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KR20210075648A - 소형 라만 센서 및 생체성분 추정 장치 - Google Patents

소형 라만 센서 및 생체성분 추정 장치 Download PDF

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KR20210075648A
KR20210075648A KR1020190166984A KR20190166984A KR20210075648A KR 20210075648 A KR20210075648 A KR 20210075648A KR 1020190166984 A KR1020190166984 A KR 1020190166984A KR 20190166984 A KR20190166984 A KR 20190166984A KR 20210075648 A KR20210075648 A KR 20210075648A
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KR
South Korea
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light
reflective surface
skin
sds
raman sensor
Prior art date
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KR1020190166984A
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장호준
남성현
아니카노프 알렉세이
박윤상
신의석
이우창
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삼성전자주식회사
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Publication date
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Abstract

일 실시예에 따른 소형 라만 센서는, 소정 SDS(source-detector separation)를 갖는 복수의 피부 지점에 광을 조사하는 복수의 광원을 포함하는 광원부와, 상기 피부로부터의 상기 라만 산란광을 수집하는 광 수집부와, 상기 수집된 라만 산란광을 검출하는 검출기를 포함할 수 있다.

Description

소형 라만 센서 및 생체성분 추정 장치{COMPACT RAMAN SENSOR, AND APPARATUS FOR ESTIMATING BIO-COMPONENT USING THE SAME}
피부 측정용, 혹은 피부와 같은 불투명성(turbidity)으로 인한 광산란이 많은 소형 라만 센서 및 그 라만 센서를 이용한 생체성분 추정 기술과 관련된다.
라만 분광분석법은 일반적으로 분말 혹은 액상등의 약물과 같은 유기 화학물의 정성적, 정량적 분석을 위한 방법이다. 최근에는 라만 분광을 적용할 수 있는 시료의 범위가 확장되는 추세이며 살아있는 생체 대상 측정에도 적용되고 있다. 라만 분광분석법과 같은 분광학적 분석 기술 기반의 비침습 생체 센서는 비침습적으로 피부 성분 또는 혈중 성분등의 시료 물성 측정할 수 있으므로 사용자의 편의를 증진시킬 수 있다. 그러나, 이러한 라만 분광분석법을 이용한 비침습 생체 센서가 인체에 사용되는 경우, 국가별 혹은 국제 표준에 의거하여 인체 조사가 허용되는 레이저의 파워 밀도에 제한을 두는 것이 일반적이다. 이러한 표준 중 대표적인 것이 ANSI Z136.1 - 2014 의 최대 노광 허용량 (Maximum Permissible Exposure) 이다. 일반적으로 사용되는 라만 분광기는 현미경의 형태로, 총 레이저 파워 수십 mW이상을 배율이 높은 대물렌즈로 집속하여 사용하므로 상기 ANSI 표준에 명시된 레이저 파워 밀도 조건을 초과한다. 아울러, 큰 형상 계수(form factor)을 가져 휴대성이 떨어진다. 따라서, 최대 허용 노광량 기준을 만족하면서도 비슷한 수준의 성능을 보이며 보다 간편하게 사용 가능한 소형화 라만 피부 분석 센서 장치를 구현하기 위한 연구가 진행되고 있다.
최대 허용 노광량 기준을 만족하는 소형화된 라만 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 양상에 따르면, 소형 라만 센서는 소정 SDS(source-detector separation)를 갖는 복수의 피부 지점에 광을 조사하는 복수의 광원을 포함하는 광원부와, 상기 피부로부터의 라만 산란광을 수집하는 광 수집부 및 상기 수집된 라만 산란광을 검출하는 검출기를 포함할 수 있다.
광원부는 최대 허용 노광량(maximum permissible exposure) 한도 내에서 광을 조사하도록 각 광원의 광 강도를 조절할 수 있다.
이때, 소정 SDS는 피부의 샘플링 볼륨(sampling volume) 보다 큰 값을 가질 수 있다.
이때, 샘플링 볼륨의 중심은 광 수집부의 중심부에 위치하도록 배치될 수 있다.
이때, SDS는 라만 산란광이 수집되는 피부의 수집 영역의 중심과 광이 입사되는 피부 지점 사이의 거리를 나타낼 수 있다.
복수의 광원은 광 수집부를 중심으로 외곽에 선형, 원형 및 다각형 중의 적어도 하나의 형태로 배열될 수 있다.
광원부는 복수의 광원에서 조사된 광을 샘플링 볼륨 주변의 복수의 피부 지점으로 반사시키는 반사면을 더 포함할 수 있다.
이때, 반사면은 복수의 광원에서 조사된 광을 소정 방향으로 반사시키는 제1 반사면 및 제1 반사면에 의해 반사된 광을 복수의 피부 지점으로 반사시키는 제2 반사면을 포함할 수 있다.
이때, 소정 방향은 광 수집부의 중심 방향일 수 있다.
이때, 제1 반사면과 제2 반사면은 동심의 링으로 형성될 수 있다.
이때, 소정 SDS는 상기 제2 반사면의 반사 각도를 통해 조절될 수 있다.
이때, 소정 SDS는 제2 반사면의 모든 반사 각도를 동일하게 하거나 적어도 일부의 반사 각도를 다르게 함으로써 복수의 피부 지점에 대해 모두 동일한 값을 갖거나 적어도 일부가 다른 값을 갖도록 설정될 수 있다.
광원부는 반사된 광 중에서 특정 파장의 광을 통과시키는 필터를 더 포함할 수 있다.
제2 반사면은 제1 반사면에 의해 반사된 제1 광을 제1 SDS를 갖는 제1 피부 지점으로 반사시키는 제3 반사면 및 제1 반사면에 반사된 제2 광을 제2 SDS를 갖는 제2 피부 지점으로 반사시키는 제4 반사면을 포함할 수 있다.
이때, 제3 반사면과 제4 반사면은 동심원으로 배열될 수 있다.
이때, 제3 반사면의 반경과 제4 반사면의 반경은 서로 다를 수 있다.
이때, 소정 SDS는 측정 대상 물질의 종류, 파장 대역, 광의 세기, 상기 라만 센서를 탑재한 장치의 형태, 크기 및 컴퓨팅 성능 중의 적어도 하나를 기초로 설정될 수 있다.
광원부는 조사된 광 중에서 특정 파장의 광을 통과시키는 필터를 더 포함할 수 있다.
복수의 광원은 제1 파장의 제1 광을 조사하는 제1 광원 및 제2 파장의 제2 광을 조사하는 제2 광원을 포함하고, 광원부는, 제1 광 및 제2 광을 각각 제1 SDS를 갖는 제1 피부 지점 및 제2 SDS를 갖는 제2 피부 지점으로 반사시키는 반사면을 포함할 수 있다.
이때 제1 광원과 제2 광원은 동심원 형태로 배열되고, 각각 서로 다른 반경을 가질 수 있다.
반사면은 제1 광 및 상기 제2 광을 소정 방향으로 반사시키는 제1 반사면 및 반사된 제1 광을 상기 제1 피부 지점으로 반사시키고, 반사된 제2 광을 제2 피부 지점으로 반사시키는 제2 반사면을 포함할 수 있다.
광원부는 반사된 제1 광 중에서 제1 특정 파장의 광을 통과시키고, 반사된 제2 광 중에서 제2 특정 파장의 광을 통과시키는 필터를 더 포함할 수 있다.
광 수집부는 피부로부터의 라만 산란광을 콜리메이션시키는 렌즈 및 콜리메이션된 라만 산란광에서 특정 파장의 광을 제거하는 필터를 포함할 수 있다.
광 수집부는 피부와 렌즈 사이의 광 수집 경로에 배치되어, 라만 산란광 이외의 광의 수집을 방지하기 위한 광 수집 쉴드를 더 포함할 수 있다.
일 양상에 따르면, 생체성분 추정 장치는 소정 SDS(source-detector separation)를 갖는 복수의 피부 지점에 광을 조사하는 복수의 광원을 포함하는 광원부, 복수의 광원의 중심에 배치되며 피부로부터의 라만 산란광을 수집하는 광 수집부 및, 상기 수집된 라만 산란광을 검출하는 검출기를 포함하는 라만 센서 및 상기 라만 센서를 제어하며, 라만 센서를 통해 검출된 라만 산란광을 기초로 생체성분을 추정하는 프로세서를 포함할 수 있다.
광원부는 복수의 광원에 의해 조사된 광을 소정 SDS를 갖는 복수의 피부 지점으로 반사시키는 반사면을 더 포함할 수 있다.
이때, 소정 SDS는 샘플링 볼륨의 반경보다 큰 값을 갖되, 생체성분의 종류, 생체성분 추정 장치의 형태, 컴퓨팅 성능 중의 적어도 하나를 기초로 조절될 수 있다.
이때, 소정 SDS는 반사면의 모든 반사 각도를 동일하게 하거나 적어도 일부의 반사 각도를 다르게 함으로써 상기 복수의 피부 지점에 대해 모두 동일한 값을 갖거나 적어도 일부가 다른 값을 갖도록 설정될 수 있다.
이때, 생체성분은 혈당, 콜레스테롤, 중성 지방, 단백질, 지질 및 요산 등을 포함하는 혈중 성분, 및 수분, 콜라겐, 케라틴 및 엘라스틴 중의 하나 이상을 포함할 수 있다.
최대 허용 노광량 기준을 만족하는 소형화된 라만 센서를 구현할 수 있다.
도 1은 소형 라만 센서의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 2는 소형 라만 센서의 구조의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 소형 라만 센서의 광원 및 반사면의 배치의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 4는 도 2의 소형 라만 센서의 광원 및 반사면의 배치의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 5는 소형 라만 센서의 구조의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 6은 도 5의 소형 라만 센서의 광원 및 반사면의 배치의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 7은 소형 라만 센서의 구조의 또 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 8은 소형 라만 센서의 구조의 또 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 9는 도 8의 소형 라만 센서의 광원 및 반사면의 배치의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 10은 소형 라만 센서의 구조의 또 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 11은 생체 성분 추정 장치의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 12는 생체 성분 추정 장치의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 13은 손목형 웨어러블 디바이스를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.
한편, 각 단계들에 있어, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 수행될 수 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하고, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주 기능별로 구분한 것에 불과하다. 즉, 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있다. 각 구성부는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 소형 라만 센서의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 소형 라만 센서(100)는 광원부(110), 광 수집부(120) 및 검출기(130)를 포함할 수 있다.
광원부(110)는 복수의 광을 소정 SDS(source-detector separation)를 갖는 복수의 피부 지점에 조사할 수 있다. 이때, 소정 SDS(source-detector separation)는 예컨대, SDS가 피부의 샘플링 볼륨(sampling volume)의 유효 반경보다 큰 값일 수 있다. 여기서, SDS는 광원부(110)에 의해 조사된 광이 피부층을 관통하는 피부 지점으로부터 검출기(130)의 중심 위치에 대응하는 피부 지점까지의 거리를 의미할 수 있다. 또한, 광원부(110)는 최대 허용 노광량(maximum permissible exposure) 한도 내에서 각 광을 조사할 수 있다. 이때, 최대 허용 노광량을 만족하도록 광원부(110)에서 조사되는 각 광의 강도가 할당될 수 있다.
예컨대, 최대 허용 노광량이 a (mW/mm2)이고, 샘플링 볼륨의 유효 반경이 b (mm)이고, 4개의 광을 피부에 조사하는 경우, 광원부(110)는 4개의 광을 SDS가 c (mm) (b<c)인 4개의 피부 지점에 a/4 (mW/mm2)에 대응하는 강도로 조사할 수 있다. 즉, 광원부(110)는 제1 광을 a/4 (mW/mm2)에 대응하는 강도로 SDS가 c (mm)인 제1 지점에 조사하고, 제2 광을 a/4 (mW/mm2)에 대응하는 강도로 SDS가 c (mm)인 제2 지점에 조사하고, 제3 광을 a/4 (mW/mm2)에 대응하는 강도로 SDS가 c (mm)인 제3 지점에 조사하고, 제4 광을 a/4 (mW/mm2)에 대응하는 강도로 SDS가 c (mm)인 제4 지점에 조사할 수 있다.
광원부(110)는 복수의 광원을 포함할 수 있다. 각 광원은 소정 파장의 광 예컨대, 가시 광선 또는 적외선을 피부에 조사할 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며 측정 목적이나 분석 대상 등에 따라 각 광원으로부터 조사되는 광의 파장은 달라질 수 있다. 그리고 각 광원은 반드시 단일의 발광체로 구성될 필요는 없으며, 다수의 발광체의 집합으로 구성될 수도 있다. 각 광원이 다수의 발광체의 집합으로 구성되는 경우, 다수의 발광체는 서로 다른 파장의 광을 방출할 수도 있고 모두 동일한 파장의 광을 방출할 수도 있다. 또한 발광체를 다수의 그룹으로 구분하고, 각 그룹별로 상이한 파장의 광을 방출할 수도 있다. 예를 들어, 광원은 발광 다이오드(light emitting diode, LED) 또는 레이저 다이오드(laser diode)(예컨대, 빅셀(vertical cavity surface emitting laser, VCSEL) 등)으로 형성될 수 있으나 이는 일 예에 불과할 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.
광원부(110)는 특정 파장의 광을 통과시키기 위한 필터(예컨대, long pass filter, clean up filter, bandpass filter 등) 및/또는 조사된 광이 피부의 원하는 위치를 향하도록 하는 광학 요소(예컨대, 반사면 등)를 더 포함할 수 있다.
광 수집부(120)는 피부로부터의 라만 산란광을 수집할 수 있다. 이를 위해 광 수집부(120)는 필터(예컨대, 롱패스 필터(long pass filter), 클린업 필터(clean up filter) 등), 렌즈(예컨대, 평행화 렌즈(collimating lens), 포커싱 렌즈(focusing lens) 등), 파이버(fiber), 도파관 등을 포함할 수 있다.
검출기(130)는 광 수집부(120)에서 수집된 라만 산란광을 검출할 수 있다. 예를 들어, 검출기(130)는 포토 다이오드(photo diode), 포토 트랜지스터(photo transistor, PTr), 이미지 센서(CCD(charge-coupled device) 또는 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor)) 등을 포함할 수 있다. 검출기(130)는 반드시 하나의 소자로 구성될 필요는 없으며, 다수의 소자들이 모여 어레이 형태로 구성될 수도 있다. 또한, 검출기(130)는 다양한 파장의 광을 검출하기 위하여 필터를 포함할 수 있다.
본 실시예들에 따르면, 측정하고자 하는 생체성분의 종류, 파장 대역, 광의 세기, 라만 센서를 탑재한 장치의 형태, 크기 및 컴퓨팅 성능 중의 적어도 하나를 기초로 SDS를 다양하게 변경할 수 있다. 이를 통해 광 경로를 축소하거나 변경하여 라만 센서의 물리적 크기를 조절함으로써 소형 라만 센서를 구현할 수 있다.
도 2는 소형 라만 센서의 구조의 일 실시예를 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 소형 라만 센서의 광원 및 반사면의 배치의 일 실시예를 도시한 도면이다. 도 2 및 도 3의 소형 라만 센서(100a)는 도 1의 소형 라만 센서(100)의 일 실시예일 수 있다. 도 2 및 도 3은 8개의 광원(111)과 2개의 반사면(112a, 112b)을 포함하는 예를 도시하나, 이는 설명의 편의를 위함일 뿐 광원 및 반사면의 개수에 제한은 없다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 소형 라만 센서(100a)는 광원부(110), 광 수집부(120) 및 검출기(130)를 포함할 수 있다.
광원부(110)는 복수의 광원(111), 복수의 반사면(112) 및 필터(113)를 포함할 수 있다.
복수의 광원(111)은 동일 또는 상이한 파장의 광을 조사할 수 있다. 예컨대, 복수의 광원(111)은 모두 동일한 파장의 광을 조사하거나, 모두 상이한 파장의 광을 조사할 수 있다. 또한, 복수의 광원(111)을 복수의 그룹으로 구분하고, 각 그룹별로 상이한 파장의 광을 조사할 수도 있다. 이때 복수의 광원(111)의 각 광원에서 조사되는 광의 강도(intensity)는 최대 허용 노광량(maximum permissible exposure)을 만족하도록 할당될 수 있다.
예를 들어, 도 3을 참조하면 복수의 광원(111)은 광 수집부(120)를 중심으로 광 수집부(120) 외곽에 원형으로 배치될 수 있다. 다만, 이는 일 예에 불과할 뿐 광원의 배치 형태에 있어 제한이 되지 않는다. 예컨대, 복수의 광원(111)은 삼각형, 사각형, 오각형 등의 다각형 또는 광 수집부(120)를 중심으로 선형의 형태를 갖도록 배치될 수 있으며 라만 센서의 활용 형태에 따라 변형될 수 있다.
복수의 반사면(112)은 복수의 광원(111)에서 조사된 광이 복수의 피부 지점으로 향하도록 반사시킬 수 있다. 이때, 복수의 피부 지점은 SDS가 피부(10)의 샘플링 볼륨(11)의 유효 반경(r)보다 큰 지점일 수 있다. 복수의 반사면은 미러(mirror)일 수 있으나, 이에 제한되지 않으며 레이저 파장에 대한 반사율이 높아지도록 다양한 소재로 표면 처리된 물체일 수 있다.
복수의 반사면(112)은 제1 반사면(112a) 및 제2 반사면(112b)을 포함할 수 있다.
제1 반사면(112a)은 복수의 광원(111)에서 조사된 광(L1,L2)을 제1 방향(D11,D12)으로 반사시킬 수 있다. 이때 제1 방향은 광 수집부(120)의 중심 방향일 수 있다.
제2 반사면(112b)은 제1 반사면(112a)에 반사된 광을 제2 방향(D12,D22)으로 반사시킬 수 있다. 이때 제2 방향은 SDS가 피부(10)의 샘플링 볼륨(11)의 유효 반경(r)보다 큰 샘플링 볼륨(11) 주변의 피부 지점 방향일 수 있다.
제1 반사면(112a) 및 제2 반사면(112b)은 도 3에 도시된 바와 같이 광 수집부(120)를 중심으로 하는 동심의 링(ring)으로 형성될 수 있다. 이때 제1 반사면(112a)의 반경은 제2 반사면(112b)의 반경보다 클 수 있다. 다만, 제1 반사면(112a) 및/또는 제2 반사면(112b)가 반드시 링 형태일 필요는 없으며, 각 광원에 대응하도록 분리 형성될 수 있다.
한편, 도 3은 제1 반사면(112a) 및 제2 반사면(112b)이 모두 동일한 각도로 형성된 것을 예시하고 있으나 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 제2 반사면(112b) 중의 적어도 일부 또는 전부는 반사 각도가 다르게 설정될 수 있다. 예컨대 제1 광원에서 조사된 광(L1)을 제2 방향(D12)으로 반사시키기 위한 제2 반사면(112b)의 반사 각도는 제2 광원에서 조사된 광(L2)을 제2 방향(D22)으로 반사시키기 위한 제2 반사면(112b)의 반사 각도와 다르게 설정될 수 있다. 이와 같이 제2 반사면(112b)의 반사 각도를 조절함으로써 복수의 광원에 의해 조사된 광이 모두 동일한 SDS를 갖는 피부 지점 또는 적어도 일부가 서로 다른 SDS를 갖는 피부 지점으로 입사되도록 할 수 있다.
필터(113)는 제2 반사면(112b)에 반사된 광 중에서 특정 파장의 광을 통과시킬 수 있다. 예를 들어, 필터(113)는 롱 패스 필터(long pass filter), 크린업 필터(clean up filter), 밴드 패스 필터(bandpass filter) 등일 수 있다.
필터(113)는 광 수집부(120)가 피부(10)로부터의 라만 산란광을 수집할 수 있도록 중심부에 홀을 포함할 수 있다.
광 수집부(120)는 소형 라만 센서(100a)의 중심에 위치하여, 피부(10)로부터의 라만 산란광을 수집할 수 있다. 광 수집부(120)는 광 수집 쉴드(121), 렌즈(122) 및 필터(123)를 포함할 수 있다.
광 수집 쉴드(121)는 피부(10)와 렌즈(121) 사이의 광 수집 경로에 설치되어 라만 산란광 이외의 광 예컨대, 피부(10)에 난반사된 광이 수집되는 것을 방지할 수 있다.
렌즈(122)는 광 수집 쉴드(121)를 통과한 라만 산란광을 평행화(collimating)시킬 수 있다. 예컨대, 렌즈(121)는 평행화 렌즈(collimating lens)일 수 있다.
필터(123)는 평행화된 라만 산란광에서 특정 파장의 광을 제거할 수 있다. 예컨대, 필터(123)는 노치 필터, 롱패스 필터 등과 같은 제거 필터일 수 있다.
검출기(130)는 필터(123)를 통과한 라만 산란광을 검출할 수 있다. 예를 들어, 검출기(130)는 포토 다이오드(photo diode), 포토 트랜지스터(photo transistor, PTr), 이미지 센서(CCD(charge-coupled device) 또는 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor)) 등을 포함할 수 있다.
한편, 광원(111)의 개수 및 위치, 제1 반사면(112a) 및 제2 반사면(112b)의 위치 및 각도는 도 2 및 도 3에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 측정 목적, 분석 대상, 장치의 크기, 원하는 SDS 값 등에 따라 다양하게 설정 및 변경될 수 있다.
도 4는 도 2의 소형 라만 센서의 광원 및 반사면의 배치의 다른 실시예를 간략하게 도시한 평면도이다. 도 4는 8개의 광원(111)과 9개의 반사면(112a, 112c, 112d)을 포함하는 예를 도시하나, 이는 설명의 편의를 위함일 뿐 광원 및 반사면의 개수에 제한은 없다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 복수의 광원(111)은 조사되는 광의 파장에 따라 제1 그룹과 제2 그룹으로 구분될 수 있다. 제1 그룹에 속하는 복수의 광원(111a)은 제1 파장의 제1 광을 조사하고, 제2 그룹에 속하는 복수의 광원(111b)은 제2 파장의 제2 광을 조사할 수 있다. 이때 제1 파장과 제2 파장은 상이할 수 있다.
반사면(112)은 제1 반사면(112a) 및 제2 반사면(112b)을 포함하며, 제2 반사면(112b)은 복수의 제3 반사면(112c) 및 복수의 제4 반사면(112d)을 포함할 수 있다.
제3 반사면(112c)은 제1 반사면(112a)에 의해 반사된 제1 광을 제1 SDS를 갖는 제1 피부 지점으로 반사시키고, 제4 반사면(112d)은 제1 반사면(112a)에 의해 반사된 제2 광을 제2 SDS를 갖는 제2 피부 지점으로 반사시킬 수 있다. 이때, 제1 SDS 및 제2 SDS는 서로 다른 값으로 예컨대 제1 SDS가 제2 SDS 보다 작은 값일 수 있다. 제3 반사면(112c) 및 제4 반사면(112d)은 광 수집부(120)를 중심으로 하는 동심원으로 배열될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 이때 제4 반사면(112d)의 반경은 제3 반사면(112c)의 반경보다 클 수 있다.
실시예들에 따르면, 상이한 반경을 가지는 복수의 원으로 반사면을 배열함으로써 다양한 SDS 값에 따른 2차원 라만 이미지를 획득하는 것이 가능하며, 상이한 파장의 광을 조사하는 복수의 광원을 이용함으로써 다양한 파장에 대한 2차원 라만 이미지를 획득하는 것이 가능하다. 다만, 이에 제한되는 것이 아니라 측정 대상 물질의 종류와 신호 대역에 따라 한 파장만을 사용하고 도 4와 같이 서로 다른 SDS를 갖도록 하여 라만 이미지를 획득하는 것도 가능하다. 예를 들어, 수분을 고파장 영역에서 측정하기 위해 660 nm 또는 675 nm 단일 파장의 레이저를 사용하고, 2개 이상의 서로 다른 SDS에 따른 라만 산란광 이미지를 분석함으로써 수분을 측정할 수 있다. 이와 같이 SDS가 짧은 라만 이미지와 SDS가 긴 라만 이미지를 분석함으로써 피부 표면 근처와 상대적으로 표면 내부에서의 수분 함유 차이를 분석할 수 있다.
도 5는 소형 라만 센서의 구조의 다른 실시예를 도시한 도면이고, 도 6은 도 5의 소형 라만 센서의 광원 및 반사면의 배치의 일 실시예를 도시한 도면이다. 도 5 및 도 6의 소형 라만 센서(100b)는 도 1의 소형 라만 센서(100)의 일 실시예일 수 있다. 도 5 및 도 6은 8개의 광원(111)과 1개의 반사면(112)을 포함하는 예를 도시하나, 이는 설명의 편의를 위함일 뿐 광원 및 반사면의 개수에 제한은 없다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 소형 라만 센서(100b)는 광원부(110), 광 수집부(120) 및 검출기(130)를 포함할 수 있다.
광원부(110)는 복수의 광원(111), 반사면(112) 및 필터(113)를 포함할 수 있다.
복수의 광원(111)은 동일 또는 상이한 파장의 광을 조사할 수 있다. 예컨대, 복수의 광원(111)은 모두 동일한 파장의 광을 조사하거나, 모두 상이한 파장의 광을 조사할 수 있다. 또한, 복수의 광원(111)을 복수의 그룹으로 구분하고, 각 그룹별로 상이한 파장의 광을 조사할 수도 있다. 이때 최대 허용 노광량(maximum permissible exposure)을 만족하도록 복수의 광원(111)에 각 광원에서 조사되는 광의 강도(intensity)가 할당될 수 있다.
복수의 광원(111)은 광 수집부(120)를 중심으로 광 수집부(120) 외곽에 원형으로 배치될 수 있다. 다만, 그 형태에 제한되지 않으며, 광 수집부(120)를 중심으로 선형, 다각형 등의 다양한 형태로 변형될 수 있다.
반사면(112)은 복수의 광원(111)에서 조사된 광을 SDS가 피부(10)의 샘플링 볼륨(11)의 유효 반경(r)보다 큰 복수의 피부 지점으로 반사시킬 수 있다. 반사면(112)은 광 수집부(120)를 중심으로 하는 링으로 형성될 수 있다. 다만, 반드시 링 형태로 제한되는 것은 아니며 복수의 광원(111) 각각에 대응하는 분리된 형태로 제작될 수도 있다.
필터(113)는 반사면(112)에 반사된 광 중에서 특정 파장의 광을 통과시킬 수 있다. 예를 들어, 필터(113)는 롱 패스 필터(long pass filter), 크린업 필터(clean up filter), 밴드 패스 필터(bandpass filter) 등일 수 있다.
필터(113)는 광 수집부(120)가 피부(10)로부터의 라만 산란광을 수집할 수 있도록 중심부에 홀을 포함할 수 있다.
광 수집부(120)는 소형 라만 센서(100b)의 중심에 위치하여, 피부(10)로부터의 라만 산란광을 수집할 수 있다. 광 수집부(120)는 광 수집 쉴드(121), 렌즈(122) 및 필터(123)를 포함할 수 있다.
광 수집 쉴드(121)는 피부(10)와 렌즈(121) 사이의 광 수집 경로에 설치되어 라만 산란광 이외의 광 예컨대, 피부(10)에 난반사된 광이 수집되는 것을 방지할 수 있다.
렌즈(122)는 광 수집 쉴드(121)를 통과한 라만 산란광을 평행화(collimating)시킬 수 있다. 예컨대, 렌즈(121)는 평행화 렌즈(collimating lens)일 수 있다.
필터(123)는 평행화된 라만 산란광에서 특정 파장의 광을 제거할 수 있다. 예컨대, 필터(123)는 노치 필터, 롱패스 필터 등과 같은 제거 필터일 수 있다.
검출기(130)는 필터(123)를 통과한 라만 산란광을 검출할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 검출기(130)는 포토 다이오드(photo diode), 포토 트랜지스터(photo transistor, PTr), 이미지 센서(CCD(charge-coupled device) 또는 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor)) 등을 포함할 수 있다.
한편, 광원(111)의 개수 및 위치, 반사면(112)의 위치 및 각도는 도 5 및 도 6에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 측정 목적, 분석 대상, 장치의 크기, 원하는 SDS 값 등에 따라 다양하게 설정 및 변경될 수 있다.
도 7은 소형 라만 센서의 구조의 또 다른 실시예를 도시한 도면이다. 도 7의 소형 라만 센서(100c)는 도 1의 소형 라만 센서(100)의 일 실시예일 수 있다.
도 7을 참조하면, 소형 라만 센서(100c)는 광원부(110), 광 수집부(120) 및 검출기(130)를 포함할 수 있다.
광원부(110)는 복수의 광원(111) 및 필터(113)를 포함할 수 있다.
복수의 광원(111)은 동일 또는 상이한 파장의 광을 SDS가 피부(10)의 샘플링 볼륨(11)의 유효 반경(r)보다 큰 복수의 피부 지점으로 조사할 수 있다. 예컨대, 복수의 광원(111)은 모두 동일한 파장의 광을 조사하거나, 모두 상이한 파장의 광을 조사할 수 있다. 또한, 복수의 광원(111)을 복수의 그룹으로 구분하고, 각 그룹별로 상이한 파장의 광을 조사할 수도 있다. 이때 복수의 광원(111)에 각 광원에서 조사되는 광의 강도(intensity)는 최대 허용 노광량(maximum permissible exposure)을 만족하도록 설정될 수 있다.
도 3, 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이 복수의 광원(111)은 광 수집부(120)를 중심으로 광 수집부(120) 외곽에 원형으로 배치될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않음은 앞에서 설명한 바 있다.
필터(113)는 복수의 광원(111)에서 조사된 광 중에서 특정 파장의 광을 통과시킬 수 있다. 이때, 필터(113)는 롱 패스 필터(long pass filter), 크린업 필터(clean up filter), 밴드 패스 필터(bandpass filter) 등일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
필터(113)는 광 수집부(120)가 피부(10)로부터의 라만 산란광을 수집할 수 있도록 중심부에 홀을 포함할 수 있다.
광 수집부(120)는 소형 라만 센서(100c)의 중심에 위치하여, 피부(10)로부터의 라만 산란광을 수집할 수 있다. 광 수집부(120)는 광 수집 쉴드(121), 렌즈(122) 및 필터(123)를 포함할 수 있다.
광 수집 쉴드(121)는 피부(10)와 렌즈(121) 사이의 광 수집 경로에 설치되어 라만 산란광 이외의 광 예컨대, 피부(10)에 난반사된 광이 수집되는 것을 방지할 수 있다.
렌즈(122)는 광 수집 쉴드(121)를 통과한 라만 산란광을 평행화(collimating)시킬 수 있다. 예컨대, 렌즈(121)는 평행화 렌즈(collimating lens)일 수 있다.
필터(123)는 평행화된 라만 산란광에서 특정 파장의 광을 제거할 수 있다. 예컨대, 필터(123)는 노치 필터, 롱패스 필터 등과 같은 제거 필터일 수 있다.
검출기(130)는 필터(123)를 통과한 라만 산란광을 검출할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 검출기(130)는 포토 다이오드(photo diode), 포토 트랜지스터(photo transistor, PTr), 이미지 센서(CCD(charge-coupled device) 또는 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor)) 등을 포함할 수 있다.
한편, 광원(111)의 개수 및 위치는 도 7에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 측정 목적, 분석 대상, 장치의 크기, 원하는 SDS 값 등에 따라 다양하게 설정 및 변경될 수 있다.
도 8은 소형 라만 센서의 구조의 또 다른 실시예를 도시한 도면이고, 도 9는 도 8의 소형 라만 센서의 광원 및 반사면의 배치의 일 실시예를 도시한 도면이다. 도 8 및 도 9의 소형 라만 센서(100d)는 도 1의 소형 라만 센서(100)의 일 실시예일 수 있다. 도 8 및 도 9는 16개의 광원(111a, 111b)과 2개의 반사면(112a, 112b)을 포함하고, 16개의 광원(111a, 111b)이 2개의 그룹으로 구분되는 예를 도시하나, 이는 설명의 편의를 위함일 뿐 광원 및 반사면의 개수 및 그룹의 개수에 제한은 없다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 소형 라만 센서(100d)는 광원부(110), 광 수집부(120) 및 검출기(130)를 포함할 수 있다.
광원부(110)는 복수의 광원(111), 복수의 반사면(112) 및 필터(113)를 포함할 수 있다.
복수의 광원(111)은 위치 및/또는 조사되는 광의 파장에 따라 2개의 그룹으로 구분될 수 있다. 제1 그룹에 속하는 복수의 제1 광원(111a)은 제1 파장의 광을 조사하고, 제2 그룹에 속하는 복수의 제2 광원(111b)은 제2 파장의 광을 조사할 수 있다. 이때 제1 파장과 제2 파장은 상이할 수 있으며, 최대 허용 노광량(maximum permissible exposure)을 만족하도록 복수의 광원(111)에 각 광원에서 조사되는 광의 강도(intensity)가 할당될 수 있다.
제1 그룹에 속하는 복수의 제1 광원(111a)은 광 수집부(120)를 중심으로 광 수집부(120) 외곽에 원형으로 배치되고, 제2 그룹에 속하는 복수의 제2 광원(111b)은 제1 그룹에 속하는 복수의 제1 광원(111a)의 외곽에 원형으로 배치될 수 있다. 제1 그룹에 속하는 복수의 제1 광원(111a) 및 제2 그룹에 속하는 복수의 제2 광원(111b)은 동심원으로 배치될 수 있다. 다만, 이 광원들의 배치 형태는 일 예에 불과하고 측정 대상 물질 등에 따라 다양하게 변형된 형태를 가질 수 있다.
복수의 반사면(112)은 복수의 광원(111)에서 조사된 광이 SDS가 피부(10)의 샘플링 볼륨(11)의 유효 반경(r)보다 큰 복수의 피부 지점으로 향하도록 복수의 광원(111)에서 조사된 광을 반사시킬 수 있다. 복수의 반사면(112)은 제1 반사면(112a) 및 제2 반사면(112b)을 포함할 수 있다.
제1 반사면(112a)은 복수의 광원(111a)에서 조사된 제1 파장의 광을 제1 방향으로 반사시키고, 복수의 광원(111b)에서 조사된 제2 파장의 광을 제1 방향으로 반사시킬 수 있다. 이때 제1 방향은 광 수집부(120)의 중심 방향일 수 있다.
제2 반사면(112b)은 제1 반사면(112a)에 반사된 제1 파장의 광을 제2 방향으로 반사시키고, 제1 반사면(112a)에 반사된 제2 파장의 광을 제3 방향으로 반사시킬 수 있다. 이때, 제2 방향은 제1 SDS 를 갖는 피부 지점 방향이고, 제3 방향은 제2 SDS를 갖는 피부 지점 방향일 수 있다. 이때, 제1 SDS 및 제2 SDS는 피부(10)의 샘플링 볼륨(11)의 유효 반경(r)보다 큰 값으로 서로 다른 값일 수 있다.
제1 반사면(112a) 및 제2 반사면(112b)은 광 수집부(120)를 중심으로 하는 동심의 링으로 형성될 수 있다. 이때 제1 반사면(112a)의 반경은 제2 반사면(112b)의 반경보다 클 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
필터(113)는 제2 반사면(112b)에 반사된 광 중에서 특정 파장의 광을 통과시킬 수 있다. 일 실시예에 따르면, 필터(113)는 롱 패스 필터(long pass filter), 크린업 필터(clean up filter), 밴드 패스 필터(bandpass filter) 등일 수 있다.
일 실시예에 따르면 필터(113)는 광 수집부(120)가 피부(10)로부터의 라만 산란광을 수집할 수 있도록 중심부에 홀을 포함할 수 있다.
광 수집부(120)는 소형 라만 센서(100a)의 중심에 위치하여, 피부(10)로부터의 라만 산란광을 수집할 수 있다. 광 수집부(120)는 광 수집 쉴드(121), 렌즈(122) 및 필터(123)를 포함할 수 있다.
광 수집 쉴드(121)는 피부(10)와 렌즈(121) 사이의 광 수집 경로에 설치되어 라만 산란광 이외의 광 예컨대, 피부(10)에 난반사된 광이 수집되는 것을 방지할 수 있다.
렌즈(122)는 광 수집 쉴드(121)를 통과한 라만 산란광을 평행화(collimating)시킬 수 있다. 예컨대, 렌즈(121)는 평행화 렌즈(collimating lens)일 수 있다.
필터(123)는 평행화된 라만 산란광에서 특정 파장의 광을 제거할 수 있다. 예컨대, 필터(123)는 노치 필터, 롱패스 필터 등과 같은 제거 필터일 수 있다.
검출기(130)는 필터(123)를 통과한 라만 산란광을 검출할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 검출기(130)는 포토 다이오드(photo diode), 포토 트랜지스터(photo transistor, PTr), 이미지 센서(CCD(charge-coupled device) 또는 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor)) 등을 포함할 수 있다.
한편, 광원(111)의 개수 및 위치, 제1 반사면(112a) 및 제2 반사면(112b)의 위치 및 각도는 도 8 및 도 9에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 측정 목적, 분석 대상, 장치의 크기, 원하는 SDS 값 등에 따라 다양하게 설정 및 변경될 수 있다.
도 10은 소형 라만 센서의 구조의 또 다른 실시예를 도시한 도면이다. 도 10의 소형 라만 센서(100e)는 도 1의 소형 라만 센서(100)의 일 실시예일 수 있다.
도 10을 참조하면, 소형 라만 센서(100e)는 광원부(110), 광 수집부(120) 및 검출기(130)를 포함할 수 있다.
광원부(110)는 복수의 광원(111) 및 필터(113)를 포함할 수 있다.
복수의 광원(111)은 위치 및/또는 조사되는 광의 파장에 따라 2개의 그룹으로 구분될 수 있다. 제1 그룹에 속하는 복수의 광원(111a)은 제1 파장의 광을 제1 SDS를 갖는 복수의 피부 지점에 조사하고, 제2 그룹에 속하는 복수의 광원(111b)은 제2 파장의 광을 제2 SDS를 갖는 복수의 피부 지점에 조사할 수 있다. 이때 제1 파장과 제2 파장은 상이할 수 있으며, 최대 허용 노광량(maximum permissible exposure)을 만족하도록 복수의 광원(111)에 각 광원에서 조사되는 광의 강도(intensity)가 할당될 수 있다. 또한, 제1 SDS 및 제2 SDS는 피부(10)의 샘플링 볼륨(11)의 유효 반경(r)보다 클 수 있다.
예를 들어, 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 그룹에 속하는 복수의 광원(111a)은 광 수집부(120)를 중심으로 광 수집부(120) 외곽에 원형으로 배치되고, 제2 그룹에 속하는 복수의 광원(111b)은 제1 그룹에 속하는 복수의 광원(111a)의 외곽에 원형으로 배치될 수 있다. 이때, 제1 그룹에 속하는 복수의 광원(111a) 및 제2 그룹에 속하는 복수의 광원(111b)은 동심원 또는 다각형 등의 형태로 배치될 수 있다. 이와 같이, 복수의 광원이 서로 다른 SDS를 갖는 둘 이상의 피부 지점에 광을 조사하도록 배치됨에 따라 반사면의 생략이 가능하며 이를 통해 소형 라만 센서의 구현이 가능하다.
필터(113)는 복수의 광원(111)에서 조사된 광 중에서 특정 파장의 광을 통과시킬 수 있다. 일 실시예에 따르면, 필터(113)는 롱 패스 필터(long pass filter), 크린업 필터(clean up filter), 밴드 패스 필터(bandpass filter) 등일 수 있다.
필터(113)는 광 수집부(120)가 피부(10)로부터의 라만 산란광을 수집할 수 있도록 중심부에 홀을 포함할 수 있다.
광 수집부(120)는 소형 라만 센서(100c)의 중심에 위치하여, 피부(10)로부터의 라만 산란광을 수집할 수 있다. 광 수집부(120)는 광 수집 쉴드(121), 렌즈(122) 및 필터(123)를 포함할 수 있다.
광 수집 쉴드(121)는 피부(10)와 렌즈(121) 사이의 광 수집 경로에 설치되어 피부(10)에 난반사된 광이 수집되는 것을 방지할 수 있다.
렌즈(122)는 광 수집 쉴드(121)를 통과한 라만 산란광을 평행화(collimating)시킬 수 있다. 예컨대, 렌즈(121)는 평행화 렌즈(collimating lens)일 수 있다.
필터(123)는 평행화된 라만 산란광에서 특정 파장의 광을 제거할 수 있다. 예컨대, 필터(123)는 노치 필터, 롱패스 필터 등과 같은 제거 필터일 수 있다.
검출기(130)는 필터(123)를 통과한 라만 산란광을 검출할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 검출기(130)는 포토 다이오드(photo diode), 포토 트랜지스터(photo transistor, PTr), 이미지 센서(CCD(charge-coupled device) 또는 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor)) 등을 포함할 수 있다.
한편, 광원(111)의 개수 및 위치는 도 10에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 측정 목적, 분석 대상, 장치의 크기, 원하는 SDS 값 등에 따라 다양하게 설정 및 변경될 수 있다.
또한 도 1 내지 도 10를 설명함에 있어, 광원(111) 및 반사면(112)은 고정된 것으로 설명하였으나 이에 한정되지 않는다. 즉, 광원(111) 및/또는 반사면(112)은 소정의 제어 신호에 따라 이동 또는 회전할 수 있으며, 광원(111) 및/또는 반사면(112)의 이동 또는 회전을 통해 다양한 SDS 값에 대한 라만 산란광을 검출하는 것이 가능하다.
도 11은 생체 성분 추정 장치의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 11의 생체 성분 추정 장치(1100)는 전자 장치에 탑재되거나, 하우징으로 감싸져 별개의 장치로 형성될 수 있다. 전자 장치는 휴대폰, 스마트폰, 태블릿, 노트북, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 플레이어, 디지털 카메라, 웨어러블 디바이스 등을 포함할 수 있고, 웨어러블 디바이스는 손목시계형, 손목 밴드형, 반지형, 벨트형, 목걸이형, 발목 밴드형, 허벅지 밴드형, 팔뚝 밴드형 등을 포함할 수 있다. 그러나 전자 장치는 상술한 예에 제한되지 않으며, 웨어러블 디바이스 역시 상술한 예에 제한되지 않는다.
도 11을 참조하면, 생체 성분 추정 장치(1100)는 소형 라만 센서(100) 및 프로세서(1110)를 포함할 수 있다. 여기서 소형 라만 센서(100)는 도 1 내지 도 10을 참조하여 전술한 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
프로세서(1110)는 생체 성분 추정 장치(1100)의 전반적인 동작을 제어하고, 생체 성분 추장 장치(1100)의 동작과 관련된 각종 신호를 처리할 수 있다.
프로세서(1110)는 소형 라만 센서(100)의 각 광원을 소정의 제어 신호에 따라 순차적으로 또는 동시에 구동할 수 있다. 이때, 프로세서(1130)는 설정된 광원 구동 조건을 참조하여 소형 라만 센서(100)의 각 광원을 구동시킬 수 있다. 이때, 광원 구동 조건은 각 광원의 방출 시간, 구동 순서, 전류의 세기(current intensity) 및 펄스 지속 시간(pulse duration) 등을 포함할 수 있다.
프로세서(1110)는 소형 라만 센서(100)를 통해 검출된 라만 산란광을 기반으로 피부에 대한 2차원 라만 이미지를 획득할 수 있다. 소형 라만 센서(100)의 광원 및/또는 반사면이 이동 또는 회전 가능한 경우, 프로세서(1110)는 소정의 제어 신호에 따라 광원 및/또는 반사면을 이동 또는 회전시켜 다양한 SDS 값에 따른 2차원 라만 이미지를 획득할 수 있다.
프로세서(1110)는 획득된 2차원 라만 이미지를 분석하여 피검체의 생체 성분을 추정할 수 있다. 여기서, 생체 성분은 혈당, 콜레스테롤, 중성 지방, 단백질, 지질 및 요산 등을 포함하는 혈중 성분, 및 수분, 콜라겐, 케라틴 및 엘라스틴 등을 포함하는 피부 내 성분 등을 포함할 수 있다.
도 12는 생체 성분 추정 장치의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 12를 참조하면, 생체 성분 추정 장치(1200)는 소형 라만 센서(100), 프로세서(1110), 입력부(1210), 저장부(1220), 통신부(1230), 및 출력부(1240)를 포함할 수 있다. 여기서, 소형 라만 센서(100) 및 프로세서(1110)은 도 1 내지 도 11을 참조하여 전술한 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
입력부(1210)는 사용자로부터 다양한 조작신호를 입력 받을 수 있다. 일 실시예에 따르면, 입력부(1210)는 키 패드(key pad), 돔 스위치(dome switch), 터치 패드(touch pad), 조그 휠(Jog wheel), 조그 스위치(Jog switch), H/W 버튼 등을 포함할 수 있다. 특히, 터치 패드가 디스플레이와 상호 레이어 구조를 이룰 경우, 이를 터치 스크린이라 부를 수 있다.
저장부(1220)는 생체 성분 추정 장치(1200)의 동작을 위한 프로그램 또는 명령들을 저장할 수 있고, 생체 성분 추정 장치(1200)에 입력되는 데이터 및 생체 성분 추정 장치(1200)에서 처리된 데이터를 저장할 수 있다. 또한, 저장부(1220)는 획득된 피부의 2차원 라만 이미지 및/또는 추정된 생체 정보 등을 저장할 수 있다.
저장부(1220)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드 디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예컨대, 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 등 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 또한, 생체 성분 추정 장치(1200)는 인터넷 상에서 저장부(1220)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage) 등 외부 저장 매체를 운영할 수도 있다.
통신부(1230)는 외부 장치와 통신을 수행할 수 있다. 예컨대, 통신부(1230)는 사용자로부터 입력된 데이터, 획득된 2차원 라만 이미지 데이터 및/또는 생체 정보 등을 외부 장치로 전송하거나, 외부 장치로부터 2차원 라만 이미지 획득 및/또는 생체 성분 추정에 도움이 되는 다양한 데이터를 수신할 수 있다.
이때, 외부 장치는 사용자로부터 입력된 데이터, 2차원 라만 이미지 데이터 및/또는 생체 정보 등을 사용하는 의료 장비, 결과물을 출력하기 위한 프린트 또는 디스플레이 장치일 수 있다. 이외에도 외부 장치는 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터, 휴대폰, 스마트 폰, 태블릿, 노트북, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 플레이어, 디지털 카메라, 웨어러블 디바이스 등 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
통신부(1230)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 장치와 통신할 수 있다. 그러나, 이는 일 예에 불과할 뿐이며, 이에 한정되는 것은 아니다.
출력부(1240)는 사용자로부터 입력된 데이터, 2차원 라만 이미지 데이터 및/또는 생체 정보 등을 출력할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 출력부(1160)는 사용자로부터 입력된 데이터, 2차원 라만 이미지 데이터 및/또는 생체 정보 등을 청각적 방법, 시각적 방법 및 촉각적 방법 중 적어도 하나의 방법으로 출력할 수 있다. 이를 위해 출력부(1240)는 디스플레이, 스피커, 진동기 등을 포함할 수 있다.
도 13은 손목형 웨어러블 디바이스를 도시한 도면이다.
도 13을 참조하면, 손목형 웨어러블 디바이스(1300)는 스트랩(1310) 및 본체(1320)를 포함할 수 있다.
스트랩(1310)은 본체(1320)의 양측에 연결되어 서로 체결될 수 있도록 분리 형성되거나, 스마트 밴드 형태로 일체로 형성될 수 있다. 스트랩(1310)은 본체(1320)가 사용자의 손목에 착용되도록 손목을 감쌀 수 있도록 플렉서블(flexible)한 부재로 형성될 수 있다.
본체(1320)는 본체 내부에 전술한 생체 성분 추정 장치(1100, 1200)를 탑재할 수 있다. 또한, 본체(1320) 내부에는 생체 성분 추정 장치(1100, 1200)에 전원을 공급하는 배터리가 내장될 수 있다.
소형 라만 센서(100)는 본체(1320) 하부에 사용자의 손목을 향해 노출되도록 장착될 수 있다. 이를 통해 사용자가 손목형 웨어러블 디바이스(1300)를 착용하면 자연스럽게 소형 라만 센서(100)가 사용자의 피부에 접촉할 수 있다. 이때 소형 라만 센서(100)는 피부에 광을 조사하고 피부로부터의 라만 산란광을 수집 및 검출할 수 있다.
손목형 웨어러블 디바이스(1300)는 본체(1320)에 장착되는 디스플레이(1321)와 입력부(1322)를 더 포함할 수 있다. 디스플레이(1321)는 생체 성분 추정 장치(1100, 1200) 및/또는 손목형 웨어러블 디바이스(1300)에서 처리된 데이터 및 처리 결과 데이터 등을 표시할 수 있다. 입력부(1322)는 사용자로부터 다양한 조작신호를 입력 받을 수 있다.
이상의 기술적 내용은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있다. 상기의 프로그램을 구현하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함할 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 디스크 등을 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 작성되고 실행될 수 있다.
100: 소형 라만 센서
110: 광원부
120: 광 수집부
130: 검출기

Claims (29)

  1. 소정 SDS(source-detector separation)를 갖는 복수의 피부 지점에 광을 조사하는 복수의 광원을 포함하는 광원부;
    상기 피부로부터의 라만 산란광을 수집하는 광 수집부; 및
    상기 수집된 라만 산란광을 검출하는 검출기; 를 포함하는, 소형 라만 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광원부는
    최대 허용 노광량(maximum permissible exposure) 한도 내에서 광을 조사하도록 각 광원의 광 강도를 조절하는, 소형 라만 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 소정 SDS는
    피부의 샘플링 볼륨(sampling volume) 보다 큰 값을 갖는, 소형 라만 센서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 샘플링 볼륨의 중심은 상기 광 수집부의 중심부에 위치하도록 배치되는, 소형 라만 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 SDS는,
    라만 산란광이 수집되는 피부의 수집 영역의 중심과 광이 입사되는 피부 지점 사이의 거리를 나타내는, 소형 라만 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 광원은
    상기 광 수집부를 중심으로 선형, 원형 및 다각형 중의 적어도 하나의 형태로 배열되는, 소형 라만 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광원부는,
    상기 복수의 광원에서 조사된 광을 샘플링 볼륨 주변의 복수의 피부 지점으로 반사시키는 반사면을 더 포함하는, 소형 라만 센서.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 반사면은,
    복수의 광원에서 조사된 광을 소정 방향으로 반사시키는 제1 반사면; 및
    제1 반사면에 의해 반사된 광을 상기 복수의 피부 지점으로 반사시키는 제2 반사면;을 포함하는, 소형 라만 센서.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 소정 방향은 상기 광 수집부의 중심 방향인, 소형 라만 센서.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면은 동심의 링으로 형성되는, 소형 라만 센서.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 소정 SDS는 상기 제2 반사면의 반사 각도를 통해 조절되는, 소형 라만 센서.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 소정 SDS는
    상기 제2 반사면의 모든 반사 각도를 동일하게 하거나 적어도 일부의 반사 각도를 다르게 함으로써 상기 복수의 피부 지점에 대해 모두 동일한 값을 갖거나 적어도 일부가 다른 값을 갖도록 설정되는 소형 라만 센서.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 광원부는
    상기 반사된 광 중에서 특정 파장의 광을 통과시키는 필터; 를 더 포함하는, 소형 라만 센서.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 제2 반사면은
    제1 반사면에 의해 반사된 제1 광을 제1 SDS를 갖는 제1 피부 지점으로 반사시키는 제3 반사면; 및
    제1 반사면에 반사된 제2 광을 제2 SDS를 갖는 제2 피부 지점으로 반사시키는 제4 반사면;을 포함하는, 소형 라만 센서.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제3 반사면과 상기 제4 반사면은 동심원으로 배열되는, 소형 라만 센서.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제3 반사면의 반경과 제4 반사면의 반경은 서로 다른, 소형 라만 센서.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 소정 SDS는
    측정 대상 물질의 종류, 파장 대역, 광의 세기, 라만 센서를 탑재한 장치의 형태, 크기 및 컴퓨팅 성능 중의 적어도 하나를 기초로 설정되는, 소형 라만 센서.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 광원부는,
    상기 조사된 광 중에서 특정 파장의 광을 통과시키는 필터;를 더 포함하는, 소형 라만 센서.
  19. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 광원은
    제1 파장의 제1 광을 조사하는 제1 광원 및 제2 파장의 제2 광을 조사하는 제2 광원을 포함하고,
    상기 광원부는,
    상기 제1 광 및 제2 광을 각각 제1 SDS를 갖는 제1 피부 지점 및 제2 SDS를 갖는 제2 피부 지점으로 반사시키는 반사면을 더 포함하는, 소형 라만 센서.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제1 광원과 상기 제2 광원은 동심원 형태로 배열되고, 각각 서로 다른 반경을 갖는, 소형 라만 센서.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 반사면은,
    상기 제1 광 및 상기 제2 광을 소정 방향으로 반사시키는 제1 반사면; 및
    상기 반사된 제1 광을 상기 제1 피부 지점으로 반사시키고, 상기 반사된 제2 광을 상기 제2 피부 지점으로 반사시키는 제2 반사면;을 포함하는, 소형 라만 센서.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 광원부는
    상기 반사된 제1 광 중에서 제1 특정 파장의 광을 통과시키고, 상기 반사된 제2 광 중에서 제2 특정 파장의 광을 통과시키는 필터; 를 더 포함하는, 소형 라만 센서.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 광 수집부는,
    상기 피부로부터의 라만 산란광을 콜리메이션시키는 렌즈; 및
    상기 콜리메이션된 라만 산란광에서 특정 파장의 광을 제거하는 필터; 를 포함하는, 소형 라만 센서.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 광 수집부는,
    피부와 렌즈 사이의 광 수집 경로에 배치되어, 라만 산란광 이외의 광의 수집을 방지하기 위한 광 수집 쉴드; 를 더 포함하는, 소형 라만 센서.
  25. 소정 SDS(source-detector separation)를 갖는 복수의 피부 지점에 광을 조사하는 복수의 광원을 포함하는 광원부, 상기 복수의 광원의 중심에 배치되며 피부로부터의 라만 산란광을 수집하는 광 수집부 및, 상기 수집된 라만 산란광을 검출하는 검출기를 포함하는 라만 센서; 및
    상기 라만 센서를 제어하며, 상기 라만 센서를 통해 검출된 라만 산란광을 기초로 생체성분을 추정하는 프로세서를 포함하는 생체성분 추정 장치.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 광원부는
    상기 복수의 광원에 의해 조사된 광을 소정 SDS를 갖는 복수의 피부 지점으로 반사시키는 반사면을 더 포함하는 생체성분 추정 장치.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 소정 SDS는
    샘플링 볼륨의 반경보다 큰 값을 갖되, 추정하고자 하는 생체성분의 종류, 생체성분 추정 장치의 형태, 컴퓨팅 성능 중의 적어도 하나를 기초로 조절되는 생체성분 추정 장치.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 소정 SDS는
    상기 반사면의 모든 반사 각도를 동일하게 하거나 적어도 일부의 반사 각도를 다르게 함으로써 복수의 피부 지점에 대해 모두 동일한 값을 갖거나 적어도 일부가 다른 값을 갖도록 설정되는 생체성분 추정 장치.
  29. 제25항에 있어서,
    상기 생체성분은 혈당, 콜레스테롤, 중성 지방, 단백질, 지질 및 요산 등을 포함하는 혈중 성분, 및 수분, 콜라겐, 케라틴 및 엘라스틴 중의 하나 이상을 포함하는 생체성분 추정 장치.
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