하여 획득한 스펙트럼(21) 모두 선형성이 유지된 것을 알 수 있다. 이에 반해 도 2b는 선형성이 유지되지 않는 반사율이 상대적으로 낮은 범위(예: 6.6%)에서 측정된 스펙트럼을 도시한 것으로, 센서부의 구동 조건을 고정한 경우 스펙트럼(24)의 선형성이 유지되지 않으나, 광 노출 시간을 가변하여 획득한 스펙트럼(23)은 선형성이 유지된 것을 알 수 있다.
프로세서(120)는 미리 정의된 초기 구동 조건을 이용하여 센서부(110)를 구동하고, 센서부(110)가 초기 구동 조건에 따라 분석물로부터 초기 수광량 데이터를 획득하면, 획득된 데이터를 이용하여 최적 구동 조건을 결정하고, 결정된 최적 구동 조건에 따라 센서부(110)를 구동하여 분석물로부터 스펙트럼을 획득할 수 있다. 프로세서(120)는 분석물이 센서부(110)에 접촉한 상태에서 일정한 압력이 가해진 시점에 센서부(110)의 광원부(111)를 구동할 수 있다.
프로세서(120)는 소정 반사율 예컨대, 인체 피부 평균 반사율(약 50%) 또는 최대 반사율(약 80%)을 갖는 표준 샘플을 이용하여 초기 구동 조건을 설정할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(120)는 소정 반사율을 갖는 표준 샘플로부터 최적 수광량이 획득되도록 하는 구동 조건을 초기 구동 조건으로 설정할 수 있다.
도 3은 검출된 수광량 대비 전기적 신호로 변환되어 출력된 신호(31), 신호 종속 노이즈(32) 신호 및 신호 독립 노이즈(33) 신호를 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이 검출부(112)의 출력 신호(31)는 최대값(Vs,max) 부근에서 포화된다. 이때의 수광량이 수광 가능한 최대 수광량(Lsat)이라 할 수 있으며 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR)가 최대가 된다. 이때, 아래 수학식 1을 참조하면 최적 수광량(Lopt)은 동적 범위(DR) 내에서 설정하되, 최대 수광량(Lsat)에 가까워지도록 미리 정의된 값(a)을 곱해 주고, 시간차를 두고 측정이 이루어지는 점을 고려하여 일정한 차이(b)를 반영해 줄 수 있다.
Figure pat00001
프로세서(120)는 분석물 추정 요청이 수신되면, 이와 같이 표준 샘플을 이용하여 미리 설정된 초기 구동 조건을 이용하여 센서부(110)의 광원부(111)를 구동하여 분석물에 광을 조사하고, 검출부(112)를 통해 분석물로부터 초기 수광량을 획득할 수 있다. 프로세서(120)는 분석물로부터 초기 수광량이 획득되면, 초기 구동 조건, 최적 구동 조건 및 초기 수광량 데이터를 이용하여 최적 구동 조건을 결정할 수 있다. 아래의 수학식 2는 최적 구동 조건 중의 최적 노출 시간을 구하는 식의 일 예이다.
Figure pat00002
여기서, Lopt는 최적 수광량, Linit은 초기 구동 조건을 이용하여 분석물로부터 획득된 초기 수광량을 의미한다. Topt는 구하고자 하는 최적 구동 조건의 광 노출 시간을 의미하고, Tinit은 초기 구동 조건의 광 노출 시간을 의미한다. 예시와 같이 프로세서(120)는 최적 수광량과 초기 수광량의 비와 최적 노출 시간과 초기 노출 시간의 비 사이의 관계를 통해 최적 노출 시간을 결정할 수 있다.
프로세서(120)는 이와 같이 최적 구동 조건이 결정되면, 결정된 최적 구동 조건이 제1 임계치와 제2 임계치 사이의 범위를 벗어나는지 비교하여 그 최적 구동 조건을 조절할 수 있다. 이때, 제1 임계치는 예상 가능한 최대 반사율(예: 80%) 샘플을 측정할 때의 노출 시간을 기초로 설정되고, 제2 임계치는 예상 가능한 최소 반사율(예: 5%) 샘플을 측정할 때의 노출 시간과, 총 측정 시간(예: 5초)을 고려하여 설정 가능한 최대 노출 시간 중 작은 값을 기초로 설정될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
일 예로, 프로세서(120)는 최적 노출 시간이 제1 임계치 이상 제2 임계치 이하인 경우 최적 노출 시간을 변경하지 않고, 제1 임계치 미만이면 제1 임계치를 최적 노출 시간으로 변경하고, 제2 임계치를 초과하면 제2 임계치를 최적 노출 시간으로 변경할 수 있다.
다른 예로, 프로세서(120)는 결정된 최적 노출 시간이 제1 임계치 미만이면 제1 임계치를 최적 노출 시간으로 변경하되, 최적 노출 시간이 제2 임계치를 초과하는 경우 초기 구동 조건 중의 광원 구동 전류를 증가시켜 입사광 크기를 조절한 다음, 조절된 전류에 따라 광원을 구동하여 초기 수광량을 획득하는 과정 이후를 반복 수행할 수 있다. 여기서, 프로세서(120)는 최적 구동 조건과 제1 임계치를 비교하는 과정을 생략할 수 있다. 예컨대, 초기 구동 조건을 피부 최대 반사율일 때의 값으로 설정하는 경우 최적 노출 시간은 제1 임계치가 전술한 바와 같이 설정할 때, 제1 임계치를 항상 초과한다고 할 수 있으므로 제1 임계치와 비교하는 과정의 생략이 가능하다.
프로세서(120)는 이와 같이 최적 노출 시간이 결정되면, 초기 구동 조건에서 초기 노출 시간을 최적 노출 시간으로 변경한 최적 구동 조건에 따라 센서부(110)를 구동하여 분석물로부터 스펙트럼을 획득할 수 있다. 프로세서(120)는 센서부(110)로부터 측정된 스펙트럼이 수신되면, 수신됨 스펙트럼을 분석하여 분석물의 성분을 추정할 수 있다. 이때, 분석물의 성분은 피부 카로티노이드(skin carotenoid) 및/또는 혈중 카로티노이드(blood carotenoid)를 포함한 항산화 지수일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며, 글루코스(glucose), 요소(urea), 젖산(lactate), 중성지방(triglyceride), 총단백질(total protein), 콜레스테롤(cholesterol) 및 에탄올(ethanol) 등의 성분을 추정할 수도 있다.
예를 들어, 프로세서(120)는 최적 구동 조건에 따라 센서부(110)에 의해 분석물로부터 스펙트럼이 측정되면, 측정된 스펙트럼과 기준 스펙트럼을 이용하여 흡수 스펙트럼을 획득할 수 있다. 프로세서(120)는 소정 반사율을 갖는 표준 샘플을 이용하여 측정한 스펙트럼을, 구동 조건의 노출 시간으로 정규화하여 기준 스펙트럼을 획득할 수 있다. 아래의 수학식 3은 이와 같이 기준 스펙트럼을 획득하는 수학식의 일 예이다.
Figure pat00003
이때, Iref는 구하고자 하는 기준 스펙트럼을 나타낸다. Iinit은 소정 반사율 예컨대, 피부 평균 반사율(약 50%) 또는 최대 반사율(약 80%)을 갖는 표준 샘플을 이용하여 측정한 스펙트럼을 나타낸다. Topt는 최적 구동 조건의 노출 시간을 나타내고, Tinit은 초기 구동 조건의 노출 시간을 나타낸다.
또는, 프로세서(120)는 노출 시간별로 각 파장의 흡광도를 정의한 룩업 테이블을 참조하여 최적 노출 시간에 해당하는 각 파장의 흡광도를 획득하고 이를 통해 기준 스펙트럼을 획득할 수 있다. 이때, 룩업 테이블은 소정 반사율을 갖는 표준 샘플을 이용하여 노출 시간별로 파장별 흡광도를 측정하여 미리 정의될 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 프로세서(120)는 이와 같이 기준 스펙트럼이 획득되면, 최적 구동 조건에 따라 센서부(110)에 의해 획득된 스펙트럼과 기준 스펙트럼을 이용하여 흡수 스펙트럼을 획득할 수 있다. 아래의 수학식 4는 흡수 스펙트럼을 획득하는 수학식의 일 예이다.
Figure pat00004
여기서, As는 흡수 스펙트럼을 나타내고, Is는 최적 구동 조건으로 분석물로부터 측정한 스펙트럼을 나타내며, Iref는 기준 스펙트럼을 나타낸다.
프로세서(120)는 이와 같이 분석물의 흡수 스펙트럼이 획득되면 획득된 흡수 스펙트럼을 이용하여 분석물의 성분을 추정할 수 있다. 이때, 프로세서(120)는 흡수 스펙트럼의 흡광도와 추정하고자 하는 성분 간의 상관 관계를 통해 미리 정의된 성분 추정 모델을 이용하여 흡수 스펙트럼을 기초로 성분을 추정할 수 있다. 성분 추정 모델은 선형, 비선형 함수식으로 정의될 수 있으며, 딥러닝, 인공 지능 등의 학습을 통해 미리 정의될 수 있다.
한편, 프로세서(120)는 전술한 바와 같이 초기 구동 조건으로 분석물로부터 초기 수광량을 획득하는 과정 및 최적 구동 조건으로 분석물로부터 스펙트럼을 획득하고, 획득된 스펙트럼을 이용하여 흡수 스펙트럼을 획득하는 과정을 복수회 반복 수행할 수 있다. 프로세서(120)는 이와 같이 복수의 흡수 스펙트럼이 획득되면, 혈액이나 피부의 움직임에 의한 오차를 줄이기 위해 획득된 전체 흡수 스펙트럼을 평균하거나, 일부의 이상 스펙트럼을 제거한 후 평균, 하나의 최적 흡수 스펙트럼을 선택하여 분석물의 성분을 추정할 수 있다.
도 4는 다른 실시예에 따른 분석물의 성분 추정 장치의 블록도이다.
도 4를 참조하면, 성분 추정 장치(400)는 센서부(110) 및 프로세서(120)를 포함한다. 센서부(110)는 광원부(111), 검출부(112) 및 힘/압력 센서(113)를 포함할 수 있다. 광원부(111) 및 검출부(112)와 프로세서(120)에 대하여는 앞에서 설명하였으므로 이하 중복되지 않은 구성을 중심으로 설명하기로 한다.
힘/압력 센서(113)는 분석물이 센서부(110)에 접촉하여 가하는 힘/압력을 측정할 수 있다. 힘/압력 센서(113)는 힘센서, 힘센서 어레이, 접촉압력 센서, 면적센서와 힘센서의 조합 등으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 전압저항식 힘 센서, 초음파식 힘 센서, 로드셀 센서, 정전용량식 힘 센서, 초전기식 힘 센서, 스트레인 게이지식 힘 센서, 전기화학식 힘 센서, 광학식 힘 센서 또는 자기식 힘 센서 등이 될 수 있다.
프로세서(120)는 힘/압력 센서(113)와 연결되어 힘/압력 센서(113)로부터 분석물과 센서부(110) 사이의 힘/압력을 수신하며, 수신된 힘/압력이 미리 설정된 임계치 이상이 되는 경우 전술한 바와 같이 초기 구동 조건으로 센서부(110)의 광원부(111)를 구동할 수 있다. 또한, 프로세서(120)는 힘/압력 센서(113)를 통해 측정된 힘/압력을 기초로 측정 시간 동안 적절한 압력이 센서부(110)에 가해지도록 사용자에게 가이드할 수 있다. 이때, 가이드 정보는 성분 추정 장치(400)에 탑재되거나, 연결된 외부 기기의 출력부를 통해 사용자에게 제공될 수 있다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 성분 추정 장치의 블록도이다.
도 5를 참조하면, 센서부(110), 프로세서(120), 출력부(510), 저장부(520) 및 통신부(530)를 포함할 수 있다. 센서부(110) 및 프로세서(120)는 전술한 바 있으므로 이하 생략한다.
출력부(510)는 프로세서(120)에 의해 처리된 각종 정보를 출력할 수 있다. 출력부(120)는 디스플레이 등의 시각적 출력 모듈, 스피커 등의 음성 출력 모듈 또는, 진동이나 촉감 등의 햅틱 모듈 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 출력부(510)는 프로세서(120)에 의해 생성된 접촉압력 가이드 정보, 성분 추정 결과 등을 출력할 수 있다.
저장부(520)는 성분 추정과 관련된 다양한 정보들을 저장한다. 예를 들어, 사용자의 나이, 성별, 건강 상태 등과 같은 사용자 특성에 관한 정보, 광원 구동 조건, 성분 추정 모델 등의 정보를 저장할 수 있다. 또한, 프로세서(120)에 의해 생성된 성분 추정값 등의 정보를 저장할 수 있다. 저장부(520)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어, SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory: RAM) SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory: ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 등의 저장매체를 포함하며, 이에 제한되는 것은 아니다.
통신부(530)는 외부 기기와 유무선 통신 연결하여 성분 추정과 관련된 각종 정보를 수신할 수 있다. 외부 기기는 스마트폰, 태블릿 PC, 노트북 PC 및 데스크탑 PC 등의 정보 처리 장치 등을 포함하는 것으로 이에 제한되지 않는다. 통신부(530)는 블루투스(bluetooth) 통신, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신, 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC), WLAN 통신, 지그비(Zigbee) 통신, 적외선(Infrared Data Association, IrDA) 통신, WFD(Wi-Fi Direct) 통신, UWB(ultra-wideband) 통신, Ant+ 통신, WIFI 통신, RFID(Radio Frequency Identification) 통신, 3G 통신, 4G 통신 및 5G 통신 등을 이용하여 외부 기기와 통신할 수 있다. 그러나, 이는 일 예에 불과할 뿐이며, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 6 내지 도 11은 실시예에 따른 분석물의 성분 추정 방법의 흐름도이다. 실시예들에 따른 분석물의 성분 추정 방법은 전술한 성분 추정 장치(100,400,500)에 의해 수행될 수 있다. 앞에서 자세히 설명한 바 있으므로 이하 간단하게 설명한다.
도 6을 참조하면, 먼저 분석물이 센서부에 접촉하면(611), 초기 구동 조건으로 센서부를 구동할 수 있다(612). 이때, 센서부의 초기 구동 조건은 소정 반사율을 갖는 표준 샘플을 이용하여 설정될 수 있으며, 표준 샘플에서 최적 수광량이 검출되도록 하는 구동 조건을 초기 구동 조건으로 설정할 수 있다.
그 다음, 초기 구동 조건에 따라 분석물로부터 초기 수광량이 검출되면 검출된 초기 수광량, 초기 구동 조건, 최적 수광량 등을 기초로 최적 구동 조건을 결정할 수 있다(613). 예를 들어, 최적 구동 조건은 최적 수광량과 초기 수광량의 비와, 구하고자 하는 최적 구동 조건(예: 노출 시간)과 초기 구동 조건(예: 노출 시간)의 비 사이의 관계를 통해 최적 구동 조건을 결정할 수 있다.
그 다음, 단계(613)에서 최적 구동 조건이 결정되면, 결정된 최적 구동 조건을 이용하여 센서부를 구동할 수 있다(614).
그 다음, 최적 구동 조건에 따라 센서부를 구동하여 분석물로부터 스펙트럼이 측정되면, 측정된 스펙트럼을 기초로 흡수 스펙트럼을 획득할 수 있다(615). 예를 들어, 분석물로부터 측정된 스펙트럼과 기준 스펙트럼의 비의 로그값을 기초로 흡수 스펙트럼을 획득할 수 있다. 이때, 기준 스펙트럼은 소정 반사율을 갖는 표준 샘플을 이용하여 측정한 스펙트럼을 노출 시간으로 정규화하여 획득되거나, 노출 시간에 따른 각 파장별 흡광도를 정의한 룩업 테이블을 참조로 최적 노출 시간에 해당하는 파장별 흡광도를 구하여 획득될 수 있다.
그 다음, 단계(615)에서 획득한 흡수 스펙트럼을 이용하여 분석물의 성분을 추정할 수 있다(616).
도 7은 혈액이나 피부 움직임 등에 따른 노이즈를 줄이기 위해 복수의 흡수 스펙트럼을 획득하는 실시예로서, 각 흡수 스펙트럼을 획득할 때마다 새로운 최적 구동 조건을 결정할 수 있다. 도시된 바와 같이, 분석물이 센서부에 접촉하면(711), 초기 구동 조건으로 센서부 구동(712), 초기 구동 조건에 따라 검출된 초기 수광량을 기초로 최적 구동 조건 결정(713), 결정된 최적 구동 조건을 이용하여 다시 센서부 구동(714) 및, 최적 구동 조건에 따라 측정된 스펙트럼을 기초로 흡수 스펙트럼을 획득하는 과정(715)을 수행할 수 있다. 그 다음, 획득된 흡수 스펙트럼이 미리 정의된 기준치를 만족하지 않으면(716), 단계(712) 이하를 반복 수행하여 복수의 흡수 스펙트럼을 획득할 수 있다.
그 다음, 획득된 복수의 흡수 스펙트럼을 이용하여 성분을 추정할 수 있다(717). 예를 들어, 전체 흡수 스펙트럼 또는 이상 스펙트럼을 제외한 일부 스펙트럼을 평균하거나, 최적의 스펙트럼을 선택하여 성분을 추정할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 8을 참조하면, 분석물이 센서부에 접촉하면(811), 분석물과 센서부 사이의 힘/압력을 측정하는 단계(812)와, 측정된 힘/압력이 미리 설정된 임계치 미만이면(813) 분석물과 센서부 사이의 접촉 단계(811)를 다시 수행할 수 있다. 이때, 사용자에게 적절한 힘/압력을 가이드할 수 있다. 만약, 측정된 힘/압력이 임계치 이상이 되면(813), 초기 구동 조건으로 센서부 구동(814), 초기 구동 조건에 따라 검출된 초기 수광량을 기초로 최적 구동 조건 결정(815), 결정된 최적 구동 조건을 이용하여 다시 센서부 구동(816), 최적 구동 조건에 따라 측정된 스펙트럼을 기초로 흡수 스펙트럼을 획득(817), 및 흡수 스펙트럼을 이용하여 성분을 추정하는 단계(818)를 수행할 수 있다.
도 9 내지 도 11은 성분 추정 방법 중의 센서부 구동 조건 중의 최적 노출 시간 및/또는 광원 전류를 조절하는 실시예들이다.
도 9를 참조하면, 분석물이 센서부에 접촉하면(911), 초기 구동 조건으로 센서부를 구동하고(912), 초기 구동 조건에 따라 분석물로부터 검출된 초기 수광량을 기초로 최적 노출 시간(Topt)을 결정할 수 있다(913).
그 다음, 최적 노출 시간(Topt)을 제1 임계치(Tmin)와 비교하여(914), 최적 노출 시간(Topt)이 제1 임계치(Tmin) 미만이면, 최적 노출 시간(Topt)을 제1 임계치(Tmin)로 변경할 수 있다(915). 만약, 최적 노출 시간(Topt)이 제1 임계치(Tmin) 이상이면, 최적 노출 시간(Topt)을 제2 임계치(Tmax)와 비교하여(916), 초과하는 경우 최적 노출 시간(Topt)을 제2 임계치(Tmax)로 변경할 수 있다(917).
그 다음, 최적 구동 조건이 결정되면, 결정된 최적 구동 조건을 이용하여 센서부를 구동하고(918), 최적 구동 조건에 따라 분석물의 스펙트럼이 측정되면, 측정된 스펙트럼을 기초로 흡수 스펙트럼을 획득하며(919), 획득된 흡수 스펙트럼을 이용하여 분석물의 성분을 추정할 수 있다(920).
도 10을 참조하면, 분석물이 센서부에 접촉하면(1011), 초기 구동 조건으로 센서부를 구동하고(1012), 초기 구동 조건에 따라 분석물로부터 검출된 초기 수광량을 기초로 최적 노출 시간(Topt)을 결정할 수 있다(1013).
그 다음, 최적 노출 시간(Topt)을 제1 임계치(Tmin)와 비교하여(1014), 최적 노출 시간(Topt)이 제1 임계치(Tmin) 미만이면 최적 노출 시간(Topt)을 제1 임계치(Tmin)로 변경하고(915), 최적 노출 시간(Topt)이 제1 임계치(Tmin) 이상이면, 최적 노출 시간(Topt)을 제2 임계치(Tmax)와 비교한다(1016). 비교 결과 최적 노출 시간(Topt)이 제2 임계치(Tmax)를 초과하면 광원의 전류를 증가하여 초기 구동 조건의 입사광 크기를 조절하고(1017), 초기 구동 조건으로 센서부를 구동하는 단계(1012) 이하를 반복할 수 있다.
그 다음, 최적 구동 조건이 결정되면, 결정된 최적 구동 조건을 이용하여 센서부를 구동하고(1018), 최적 구동 조건에 따라 측정된 스펙트럼을 기초로 흡수 스펙트럼을 획득하며(1019), 획득된 흡수 스펙트럼을 이용하여 분석물의 성분을 추정할 수 있다(1020).
도 11을 참조하면, 분석물이 센서부에 접촉하면(1111) 초기 구동 조건으로 센서부를 구동하고(1112), 초기 구동 조건에 따라 분석물로부터 검출된 초기 수광량을 기초로 최적 노출 시간(Topt)을 결정할 수 있다(1113). 그 다음, 최적 노출 시간(Topt)을 제2 임계치(Tmax)와 비교하고(1114), 비교 결과 최적 노출 시간(Topt)이 제2 임계치(Tmax)를 초과하면 광원의 전류를 증가하여 초기 구동 조건의 입사광 크기를 조절하여(1115), 초기 구동 조건으로 센서부를 구동하는 단계(1112) 이하를 반복할 수 있다. 그 다음, 결정된 최적 구동 조건을 이용하여 센서부를 구동하고(1116), 흡수 스펙트럼을 획득하며(1117), 획득된 흡수 스펙트럼을 이용하여 분석물의 성분을 추정할 수 있다(1118).
도 12는 일 실시예에 따른 전자 장치의 블록도이다. 도 13 내지 도 15는 실시예들에 따른 전자 장치의 구조도이다.
도 12를 참조하면 전자 장치(1200)는 센서 장치(1210) 및, 센서 장치(1210)에 의해 측정된 스펙트럼을 이용하여 사용자의 체내 성분을 추정하는 기능을 수행하는 추정 장치(1220)를 포함할 수 있다. 여기서, 전자 장치(1200)는 일 예로 스마트 워치, 스마트 밴드, 스마트 안경, 스마트 이어폰, 스마트 링, 스마트 패치, 스마트 목걸이 및 스마트폰 등을의 웨어러블 기기일 수 있다. 다른 예로, 전자 장치(1200)는 가전 기기나 사물인터넷(Internet of Things)을 기반으로 하는 다양한 IoT 기기(예: 홈 IoT 기기 등)일 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 의료 기관 등에서 사용 가능하도록 제작된 전문 의료 기기일 수도 있다.
전자 장치(1200)의 센서 장치(1210) 및 추정 장치(1220)는 예시된 특정 기기의 본체 내에 일체로 탑재되거나, 둘 이상의 기기에 분산 탑재될 수 있다. 예를 들어, 센서 장치(1210)와 추정 장치(1220)가 하나의 스마트폰에 탑재될 수 있으며, 또는 센서 장치(1210)는 스마트 이어폰에 탑재되고, 추정 장치(1210)는 스마트폰이나 스마트 워치에 탑재되어, 유선 또는 무선 통신으로 서로 데이터를 송수신하여 성분을 추정할 수 있다.
센서 장치(1210)는 광원부와 검출부를 포함하며, 추정 장치(1220)와 서로 다른 본체에 분산 배치되는 경우 통신부를 더 포함할 수 있다. 광원부는 하나 이상의 LED 등의 발광체를 포함할 수 있으며, 검출부는 포토다이오드, 포토다이오드 어레이, 분광기 등을 포함할 수 있다.
추정 장치(1220)는 입력부(1221), 메모리(1222), 프로세서(1223), 출력부(1224) 및 통신부(1225)를 포함할 수 있다.
입력부(1221)는 전자 장치(1200)의 각 구성요소에서 사용될 명령 및/또는 데이터를 사용자 등으로부터 수신할 수 있다. 입력부(1221)는 마이크, 마우스, 키보드, 및/또는 디지털 펜(스타일러스 펜 등)을 포함할 수 있다.
메모리(1222)는 센서 장치(1210)의 구동을 위해 필요한 구동 조건 및, 그 밖의 전자 장치(1200)의 구성요소들이 필요로 하는 다양한 데이터 예컨대, 소프트웨어 및 이와 관련된 명령에 대한 입력 데이터 및/또는 출력 데이터 등을 저장할 수 있다. 메모리(1222)는 휘발성 메모리 및/또는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다.
프로세서(1223)는 메모리(1222)에 저장된 프로그램 등을 실행하여 프로세서(1223)에 연결된 전자 장치(1220)의 구성요소들을 제어할 수 있으며, 다양한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 프로세서(1223)는 중앙 처리 장치 및 어플리케이션 프로세서 등과 같은 메인 프로세서 및, 이와 독립적으로 또는 함께 운영 가능한 보조 프로세서 예컨대, 그래픽 처리 장치, 이미지 시그널 프로세서, 센서 허브 프로세서, 커뮤니케이션 프로세서 등을 포함할 수 있다. 프로세서(1223)는 분석 물질의 농도 추정에 대한 사용자 요청에 따라 센서 장치(1210)에 제어 신호를 전달할 수 있으며, 센서 장치(1210)로부터 수신된 스펙트럼을 이용하여 성분을 추정할 수 있다.
출력부(1224)는 전자 장치(1200)에 의해 생성되거나 처리된 데이터를 시각적/비시각적인 방식으로 출력할 수 있다. 출력부(1224)는 음향 출력 장치, 표시 장치, 오디오 모듈 및/또는 햅틱 모듈을 포함할 수 있다.
음향 출력 장치는 음향 신호를 전자 장치(1200)의 외부로 출력할 수 있다. 음향 출력 장치는 스피커 및/또는 리시버를 포함할 수 있다. 스피커는 멀티미디어 재생 또는 녹음 재생과 같이 일반적인 용도로 사용될 수 있고, 리시버는 착신 전화를 수신하기 위해 사용될 수 있다. 리시버는 스피커의 일부로 결합되어 있거나 또는 독립된 별도의 장치로 구현될 수 있다.
표시 장치는 전자 장치(1200)의 외부로 정보를 시각적으로 제공할 수 있다. 표시 장치는 디스플레이, 홀로그램 장치, 또는 프로젝터 및 해당 장치를 제어하기 위한 제어 회로를 포함할 수 있다. 표시 장치는 터치를 감지하도록 설정된 터치 회로(Touch Circuitry) 및/또는 터치에 의해 발생되는 힘의 세기를 측정하도록 설정된 센서 회로(압력 센서 등)를 포함할 수 있다.
오디오 모듈은 소리를 전기 신호로 변환시키거나, 반대로 전기 신호를 소리로 변환시킬 수 있다. 오디오 모듈은 입력 장치를 통해 소리를 획득하거나, 음향 출력 장치 및/또는 전자 장치(1200)와 직접 또는 무선으로 연결된 다른 전자 장치의 스피커 및/또는 헤드폰을 통해 소리를 출력할 수 있다.
햅틱 모듈은 전기적 신호를 사용자가 촉각 또는 운동 감각을 통해서 인지할 수 있는 기계적인 자극(진동, 움직임 등) 또는 전기적인 자극으로 변환할 수 있다. 햅틱 모듈은, 모터, 압전 소자, 및/또는 전기 자극 장치를 포함할 수 있다.
통신부(1225)은 전자 장치(1200)와 네트워크 환경 내에 있는 다른 전자 장치나 서버 또는 센서 장치(1210) 사이의 직접(유선) 통신 채널 및/또는 무선 통신 채널의 수립, 및 수립된 통신 채널을 통한 통신 수행을 지원할 수 있다. 통신부(1225)는 프로세서(1223)와 독립적으로 운영되고, 직접 통신 및/또는 무선 통신을 지원하는 하나 이상의 커뮤니케이션 프로세서를 포함할 수 있다. 통신부(1225)는 예컨대 셀룰러 통신 모듈, 근거리 무선 통신 모듈, GNSS(Global Navigation Satellite System 등) 통신 모듈 등의 무선 통신 모듈, 및/또는 예컨대 LAN(Local Area Network) 통신 모듈, 전력선 통신 모듈 등의 유선 통신 모듈을 포함할 수 있다. 이와 같이 다양한 종류의 통신 모듈들은 단일 칩 등으로 통합되거나, 서로 별도의 복수 칩으로 구현될 수 있다. 무선 통신 모듈은 가입자 식별 모듈에 저장된 가입자 정보(예: 국제 모바일 가입자 식별자(IMSI) 등)를 이용하여 통신 네트워크 내에서 전자 장치(1200)를 확인 및 인증할 수 있다.
또한, 전자 장치(1200)는 여기 도시되지 않은 인터페이스, 안테나 모듈, 전력 관리 모듈, 카메라 모듈 또는 배터리 등을 더 포함할 수 있다.
인터페이스는 전자 장치(1200)가 다른 전자 장치와 직접 또는 무선으로 연결되기 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 지정된 프로토콜들을 지원할 수 있다. 인터페이스는 HDMI(High Definition Multimedia Interface), USB(Universal Serial Bus) 인터페이스, SD카드 인터페이스, 및/또는 오디오 인터페이스를 포함할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
안테나 모듈은 신호 및/또는 전력을 외부로 송신하거나 외부로부터 수신할 수 있다. 안테나는 기판(예: PCB 등) 위에 형성된 도전성 패턴으로 이루어진 방사체를 포함할 수 있다. 안테나 모듈은 하나 또는 복수의 안테나들을 포함할 수 있다. 복수의 안테나가 포함된 경우 통신부(1225)에 의해 복수의 안테나들 중에서 통신 네트워크에서 사용되는 통신 방식에 적합한 안테나가 선택될 수 있다. 선택된 안테나를 통하여 통신부(1225)와 다른 전자 장치 간에 신호 및/또는 전력이 송신되거나 수신될 수 있다. 안테나 외에 다른 부품(예: RFIC 등)이 안테나 모듈의 일부로 포함될 수 있다. 구성요소들 중 일부는 주변 기기들간 통신 방식(버스, GPIO(General Purpose Input and Output), SPI(Serial Peripheral Interface), MIPI(Mobile Industry Processor Interface) 등)을 통해 서로 연결되고 명령이나 데이터 등을 상호 교환할 수 있다.
여기서, 다른 전자 장치들은 전자 장치(1200)와 동일하거나 다른 종류의 장치일 수 있다. 전자 장치(1200)에서 실행되는 동작들의 전부 또는 일부는 다른 장치들 중 하나 이상의 장치들에서 실행될 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(1200)가 어떤 기능이나 서비스를 수행해야 할 때 기능 또는 서비스를 자체적으로 실행시키는 대신에 하나 이상의 다른 전자 장치들에게 그 기능 또는 그 서비스의 일부 또는 전체를 수행하라고 요청할 수 있다. 요청을 수신한 하나 이상의 다른 전자 장치들은 요청과 관련된 추가 기능 또는 서비스를 실행하고, 그 실행의 결과를 전자 장치(1200)로 전달할 수 있다. 이를 위하여, 클라우드 컴퓨팅, 분산 컴퓨팅, 및/또는 클라이언트-서버 컴퓨팅 기술이 이용될 수 있다.
카메라 모듈은 정지 영상 및 동영상을 촬영할 수 있다. 카메라 모듈은 하나 이상의 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리, 이미지센서들, 이미지 시그널 프로세서들, 및/또는 플래시들을 포함할 수 있다. 카메라 모듈에 포함된 렌즈 어셈블리는 이미지 촬영의 대상인 피사체로부터 방출되는 빛을 수집할 수 있다.
전력 관리 모듈은 전자 장치(1200)에 공급되는 전력을 관리할 수 있다. 전력 관리 모듈은 PMIC(Power Management Integrated Circuit)의 일부로서 구현될 수 있다.
배터리는 전자 장치(1200)의 구성 요소에 전력을 공급할 수 있다. 배터리는 재충전 불가능한 1차 전지, 재충전 가능한 2차 전지 및/또는 연료 전지를 포함할 수 있다.
도 13 내지 도 15는 성분 추정 장치가 탑재된 전자 장치의 구조들을 예시적으로 나타낸 도면들이다.
도 13을 참조하면 전자 장치(1200)는 시계 타입의 웨어러블 장치(1300)로 구현될 수 있으며 본체와 손목 스트랩을 포함할 수 있다. 본체의 전면에는 디스플레이가 마련되어, 시간 정보, 수신 메시지 정보 등을 포함하는 다양한 어플리케이션 화면이 표시될 수 있다. 본체의 후면에는 센서 장치(1210)가 배치되어, 항산화 지수 등의 성분을 추정하기 위한 스펙트럼을 측정할 수 있다.
도 14를 참조하면 전자 장치(1200)는 스마트 폰(Smart Phone)과 같은 모바일 장치(1400)로 구현될 수 있다.
모바일 장치(1400)는 하우징 및 디스플레이 패널을 포함할 수 있다. 하우징은 모바일 장치(1400)의 외관을 형성할 수 있다. 하우징의 제1 면에는 디스플레이 패널 및 커버 글래스(Cover Glass)가 차례로 배치될 수 있고, 디스플레이 패널은 커버 글래스를 통해 외부로 노출될 수 있다. 하우징의 제2 면에는 센서 장치(1210), 카메라 모듈, 및/또는 적외선 센서 등이 배치될 수 있다. 사용자가 모바일 장치(1400)에 탑재된 어플리케이션 등을 실행하여 분석 물질의 성분 정보를 요청하는 경우 센서 장치(1210)를 이용하여 분석 물질의 성분을 추정하고 사용자에게 성분 추정 정보를 영상 및/또는 음향으로 제공할 수 있다.
도 15를 참조하면 전자 장치(1200)는 이어(Ear) 웨어러블 장치(1500)로도 구현될 수 있다.
이어(Ear) 웨어러블 장치(1500)는 본체와 이어 스트랩(Ear Strap)을 포함할 수 있다. 사용자는 이어 스트랩을 귓바퀴에 걸어 착용할 수 있다. 이어 스트랩은 이어 웨어러블 장치(1500)의 형태에 따라 생략이 가능하다. 본체는 사용자의 외이도(External Auditory Meatus)에 삽입될 수 있다. 본체에는 센서 장치(1210)가 탑재될 수 있다. 이어 웨어러블 장치(1500)는 성분 추정 결과를 사용자에게 음향으로 제공하거나, 본체 내부에 마련된 통신 모듈을 통해 외부 기기 예컨대, 모바일, 테블릿, PC 등으로 전송할 수 있다.
한편, 본 실시 예들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현하는 것을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 실시예들을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.
본 개시가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 개시된 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100,200,300: 성분 추정 장치 110: 센서부
111: 광원부 112: 검출부
113: 힘/압력 센서 120: 프로세서
510: 출력부 520: 저장부
530: 통신부

Claims (33)

  1. 분석물에 광을 조사하는 광원부와, 분석물로부터 반사된 광의 스펙트럼을 측정하는 검출부를 포함하는 센서부; 및
    초기 구동 조건에 따라 센서부를 구동하여 상기 분석 물질로부터 초기 수광량이 획득되면, 획득된 초기 수광량 및 상기 초기 구동 조건을 기초로 최적 구동 조건을 결정하고, 결정된 최적 구동 조건에 따라 센서부를 구동하여 상기 분석물로부터 스펙트럼이 측정되면, 측정된 스펙트럼을 기초로 분석물의 성분을 추정하는 프로세서를 포함하는 분석물의 성분 추정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서부의 구동 조건은
    입사광 크기, 게인(gain), 노출 시간(exposure time) 및 조리개 크기(aperture size) 중의 적어도 하나를 포함하는 분석물의 성분 추정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 초기 구동 조건은
    소정 반사율을 갖는 표준 샘플로부터 미리 설정된 최적 수광량이 검출되도록 설정되는 분석물의 성분 추정 장치.
  4. 상기 소정 반사율은
    상기 분석물의 평균 반사율 및 최대 반사율 중의 적어도 하나를 포함하는 분석물의 성분 추정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    미리 설정된 최적 수광량 대비 상기 검출된 초기 수광량의 비와, 상기 초기 구동 조건을 기초로 최적 구동 조건을 결정하는 분석물의 성분 추정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 결정된 최적 구동 조건이 제1 임계치 미만이면 상기 최적 구동 조건을 제1 임계치로 변경하는 분석물의 성분 추정 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 결정된 최적 구동 조건이 제2 임계치를 초과하면 상기 최적 구동 조건을 제2 임계치로 변경하는 분석물의 성분 추정 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 결정된 최적 구동 조건이 제2 임계치를 초과하면 상기 초기 조건 중의 광원의 전류를 증가시킨 다음 센서부를 구동하여 초기 수광량을 획득하는 과정을 반복 수행하는 분석물의 성분 추정 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    분석물과 센서부 사이에 작용하는 힘/압력을 측정하는 힘/압력 센서를 더 포함하고,
    상기 프로세서는
    상기 측정된 힘/압력이 소정 임계치 이상이 되면, 상기 센서부를 구동하는 분석물의 성분 추정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 측정된 힘/압력을 기초로 분석물과 센서부 사이에 작용하는 힘/압력의 변화를 사용자에게 가이드하는 분석물의 성분 추정 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 측정된 스펙트럼과 기준 스펙트럼을 기초로 분석물의 흡수 스펙트럼을 획득하는 분석물의 성분 추정 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 초기 구동 조건 및 최적 구동 조건을 기초로, 소정 반사율을 갖는 표준 샘플을 사용하여 측정된 샘플 스펙트럼을 정규화하여 상기 기준 스펙트럼을 획득하는 분석물의 성분 추정 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 샘플 스펙트럼의 반사광량에 상기 최적 구동 조건 중의 노출 시간과 상기 초기 구동 조건 중의 노출 시간의 비를 곱하여 상기 스펙트럼을 정규화하는 분석물의 성분 추정 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 프로세서는
    미리 설정된 룩업 테이블을 참조하여 상기 최적 구동 조건에 해당하는 기준 스펙트럼을 획득하는 분석물의 성분 추정 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 프로세서는
    미리 설정된 추정 모델을 이용하여, 상기 획득된 흡수 스펙트럼을 기초로 분석물의 성분을 추정하는 분석물의 성분 추정 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 분석물의 성분은
    피부 카로티노이드(skin carotenoid), 혈중 카로티노이드(blood carotenoid), 글루코스(glucose), 요소(urea), 젖산(lactate), 중성지방(triglyceride), 총단백질(total protein), 콜레스테롤(cholesterol) 및 에탄올(ethanol) 중의 적어도 하나를 포함하는 분석물의 성분 추정 장치.
  17. 미리 설정된 초기 구동 조건에 따라 센서부를 구동하는 단계;
    상기 초기 구동 조건에 따라 분석물로부터 초기 수광량을 검출하는 단계;
    상기 검출된 초기 수광량 및 상기 초기 구동 조건을 기초로 최적 구동 조건을 결정하는 단계;
    상기 결정된 최적 구동 조건에 따라 센서부를 구동하여 상기 분석물로부터 스펙트럼을 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 스펙트럼을 기초로 생체정보를 추정하는 단계를 포함하는 분석물의 성분 추정 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 초기 구동 조건은
    소정 반사율을 갖는 표준 샘플로부터 미리 설정된 최적 수광량이 검출되도록 설정되는 분석물의 성분 추정 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 최적 구동 조건을 결정하는 단계는
    미리 설정된 최적 수광량 대비 상기 검출된 초기 수광량의 비와, 상기 초기 구동 조건을 기초로 최적 구동 조건을 결정하는 분석물의 성분 추정 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 최적 구동 조건을 결정하는 단계는
    상기 결정된 최적 구동 조건이 제1 임계치 미만이면 상기 최적 구동 조건을 제1 임계치로 변경하는 분석물의 성분 추정 방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 최적 구동 조건을 결정하는 단계는
    상기 결정된 최적 구동 조건이 제2 임계치를 초과하면 상기 최적 구동 조건을 제2 임계치로 변경하는 분석물의 성분 추정 방법.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 최적 구동 조건을 결정하는 단계는
    상기 결정된 최적 구동 조건이 제2 임계치를 초과하면 상기 초기 구동 조건 중의 광원 전류를 증가시킨 다음 센서부를 구동하여 초기 수광량을 획득하는 과정을 반복 수행하는 분석물의 성분 추정 방법.
  23. 제17항에 있어서,
    분석물과 센서부 사이에 작용하는 힘/압력을 측정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 초기 구동 조건에 따라 센서부를 구동하는 단계는
    상기 측정된 힘/압력이 소정 임계치 이상이 되면, 상기 센서부를 구동하는 분석물의 성분 추정 방법.
  24. 제17항에 있어서,
    상기 분석물의 성분을 추정하는 단계는
    기준 스펙트럼을 획득하는 단계;
    상기 측정된 스펙트럼과 상기 기준 스펙트럼을 기초로 분석물의 흡수 스펙트럼을 획득하는 단계; 및
    상기 흡수 스펙트럼을 기초로 분석물의 성분을 추정하는 단계를 포함하는 분석물의 성분 추정 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 기준 스펙트럼을 획득하는 단계는
    상기 초기 구동 조건 및 최적 구동 조건을 기초로, 소정 반사율을 갖는 표준 샘플을 사용하여 측정한 샘플 스펙트럼을 정규화하여 상기 기준 스펙트럼을 획득하는 분석물의 성분 추정 방법.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 기준 스펙트럼을 획득하는 단계는
    미리 설정된 룩업 테이블을 참조하여 상기 최적 구동 조건에 해당하는 기준 스펙트럼을 획득하는 분석물의 성분 추정 방법.
  27. 제24항에 있어서,
    상기 흡수 스펙트럼을 기초로 생체정보를 추정하는 단계는
    미리 설정된 생체정보 추정 모델을 이용하여, 상기 획득된 흡수 스펙트럼을 기초로 생체정보를 추정하는 분석물의 성분 추정 방법.
  28. 전자 장치에 있어서,
    본체;
    상기 본체에 배치되는 메모리; 및
    상기 본체에 배치되며 상기 메모리에 전기적으로 연결된 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는
    항산화 지수 추정 요청이 수신되면 메모리에 저장된 초기 구동 조건에 따라 센서 장치를 구동하고, 사용자의 피부로부터 초기 수광량이 획득되면 획득된 초기 수광량을 기초로 센서 장치의 구동 조건 중의 광 노출 시간 및 광원 전류 중의 적어도 하나를 조절하며, 조절된 구동 조건에 따라 센서 장치를 구동하여 사용자의 피부로부터 스펙트럼이 획득되면 획득된 스펙트럼을 기초로 항산화 지수를 추정하는 전자 장치.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 전자 장치는
    스마트 워치, 스마트 밴드, 스마트 안경, 스마트 이어폰, 스마트 링, 스마트 패치, 스마트 목걸이, 스마트폰, 가전 기기 및 IoT(Internet of Things) 기기 중의 적어도 하나를 포함하는 전자 장치.
  30. 제28항에 있어서,
    상기 프로세서는
    소정 반사율을 갖는 표준 샘플로부터 미리 설정된 최적 수광량이 검출되도록 상기 센서의 초기 구동 조건을 설정하는 전자 장치.
  31. 제28항에 있어서,
    상기 프로세서는
    미리 설정된 최적 수광량 대비 상기 검출된 초기 수광량의 비와, 상기 초기 구동 조건의 광 노출 시간을 기초로 상기 광 노출 시간을 조절하는 전자 장치.
  32. 제28항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 조절된 광 노출 시간이 제1 임계치 미만이면 상기 광 노출 시간을 제1 임계치로 변경하고, 제2 임계치를 초과하면 상기 광 노출 시간을 제2 임계치로 변경하거나, 광원 전류를 증가시킨 다음 상기 초기 수광량 획득 및 광원 구동 조건 조절 과정을 반복 수행하는 전자 장치.
  33. 제28항에 있어서,
    상기 본체에 배치되어 프로세서의 처리 결과를 출력하는 음향 모듈 및 디스플레이 중의 적어도 하나를 포함하는 출력부를 더 포함하는 전자 장치.







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