KR20230171360A - 전자 장치 및 그 전자 장치를 이용한 체온 추정 방법 - Google Patents
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Abstract
체온 추정을 위한 전자 장치가 개시된다. 일 실시예에 따르면 전자 장치는 신체 측정 위치 표면의 제1 온도를 측정하는 제1 온도 센서, 제1 온도 센서로부터 이격 배치되어 본체 내부의 제2 온도를 측정하는 제2 온도 센서, 제1 온도 센서로부터 제2 온도 센서에 비해 더 먼 거리에 배치되어 본체 내부의 제3 온도를 측정하는 제3 온도 센서 및 제1 온도, 제2 온도 및 제3 온도를 기초로 신체 측정 위치의 중심 온도를 추정하고, 제2 온도 및 상기 제3 온도를 기초로 본체 외부 주변 온도를 추정하고, 추정된 신체 측정 위치의 중심 온도와 본체 외부 주변 온도를 기초로 사용자의 체온을 추정하는 프로세서를 포함할 수 있다.
Description
전자 장치를 이용하여 주변 기온 및 체온을 추정하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로 체온은 4대 활력징후(vital sign) 중의 하나로서 매우 중요한 임상적 의의를 지닌다. 체온 센서는 환자의 감염 여부, 약물의 열적 부작용 여부, 여성의 배란 시기 체크 등 다양한 애플리케이션에 적용이 가능하다. 하지만 신체의 말초 부위 온도 예컨대 손목 온도나 피부 온도와 측정하고자 하는 심부 체온은 차이가 있으며, 특히 말초 부위 온도는 기온과 같은 외부 온도에 따른 변동성이 크다. 따라서 말초 부위의 온도를 측정하는 웨어러블 기기에서 정확히 심부 체온을 추정하는 것은 쉽지 않다. 일반적인 체온 센서는 접촉식과 비접촉식으로 구분할 수 있다. 접촉식 센서에는 RTD(Resistance Temperature Detector), 서미스터(thermistor) 등 전기적 저항 변화를 검출하는 센서, 기전력을 검출하는 서모커플(thermocouple) 등이 있다. 또한, 비접촉식 센서에는 서모파일(thermopile), 마이크로 볼로미터 등이 있는데 이들은 체표면에서 복사하는 적외선을 검출하여 체온을 측정한다. 일반적인 체온 측정 기술은 외부 주변 온도의 변화와 습도, 공기 흐름 등 열전달에 영향을 미치는 환경 요소의 변화에 의해 영향을 많이 받게 된다.
온도 기반 센서를 포함하는 복수의 센서를 이용하여 주변 기온 및 사용자의 체온을 추정하는 전자 장치 및 체온 추정 방법이 제시된다.
일 양상에 따르면, 전자 장치는 신체 측정 위치 표면의 제1 온도를 측정하는 제1 온도 센서, 제1 온도 센서로부터 이격 배치되어 본체 내부의 제2 온도를 측정하는 제2 온도 센서, 제1 온도 센서로부터 제2 온도 센서에 비해 더 먼 거리에 배치되어 본체 내부의 제3 온도를 측정하는 제3 온도 센서 및 제1 온도, 제2 온도 및 제3 온도를 기초로 신체 측정 위치의 중심 온도를 추정하고, 제2 온도 및 상기 제3 온도를 기초로 본체 외부 주변 온도를 추정하고, 추정된 신체 측정 위치의 중심 온도와 본체 외부 주변 온도를 기초로 사용자의 체온을 추정하는 프로세서를 포함할 수 있다.
프로세서는 신체 기준 위치로부터 신체 측정 위치까지의 열손실을 획득하고, 획득한 열손실을 기초로 신체 측정 위치의 중심 온도를 보정하여 체온을 추정할 수 있다.
프로세서는 제1 온도와 본체 외부 주변 온도와의 차를 기초로 열손실을 획득할 수 있다.
이때, 전자 장치는 광원과 디텍터를 포함하여 사용자의 맥파 신호를 측정하는 맥파 센서를 더 포함하고, 프로세서는 제1 온도와 상기 제2 온도의 차를 기초로 제1 열유속을 추정하고, 맥파 신호를 기초로 피부 혈류량을 추정하고, 제1 열유속, 제1 온도, 및 피부 혈류량을 기초로 신체 측정 위치의 중심 온도를 추정할 수 있다.
프로세서는 추정된 제1 열유속과 피부 혈류량의 비와 제1 온도를 결합하여 신체 측정 위치의 중심 온도를 추정할 수 있다.
프로세서는 제2 온도와 제3 온도의 차를 기초로 제2 열유속을 추정하고, 추정된 제2 열유속과 제3 온도를 결합하여 본체 외부 주변 온도를 추정할 수 있다.
프로세서는 제2 온도 센서와 제3 온도 센서 사이에 배치된 열전도 소재의 저항값, 제3 온도 센서와 본체의 표면 사이에 배치된 열전도 소재의 저항값, 및 본체의 표면의 저항값을 기초로 제2 열유속을 보정할 수 있다.
이때, 제1 온도 센서, 제2 온도 센서, 및 제3 온도 센서 중에서 적어도 하나는 서미스터(thermistor)일 수 있다.
제1 온도 센서는 본체와 신체의 접촉면으로부터 수직 거리가 5 mm 이하에 위치할 수 있다.
제3 온도 센서는 본체의 표면으로부터 아래 방향으로 수직 거리가 10mm 이하에 위치할 수 있다.
제1 온도 센서와 제2 온도 센서 사이의 거리는 10mm 이내이고, 제3 온도 센서와 제2 온도 센서 사이의 거리는 50mm 이내일 수 있다.
전자 장치는 제1 온도, 제2 온도, 제3 온도, 신체 측정 위치의 중심 온도, 본체 외부 주변 온도, 및 체온 중의 적어도 하나를 출력하는 디스플레이를 더 포함할 수 있다.
일 양상에 따른, 전자 장치가 체온을 추정하는 방법은 제1 온도 센서에 의해 신체 측정 위치 표면의 제1 온도를 측정하는 단계, 제1 온도 센서로부터 이격 배치된 제2 온도 센서에 의해 본체 내부의 제2 온도를 측정하는 단계, 제1 온도 센서로부터 제2 온도 센서에 비해 더 먼 거리에 배치된 제3 온도 센서에 의해 본체 내부의 제3 온도를 측정하는 단계, 제1 온도 및 제2 온도를 기초로 신체 측정 위치의 중심 온도를 추정하는 단계, 제2 온도 및 제3 온도를 기초로 본체 외부 주변 온도를 추정하는 단계 및 추정된 신체 측정 위치의 중심 온도와 본체 외부 주변 온도를 기초로 사용자의 체온을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
사용자의 체온을 추정하는 단계는 신체 기준 위치로부터 신체 측정 위치까지의 열손실을 획득하고, 획득한 열손실을 기초로 신체 측정 위치의 중심 온도를 보정하여 체온을 추정할 수 있다.
사용자의 체온을 추정하는 단계는 제1 온도와 본체 외부 주변 온도와의 차를 기초로 열손실을 획득할 수 있다.
신체 측정 위치의 중심 온도를 추정하는 단계는 제1 온도 및 제2 온도를 기초로 제1 열유속을 추정하고, 제1 열유속, 제1 온도, 및 맥파 센서에 의해 측정된 피부 혈류량을 기초로 신체 측정 위치의 중심 온도를 추정할 수 있다.
본체 외부 주변 온도를 추정하는 단계는 제2 온도와 제3 온도의 차를 기초로 제2 열유속을 추정하고, 추정된 제2 열유속과 제3 온도를 결합하여 본체 외부 주변 온도를 추정할 수 있다.
본체 외부 주변 온도를 추정하는 단계는 제2 온도 센서와 제3 온도 센서 사이에 배치된 열전도 소재의 저항값, 제3 온도 센서와 본체의 표면 사이에 배치된 열전도 소재의 저항값, 및 본체의 표면의 저항값을 기초로 제2 열유속을 보정할 수 있다.
일 양상에 따른 웨어러블 기기는 본체 및 본체에 연결되는 스트랩을 포함하고, 본체는 사용자의 피부 온도를 측정하는 제1 온도 센서, 본체의 제1 내부 온도를 측정하는 제2 온도 센서, 본체의 제2 내부 온도를 측정하는 제3 온도 센서 및 피부 온도 및 제1 내부 온도를 기초로 신체 측정 위치의 중심 온도를 추정하고, 제1 내부 온도와 제2 내부 온도를 기초로 본체 외부 주변 온도를 추정하고, 신체 측정 위치의 중심 온도와 본체 외부 주변 온도를 기초로 사용자의 체온을 추정하는 프로세서를 포함하고, 제2 온도 센서는 본체의 두께 방향으로 제1 온도 센서와 제3 온도 센서 사이에 배치될 수 있다.
이때, 웨어러블 기기는 디스플레이, 제1 온도 센서와 PPG(Photoplethysmography) 센서가 연결되는 센서 회로 보드 및 센서 회로 보드와 상기 디스플레이 사이에 상기 프로세서가 연결되어 배치되는 주 회로 보드를 더 포함할 수 있으며, 제2 온도 센서는 센서 회로 보드와 주 회로 보드 사이에 배치될 수 있으며, 제3 온도 센서는 상기 주 회로 보드와 상기 디스플레이 사이에 배치될 수 있다.
일 양상에 따르면, 웨어러블 기기는 본체, 본체의 양단에 연결되는 스트랩, 신체 접촉면으로부터 서로 다른 거리에 배치되어 제1 온도를 측정하는 제1 온도 센서, 제2 온도를 측정하는 제2 온도 센서, 및 제3 온도를 측정하는 제3 온도 센서, 및 본체가 착용된 상태에서, 제1 온도 및 제2 온도를 기초로 제1 열유속을 추정하고, 추정된 제1 열유속 및 제1 온도를 기초로 신체 측정 위치의 중심 온도를 추정하고, 제2 온도 및 제3 온도를 기초로 제2 열유속을 추정하고, 추정된 제2 열유속 및 제3 온도를 기초로 본체 외부 주변 온도를 추정하고, 추정된 신체 측정 위치의 중심 온도와 상기 본체 외부 주변 온도를 기초로 사용자의 체온을 추정하는 프로세서를 포함할 수 있다.
다른 양상에 따르면, 전자 장치는 하나 이상의 명령어들을 저장하는 메모리, 복수의 온도 센서에 의해 측정된 제1 온도, 제2 온도, 및 제3 온도를 수신하는 통신부, 및 하나 이상의 명령어들을 실행하여 사용자의 체온을 추정하는 프로세서를 포함하고, 프로세서는 제1 온도 및 상기 제2 온도를 기초로 제1 열유속을 추정하고, 추정된 제1 열유속 및 제1 온도를 기초로 신체 측정 위치의 중심 온도를 추정하고, 제2 온도 및 상기 제3 온도를 기초로 제2 열유속을 추정하고, 추정된 제2 열유속 및 상기 제3 온도를 기초로 본체 외부 주변 온도를 추정하고, 추정된 신체 측정 위치의 중심 온도와 본체 외부 주변 온도를 기초로 사용자의 체온을 추정할 수 있다.
온도 기반 센서를 포함하는 복수의 센서를 이용하여 신체 측정 위치의 중심 온도와 본체 외부 주변 온도를 추정하고 이를 기초로 사용자의 체온을 추정하여 체온 추정의 정확성을 높일 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 일 실시예에 따른 전자 장치의 블록도이다.
도 2a 및 도 2b는 일 실시예에 따른 전자 장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3a, 3b 및 3c는 일 실시예에 따른 맥파 신호의 특징으로부터 혈류량을 추정하는 것을 도시한 것이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 체온 추정을 위한 전자 장치의 블록도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 체온 추정 방법의 흐름도이다.
도 6 내지 도 14는 전자 장치의 구조들을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 15는 일 실시예에 따른 온도 센서를 사용하여 온도를 측정하는 실험 결과를 나타낸 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 일 실시예에 따른 전자 장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3a, 3b 및 3c는 일 실시예에 따른 맥파 신호의 특징으로부터 혈류량을 추정하는 것을 도시한 것이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 체온 추정을 위한 전자 장치의 블록도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 체온 추정 방법의 흐름도이다.
도 6 내지 도 14는 전자 장치의 구조들을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 15는 일 실시예에 따른 온도 센서를 사용하여 온도를 측정하는 실험 결과를 나타낸 도면이다.
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.
또한, "적어도 하나의"와 같은 표현은 예컨대, "a, b 및 c 중에서 적어도 하나"라는 표현은 a만, b만, c만, a 및 b, a 및 c, b 및 c, 또는 a, b 및 c를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
이하에서 설명하는 다양한 실시 예들에 따른 전자 장치는 예컨대 웨어러블 기기, 스마트폰, 태블릿 PC, 이동 전화기, 영상 전화기, 전자책 리더기, 데스크탑 PC, 랩탑 PC, 넷북 컴퓨터, 워크스테이션, 서버, PDA, PMP(portable multimedia player), MP3 플레이어, 의료기기, 카메라 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 웨어러블 기기는 액세서리형(예: 시계, 반지, 팔찌, 발찌, 목걸이, 안경, 콘택트 렌즈, 또는 머리 착용형 장치(headmounted-device(HMD)), 직물 또는 의류 일체형(예: 전자 의복), 신체 부착형(예: 스킨 패드 또는 문신), 또는 생체 이식형 회로 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며 예컨대 각종 휴대용 의료측정기기(항산화 측정기, 혈당 측정기, 심박 측정기, 혈압 측정기, 또는 체온 측정기 등), MRA(magnetic resonance angiography), MRI(magnetic resonance imaging), CT(computed tomography), 촬영기, 또는 초음파기 등) 등의 각종 의료기기를 포함할 수 있다. 다만, 전술한 장치들에 한정되는 것은 아니다.
도 1a 및 도 1b는 일 실시예에 따른 전자 장치의 블록도이다. 도 2a 및 도 2b는 일 실시예에 따른 전자 장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 1a를 참조하면, 전자 장치(100)는 전자 장치(100)의 본체(110) 내에 센서(120) 및 프로세서(130)를 포함할 수 있다. 센서(120)는 복수의 센서를 포함하여 체온 추정을 위한 데이터를 획득할 수 있으며, 프로세서(130)는 센서(120)에서 획득된 데이터를 이용하여 사용자의 체온을 추정할 수 있다.
센서(120)는 제1 온도 센서(121), 제2 온도 센서(122), 및 제3 온도 센서(123)를 포함할 수 있으며, 제1 온도 센서(121), 제2 온도 센서(122), 및 제3 온도 센서(123)는 본체(110) 내의 서로 다른 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 온도 센서(121)는 본체(110)와 사용자의 신체의 접촉면으로부터 수직 거리(예: 두께 방향)가 5mm 이하에 위치할 수 있으며, 제3 온도 센서(123)는 본체(110)의 접촉면으로부터 아래 방향으로 수직 거리가 10mm 이하에 위치할 수 있다. 또한, 제1 온도 센서(121)와 제2 온도 센서(122) 사이의 수직 거리는 10mm 이내이고, 제3 온도 센서(123)와 제2 온도 센서(122) 사이의 거리는 50mm 이내일 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 제1 온도 센서(121), 제2 온도 센서(122), 및 제3 온도 센서(123) 중에서 적어도 두 개는 일직선상에 배치될 수 있으며 또한, 제1 온도 센서(121), 제2 온도 센서(122), 및 제3 온도 센서(123)는 본체(110) 내에 서로 떨어져 배치될 수도 있다. 제1 온도 센서(121), 제2 온도 센서(122), 및 제3 온도 센서(123)의 배치는 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 제1 온도 센서(121) 및 제2 온도 센서(122)는 손목에 의해 접촉되도록 본체(110)의 후면에 배치될 수 있으며, 제3 온도 센서(123)는 손가락에 의해 접촉되도록 본체(110)의 측면에 배치될 수 있다. 이때, 제1 온도 센서(121), 제2 온도 센서(122), 및 제3 온도 센서(123) 중에서 적어도 하나는 서미스터(thermistor)로 구현될 수 있다.
또한, 도 1b를 참조하면, 센서(120)는 맥파 센서(124)를 더 포함할 수 있다. 맥파 센서(124)(예: PPG(photoplethysmography) 센서)는 사용의 신체로부터 광용적 맥파(PPG)를 포함한 맥파 신호를 측정할 수 있으며 서로 다른 파장의 복수의 맥파 신호를 측정할 수 있다. 이때, 서로 다른 파장은 녹색(Green), 청색(Blue), 적색(Red), 적외(Infrared) 파장 등을 포함할 수 있다.
맥파 센서(124)는 서로 다른 파장의 광을 조사하는 하나 이상의 광원(125)과 피부 표면이나 혈관 등의 생체 조직에서 산란 또는 반사된 서로 다른 파장의 광을 검출하는 하나 이상의 디텍터(126)를 포함할 수 있다. 광원(125)은 발광 다이오드(light emitting diode, LED), 레이저 다이오드(laser diode, LD) 또는 형광체 등으로 형성될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 디텍터(126)는 포토다이오드(photo diode), 포토트랜지스터(photo transistor, PTr) 또는 이미지 센서(예: CMOS 이미지 센서) 등을 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다. 맥파 센서(124)는 둘 이상의 맥파 신호 측정을 위해 하나 이상의 광원 어레이 및/또는 하나 이상의 디텍터 어레이로 형성될 수 있다. 이때, 하나 이상의 광원은 서로 다른 파장의 광을 조사할 수 있으며 각 광원은 디텍터로부터 서로 다른 거리 상에 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 광원(125)는 PPG 신호를 획득하기 위해 초당 기설정된 횟수로 LED 광을 조사할 수 있다. 또한, 광원(125)으로 운동 중에 PPG 신호를 획득하기 위해 녹색 LED 광이 사용될 수 있으며, 체온 측정을 위한 소프트웨어 프로그램 어플리케이션이 전자 장치(100)의 백그라운드에서 실행되는 동안 PPG 신호를 획득하기 위해 적색 또는 적외선 LED 광이 사용될 수도 있다.
도 2a를 참조하면, 전자 장치(100)에는 전자 장치(100)와 사용자의 접촉면으로부터 거리가 가까운 순으로 제1 온도 센서(121), 제2 온도 센서(122) 및 제3 온도 센서(123)가 배치될 수 있다. 예컨대, 제1 온도 센서(121)는 사용자의 신체와 가장 가까운 위치(예: 손목, 손바닥, 발목, 귓바퀴, 상완 등)에 배치되어 신체의 표면 온도를 나타내는 제1 온도(T1)을 측정할 수 있다. 이때, 제1 온도(T1)는 피부 온도일 수 있다. 제2 온도 센서(122)는 제1 온도 센서(121)와 이격 배치되어(예: 제1 온도 센서(121)의 상부) 본체(110) 내부의 제2 온도(T2)를 측정할 수 있으며, 제3 온도 센서(123)는 제1 온도 센서로부터 제2 온도 센서에 비해 더 먼 거리에 배치되어(예: 제2 온도 센서(122)의 상부) 본체(110) 내부의 제3 온도(T3)를 측정할 수 있다. 이때, 제2 온도(T2) 및 제3 온도(T3)는 각각 본체(110)의 제1 내부 온도 및 제2 내부 온도로 표현될 수 있다.
또한, 제1 온도 센서(121)와 제2 온도 센서(122) 사이에는 제1 열전도 소재(210)가 배치될 수 있으며, 제2 온도 센서(122)와 제3 온도 센서(123) 사이에는 제2 열전도 소재(220)가 배치될 수 있으며, 제3 온도 센서(123) 상단에는 제3 열전도 소재(230)가 배치될 수 있다.
제1 열전도 소재(210), 제2 열전도 소재(220), 및/또는 제3 열전도 소재(230)는 예를 들어, 0.1 mm 이상 20 mm 이하의 두께를 가지는 절연체일 수 있으며, 열전도도가 0.1 W/mK 이하인 소재(예: 폴리우레탄 폼)일 수 있다. 또한, 제1 온도 센서(121) 및 제2 온도 센서(122) 사이, 제2 온도 센서(122) 및 제3 온도 센서(123) 사이, 또는 제3 온도 센서(123)의 상부에는 별도의 소재를 이용하지 않고 열전도도가 매우 낮은 공기(air)를 채우는 구조도 가능하다.
다른 실시예에서, 제1 열전도 소재(210), 제2 열전도 소재(220), 및 제3 열전도 소재(230)는 전자 장치(100) 내부의 공기와 구조물을 포함하는 공간 전체를 의미할 수도 있다. 예컨대, 제1 열전도 소재(210)는 제1 온도 센서(121) 및 제2 온도 센서(122) 사이의 공기 및/또는 구조물을 포함하는 공간 전체, 제2 열전도 소재(220)는 제2 온도 센서(122) 및 제3 온도 센서(123) 사이의 공기 및/또는 구조물을 포함하는 공간 전체, 제3 열전도 소재(230)는 제3 온도 센서(123) 상부와 본체 상부 표면 사이의 공기 및/또는 구조물을 포함하는 공간 전체를 의미할 수도 있다. 이때, 제1 열전도 소재(210), 제2 열전도 소재(220), 및 제3 열전도 소재(230)의 열전도도는 10 W/mK 이하일 수 있다.
프로세서(130)는 복수의 센서에서 획득된 데이터를 기초로 신체 측정 위치의 중심 온도 및 본체 외부 주변 온도를 추정할 수 있으며, 추정된 신체 측정 중심 온도와 본체 외부 주변 온도를 기초로 사용자의 체온을 추정할 수 있다.
먼저, 프로세서(130)는 제1 온도(T1) 및 상기 제2 온도(T2)를 기초로 제1 열유속(Q1)을 추정하고, 추정된 제1 열유속(Q1) 및 상기 제1 온도(T1)를 기초로 신체 측정 위치의 중심 온도를 추정할 수 있다.
예컨대, 프로세서(130)는 제1 온도(T1)와 제2 온도(T2)사이의 온도차 또는 온도 구배(temperature gradient)에 기초하여 제1 열유속(Q1)을 추정할 수 있다. 이때, 온도 구배는 제1 온도(T1)와 제2 온도(T2)의 두 위치(예를 들어, 제1 온도(T1)와 제2 온도(T2)를 측정하는 두 개의 온도 센서의 위치) 사이의 특정 거리에 대한 온도 변화를 나타낼 수 있다. "온도차"라는 용어는 온도 구배 뿐만 아니라 두 온도의 차이를 포함할 수 있다. 일반적으로 열의 흐름을 전류, 물질의 열전달 특성을 저항, 열유속을 전압이라고 가정하면, 보어의 법칙(V=IR)에 의해 열 흐름을 수식화할 수 있으며, 물질 내부의 온도차(T1-T2)를 열유속(Q1)으로 추정할 수 있다. 이 경우, 추정된 제1 열유속(Q1)과 측정하고자 하는 신체 위치의 표면 온도인 제1 온도(T1)을 결합하여 신체 측정 위치의 중심 온도를 추정할 수 있으며 수학식 1 내지 3에 의해 표현될 수 있다.
여기서, Tcore는 신체 측정 위치의 중심 온도, Rskin은 미리 정해진 피부 열 저항값, R1은 제1 열전도 소재(210)의 저항값을 나타내고, ε는 Rskin과 R1의 비율을 나타낸다. 예를 들어 ε는 미리 정해진 값으로 저장부에 저장될 수 있다.
이때, 프로세서(130)는 맥파 센서(124)에 의해 측정된 맥파 신호(예: PPG 신호)를 기초로 피부 혈류량을 추정할 수 있으며, 제1 열유속(Q1) 및 제1 온도(T1) 뿐만 아니라 추정된 피부 혈류량을 더 포함하여 신체 측정 위치의 중심 온도를 추정할 수 있다. 신체 측정 위치의 중심 온도 추정시 피부 혈류량을 추정하면 혈류 변동성에 의한 피부 열 전도도의 변화를 보정할 수 있으며 따라서 정확한 신체 측정 위치의 중심 온도를 추정할 수 있다.
예컨대, 프로세서(130)는 제1 온도(T1)와 제2 온도(T2)의 온도차(T1-T2)를 기초로 제1 열유속(Q1)을 추정하고, 추정된
제1 열유속(Q1)과 피부 혈류량의 비와 제1 온도(T1)를 결합하여 신체 측정 위치의 중심 온도(Tcore)를 추정할 수 있으며 이는 수학식 4에 의해 표현될 수 있다.
여기서, Fs는 피부 혈류량, ε, α는 미리 정해진 계수를 의미한다.
이때, 프로세서(130)는 맥파 신호로부터 특징을 추출하고, 특징과 피부 혈류량과의 상관관계를 정의한 모델을 이용하여 추출된 특징으로부터 피부 혈류량을 획득할 수 있다.
도 3a, 3b, 및 3c는 일 실시예에 따른 맥파 신호의 특징으로부터 혈류량을 추정하는 것을 도시한 것이다.
도 3a를 참조하면, 맥파 신호는 DC(Direct Current: 직류)와 AC(Alternating Current: 교류) 신호로 구성되어 있으며 DC 신호는 일정한 신호(여백(margin)이 있음)로 뼈, 근육 등에서 반사되는 신호이며 AC 신호는 동맥 중 심장에서 박출된 혈액의 유입에 따라 변하는 신호이다. 도 3a을 참조하면, 상단 부분이 시간에 따라 변하는 AC 신호이며 하단 부분이 변하지 않는 DC 신호에 해당한다. AC 신호는 유입되는 동맥혈의 양이 많아지는지 또는 적어지는지를 나타낼 수 있으므로 혈류량의 변화를 간접적으로 반영한다. 따라서 프로세서(130)는 맥파 신호의 AC 성분 부분의 면적인 AUC(area under curve)(310)를 맥파 신호의 특징으로 추출하고, 추출된 AUC를 이용하여 혈류량을 추정할 수 있다. 이때, 맥파 신호의 AC 성분의 AUC(310)는 맥파 신호의 상부 포락선과 맥파 신호의 AC 성분의 극소값을 연결하는 베이스라인 사이의 영역을 의미할 수 있다.
다만, 혈류량을 추정하는 방법은 AUC에만 한정되지 않으며 다른 AC 특징, 예컨대, 일정 시간 범위 내의 AC 신호의 최대값, 최소값, 평균, 및/또는 기울기 등의 특징을 이용할 수도 있다. 이때, AUC와 피부 혈류량과의 상관 관계를 미리 정의한 혈류량 추정 모델을 이용하여 추출된 AUC로부터 피부 혈류량을 획득할 수 있다.
도 3b 및 3c를 참조하면, 프로세서(130)는 AC 신호의 미리 설정된 주파수 범위를 선택적으로 통과시키는 하나 이상의 대역 통과 필터를 통해 AC 신호로부터 제1 AC 특성 신호(320) 및 제2 AC 특성 신호(330)를 추출할 수 있다. 이때, 제1 AC 특성 신호(320) 및 제2 AC 특성 신호(330) 각각은 시간 및 광도 영역으로 표현되어 시간에 따른 광의 반사 강도(light reflection intensity)의 변화를 나타낼 수 있다. 제1 AC 특성 신호(320)는 제2 AC 특성 신호(330)보다 더 짧은 주기를 가지며, 심박수를 나타낼 수 있다. 또한, 제2 AC 특성 신호(330)는 제1 AC 특성 신호(320)보다 긴 주기를 가지며, 호흡률을 나타낼 수 있다.
그 밖에 혈류량 추정을 위한 맥파 신호의 특징으로 맥파 신호의 전진파 성분과 관련된 시간 및 그 시간에 대응하는 진폭, 맥파 신호의 반사파 성분과 관련된 시간 및 그 시간에 대응하는 진폭을 특징점으로 추출할 수 있다. 이때, 전진파 성분 및 반사파 성분과 관련된 특징점은 맥파 신호의 2차 미분신호를 기초로 추출할 수 있다. 예컨대, 2차 미분신호의 첫 번째 극소점의 시간 위치를 전진파 성분과 관련된 시간으로 추출하고 두 번째 및 세 번째 극소점의 시간 위치를 각각 반사파 성분과 관련된 시간으로 추출할 수 있다. 또한, 맥파 신호의 소정 구간에서 소정 지점의 시간 및/또는 진폭, 예컨대, 최대 진폭 지점의 시간 및/또는 진폭, 최대 진폭 지점의 시간과 전진파 성분과 관련된 시간 사이의 내분점의 시간 및/또는 그 시간에 해당하는 진폭을 특징점으로 추출할 수 있다. 이때, 내분점은 두 시간 지점 사이의 중간 지점 또는 소정 비율로 내분한 지점일 수 있다.
다시 도 2a를 참조하면, 프로세서(130)는 제2 온도(T2) 및 제3 온도(T3)를 기초로 제2 열유속(Q2)을 추정하고, 추정된 제2 열유속(Q2) 및 제3 온도(T3)를 기초로 본체(110) 외부 주변 온도를 추정할 수 있다.
예컨대, 프로세서(130)는 제2 온도(T2) 및 제3 온도(T3) 사이의 온도차(T2-T3)를 기초로 제2 열유속(Q2)을 추정하고, 추정된 제2 열유속(Q2)과 제3 온도(T3)를 결합하여 본체(110) 외부 주변 온도를 추정할 수 있다.
먼저, 프로세서(130)는 제2 온도(T2)와 제3 온도(T3) 사이의 온도차(T2-T3)를 기초로 제2 열유속(Q2)을 추정할 수 있다. 예컨대, 신체 측정 위치 표면으로부터 본체(110)의 상부로의 열전달을 직렬 회로로 가정하고 이에 따른 열유속을 QT라고 하면, 제1 온도(T1)와 제2 온도(T2)의 온도차, 제2 온도(T2)와 제3 온도(T3)의 온도차, 제3 온도(T3)와 본체 상부 표면 온도(Tcase)의 온도차, 및 본체 상부 표면 온도(Tcase)와 본체 외부 주변 온도(Tair)과의 온도차를 각각 동일한 열유속(QT)으로 추정할 수 있다. 이 경우, 상기 열 흐름과 관련하여 본체(110) 내부와 상부에서는 보어의 법칙(V=IR)에 의해 수학식 5가 유도될 수 있다.
여기서, R2는 제2 열전도 소재(220)의 저항값, R3는 제3 열전도 소재(230)의 저항값, Rs는 본체 상부 표면의 저항값을 의미한다. 이때 본체(110)의 측면으로 열이 유출되는 경우를 가정하면 수학식 5과 같은 등식이 성립하지 않고 각 항목은 비례 관계에 해당하여 각 항목에 미리 정해진 계수가 곱해질 수 있다.
수학식 5을 이용하면 본체 상부 표면 온도(Tcase) 및 본체 외부 주변 온도(Tair)는 각각 이하 수학식 6 및 수학식 7로 표현될 수 있다.
그 다음, 수학식 6을 수학식 7에 대입하면 본체 외부 주변 온도(Tair)를 수학식 8으로 표현할 수 있다.
여기서, β는 보정계수로 물성에 따른 열전달율을 의미하며, 프로세서(130)는 제2 열전도 소재(220)의 저항값(R2), 제3 열전도 소재(230)의 저항값(R3), 및 본체 상부 표면(200)의 저항값(Rs)를 기초로 제2 열유속(T2-T3)을 보정하는 보정계수를 산출할 수 있다. 예컨대, 프로세서(130)는 제3 열전도 소재(230)의 저항값(R3)과 본체(110)의 상부 표면(200)의 저항값(Rs)의 합과 제2 열전도 소재(220)의 저항값(R2) 사이의 비율을 기초로 보정계수를 산출할 수 있다. 산출된 보정계수는 전자 장치(100)의 저장부에 미리 저장될 수 있다.
즉, 수학식 8에 따라 프로세서(130)는 제2 온도 및 제3 온도의 차(T2-T3)에 의해 추정된 열유속(Q2)에 보정계수(β)를 적용한 결과와 제3 온도(T3)를 결합하여 본체 외부 주변 온도(Tair)를 측정할 수 있다.
일반적으로 전자 장치의 온도 센서를 이용하여 전자 장치 주변 온도를 측정하려는 경우 전자 장치와 사용자의 접촉에 의한 체열 때문에 정확한 온도를 측정하기 어렵다. 상기 실시예는 복수개의 온도 센서를 이용하여 사용자로부터의 열유속을 추정하여 이를 기초로 주변 온도를 추정하는 것으로 체열에 의한 영향을 상쇄시켜 전자 장치 주변 온도의 추정 정확성을 높일 수 있다.
도 2b는 다른 실시예에 따른 전자 장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2b를 참조하면, 전자 장치(100)의 본체(110)는 제1 온도 센서(121), 제2 온도 센서(122), 제3 온도 센서(123), 및 제4 온도 센서(124)를 포함할 수 있다. 이때, 제4 온도 센서(124)는 제1 온도 센서(121)로부터 제3 온도 센서(123)에 비해 더 먼 거리에 배치되어(예: 제3 온도 센서(123)의 상부) 본체(110) 내부의 제4 온도(T4)를 측정할 수 있다. 또한, 제1 온도 센서(121)와 제2 온도 센서(122) 사이에는 제1 열전도 소재(210)가 배치될 수 있으며, 제2 온도 센서(122)와 제3 온도 센서(123) 사이에는 제2 열전도 소재(220)가 배치될 수 있으며, 제3 온도 센서(123)과 제4 온도 센서(124) 사이에는 제3 열전도 소재(230)가 배치될 수 있으며, 제4 온도 센서(124) 상단에는 제4 열전도 소재(240)가 배치될 수 있다. 이때, 제1 온도 센서(121), 제2 온도 센서(122), 제3 온도 센서(123), 및 제4 온도 센서(124) 중에서 적어도 하나는 서미스터일 수 있으며, 제1 열전도 소재(210), 제2 열전도 소재(220), 제3 열전도 소재(230) 및 제4 열전도 소재(240) 중에서 적어도 하나는 공기를 포함할 수 있다.
이때, 예컨대 제3 온도 센서(123)는 본체(110) 내부의 구조물에 부착될 수 있으며, 이에 따라 제3 온도 센서(123)는 구조물의 발열에 의한 온도를 더 포함하여 측정할 수 있다.
프로세서(130)는 제2 온도 센서(122)에 의해 제2 온도, 제3 온도 센서(123)에 의해 제3 온도, 및 제4 온도 센서(124)에 의해 제4 온도를 측정하여 이를 기초로 본체 외부 주변 온도를 측정할 수 있다. 예컨대, 프로세서(130)는 제2 온도 및 제3 온도 사이의 온도차(T2-T3)를 기초로 제2 열유속(Q2)을 추정하고, 제3 온도 및 제4 온도 사이의 온도차(T3-T4)를 기초로 제3 열유속(Q3)을 추정하고, 추정된 제2 열유속(Q2), 제3 열유속(Q3) 및 제4 온도를 기초로 본체 외부 주변 온도를 측정할 수 있다.
먼저, 제3 온도 센서(123)가 부착된 본체(110) 내부 구조물에 발열이 발생하는 경우 손목에서 제3 온도 센서(123)를 거쳐 본체(110) 상부로 향하는 열유속은 동일하지 않으며, 제2 열유속(Q2)과 제3 열유속(Q3)에는 차이가 발생한다. 예컨대, 구조물의 발열에 의해 제2 열유속(Q2)은 상대적으로 커지고 제3 열유속(Q3)은 상대적으로 작아질 수 있으며 이는 보어의 법칙에 의해 수학식 9로 표현될 수 있다.
이때, 수학식 9에 구조물의 발열에 의해 유입되는 열(Tin)을 포함하면, 손목으로부터의 열 흐름은 제4 온도와 본체(110) 상부 기온과의 온도차(T4-Tair)를 기초로 추정된 제4 열유속(Q4)를 포함하여 수학식 10의 등가식으로 표현될 수 있다.
여기서, R2는 제2 열전도 소재(220)의 저항값, R3는 제3 열전도 소재(230)의 저항값, R4는 제4 열전도 소재(240)의 저항값을 의미한다.
이때 본체(110)의 측면으로 열이 유출되는 경우를 가정하면 수학식 10과 같은 등식이 성립하지 않고 각 항목은 비례 관계에 해당하여 각 항목에 미리 정해진 계수가 곱해질 수 있다.
수학식 10을 이용하여 구조물의 발열에 의해 유입되는 열(Tin) 및 본체 상부 기온(Tair)을 각각 이하 수학식 11 및 수학식 12으로 표현할 수 있다.
그 다음, 수학식 11을 수학식 12에 대입하면 본체 상부 기온(Tair)은 수학식 13로 표현될 수 있다.
프로세서(130)는 상기 수학식 11에 따라 본체 내부 구조물의 발열에 의한 온도(Tin)를 제2 온도와 제3 온도의 차(T2-T3)에 의해 추정된 제2 열유속(Q2)과 제3 온도와 제4 온도의 차(T3-T4)에 의해 추정된 제3 열유속(Q3)의 차이를 기초로 추정할 수 있다. 또한, 프로세서(130)는 상기 수학식 13에 따라 본체 내부 구조물의 발열에 의한 온도 상승(Tin)을 반영하여 제2 열전도 소재의 저항값(R2), 제3 열전도 소재의 저항값(R3), 및 제4 열전도 소재의 저항값(R4)과 추정된 제2 열유속(Q2), 제3 열유속(Q3), 및 상기 제4 온도(T4)를 기초로 본체 외부 주변 온도를 측정할 수 있다. 이때, 제2 열전도 소재의 저항값(R3), 제3 열전도 소재의 저항값(R3), 및 제4 열전도 소재의 저항값(R4)는 저장부에 미리 저장될 수 있다.
일반적으로 전자 장치를 사용하는 경우 본체 내부의 구조물에 의해서도 발열이 발생할 수 있다. 상기 실시예에 따르면 사용자의 체열 뿐만 아니라 구조물 발열에 의한 영향도 상쇄시켜 전자 장치 외부의 주변 온도 추정의 정확성을 높일 수 있다.
그 다음, 프로세서(130)는 추정된 신체 측정 위치의 중심 온도와 본체 외부 주변 온도를 기초로 사용자의 체온을 추정할 수 있다.
예컨대, 프로세서(130)는 신체 기준 위치로부터 상기 신체 측정 위치까지의 열손실을 획득하고, 획득한 열손실을 기초로 상기 신체 측정 위치의 중심 온도(Tcore)를 보정하여 체온(Tbody)을 추정할 수 있으며 이는 수학식 14에 의해 표현될 수 있다. 이때, 신체 기준 위치는 예컨대 심부일 수 있으며, 신체 측정 위치는 심부와 떨어진 신체의 말단 부위인 예컨대 손목, 발목, 귓바퀴, 손바닥, 상완 등일 수 있다. 신체 기준 위치와 신체 측정 위치는 이에 한정되지 않는다.
여기서, Tloss는 신체 기준 위치로부터 신체 측정 위치까지 발생하는 열손실로 예컨대 심부로부터 손목까지의 열손실일 수 있다.
일반적으로 열손실은 외부 기온에 의해 변동될 수 있으며 전도, 대류, 복사에 의해서 발생한다. 전도 및 대류에 의한 열손실은 피부 온도와 외부 기온의 온도차 및/또는 온도 구배에 비례하며, 복사에 의한 열손실은 피부 온도와 외부 온도의 네제곱의 차 및/또는 온도 구배에 비례한다. 이러한 관계를 이용하여 전자 장치를 이용하여 체온 추정시 열손실을 추정할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(130)는 제1 온도(T1)와 본체 외부 주변 온도(Tair)와의 온도차 및/또는 온도 구배를 기초로 열손실(Tloss)을 추정할 수 있으며 이는 수학식 15에 의해 표현될 수 있다.
여기서, г 및 δ는 미리 정해진 열손실 계수에 해당한다. г 및δ는 전자 장치(100)의 저장부에 미리 저장될 수 있다.
도 4는 다른 실시예에 따른 체온 추정을 위한 전자 장치의 블록도이다.
도 4를 참조하면, 전자 장치(400)는 본체(410) 내에 센서(420), 프로세서(430), 저장부(440), 출력부(450) 및 통신부(460)를 포함할 수 있다. 이때, 센서(420), 프로세서(430)의 구성은 도 1a 및 도 1b의 실시예의 센서(120) 및 프로세서(130)와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
저장부(440)는 체온 추정과 관련된 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어 센서(420)를 통해 획득한 온도 데이터, 맥파 신호, 열전도 소재의 저항값, 보정 계수, 열손실 계수, 프로세서(430)의 처리 결과, 예컨대 열유속, 신체 측정 위치의 중심 온도 추정값, 본체 외부 주변 온도 추정값 등을 저장할 수 있다.
저장부(440)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.
출력부(450)는 프로세서(430)의 처리 결과를 사용자에게 제공할 수 있다. 예를 들어, 출력부(450)는 디스플레이에 프로세서(430)의 추정된 체온을 표시할 수 있다. 이때, 체온 추정값을 사용자가 쉽게 인식할 수 있도록 색깔이나 선의 굵기 등을 조절하여 사용자에게 정보를 제공할 수 있으며, 또한 시간에 따른 연속적인 체온의 변화에 대한 정보를 사용자에게 제공할 수도 있다. 또한, 출력부(450)는 제1 온도, 제2 온도, 제3 온도, 신체 측정 위치의 중심 온도, 본체 외부 주변 온도, 체온, 및 체온 관련 가이드 정보 중의 적어도 하나를 디스플레이를 통해 출력할 수 있다. 이때, 출력부(450)는 시각적 표시와 함께 또는 단독으로 스피커 등의 음성 출력 모듈, 햅틱 모듈 등을 이용하여 음성, 진동, 촉감 등의 비시각적 방식으로 사용자에게 체온 정보를 제공할 수 있다.
통신부(460)는 외부 기기와 통신하여 체온 추정과 관련된 각종 데이터를 송수신할 수 있다. 외부 기기는 스마트폰, 태블릿 PC, 데스크탑 PC, 노트북 PC 등의 정보 처리 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 통신부(460)는 체온 측정 결과를 스마트폰 등의 외부 기기에 전송할 수 있으며 예컨대 사용자는 스마트폰을 통해 시간에 따른 체온을 모니터링할 수 있다.
통신부(460)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, 5G 통신, 및 6G 통신 등을 포함하는 다양한 유무선 통신 기술을 이용하여 외부 기기와 통신할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5는 일 실시예에 따른 체온 추정 방법의 흐름도이다.
도 5는 도 1 및 도 4의 실시예에 따른 전자 장치(100, 400)에 의해 수행되는 체온 추정 방법의 일 실시예이다. 앞에서 상술하였으므로 중복 설명을 피하기 위해 간단히 설명한다.
도 5을 참조하면, 전자 장치는 본체 내의 제1 온도 센서에 의해 신체 측정 위치 표면의 제1 온도를 측정할 수 있으며(510), 제1 온도 센서로부터 이격 배치된 제2 온도 센서에 의해 본체 내부의 제2 온도를 측정할 수 있으며(520), 제1 온도 센서로부터 제2 온도 센서에 비해 더 먼 거리에 배치된 제3 온도 센서에 의해 본체 내부의 제3 온도를 측정할 수 있다(530).
그 다음, 전자 장치는 측정된 제1 온도 및 제2 온도를 기초로 제1 열유속을 추정하고, 추정된 제1 열유속 및 제1 온도를 기초로 신체 측정 위치의 중심 온도를 추정할 수 있다(540). 이때, 전자 장치는 제1 온도와 제2 온도의 온도차 및/또는 온도 구배를 기초로 제1 열유속을 추정할 수 있다. 또한, 전자 장치는 맥파 센서에 의해 측정된 맥파 신호(예: PPG 신호)를 기초로 피부 혈류량을 추정하고, 제1 열유속, 제1 온도, 및 추정된 피부 혈류량을 기초로 신체 측정 위치의 중심 온도를 추정할 수도 있다. 또한, 전자 장치는 PPG 신호 및 ECG 신호 중 어느 하나 또는 조합에 기초하여 피부 혈류량을 추정할 수 있다. 예컨대, 전자 장치는 추정된
제1 열유속과 피부 혈류량의 비와 제1 온도를 결합하여 신체 측정 위치의 중심 온도를 추정할 수 있다.
그 다음, 전자 장치는 측정된 제2 온도 및 상기 제3 온도를 기초로 제2 열유속을 추정하고, 추정된 제2 열유속 및 제3 온도를 기초로 본체 외부 주변 온도를 추정할 수 있다(550). 예컨대 전자 장치는 제2 온도와 제3 온도의 온도차 및/또는 온도 구배를 기초로 제2 열유속을 추정하고, 추정된 제2 열유속과 제3 온도를 결합하여 본체 외부 주변 온도를 추정할 수 있다. 이때, 전자 장치는 제2 온도 센서와 제3 온도 센서 사이에 배치된 열전도 소재의 저항값, 제3 온도 센서와 본체의 표면 사이에 배치된 열전도 소재의 저항값, 및 본체의 표면의 저항값을 기초로 제2 열유속을 보정할 수 있다.
그 다음, 전자 장치는 추정된 신체 측정 위치의 중심 온도와 본체 외부 주변 온도를 기초로 사용자의 체온을 추정할 수 있다(560). 예컨대, 신체 기준 위치로부터 신체 측정 위치까지의 열손실을 획득하고, 획득한 열손실을 기초로 신체 측정 위치의 중심 온도를 보정하여 체온을 추정할 수 있다. 이때, 제1 온도와 본체 외부 주변 온도와의 온도차 및/또는 온도 구배를 기초로 열손실을 획득할 수 있다.
그 다음, 전자 장치는 추정된 사용자의 체온 정보를 출력부를 통해 제공할 수 있다(570). 이때, 체온 정보는 추정된 사용자의 체온 뿐만 아니라 시간에 따라 측정된 연속 체온 정보, 제1 온도, 제2 온도, 제3 온도, 신체 측정 위치의 중심 온도, 본체 외부 주변 온도, 체온 관련 가이드 정보 등을 포함할 수 있다.
도 6 내지 도 14는 전자 장치의 구조들을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면 전자 장치는 스마트 워치 타입의 웨어러블 기기(600)로 구현될 수 있으며 본체(MB)와 손목 스트랩(ST)을 포함할 수 있다.
본체(MB)는 다양한 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 본체(MB) 및/또는 스트랩(ST)의 내부에는 각종 구성에 전원을 공급하는 배터리가 내장될 수 있다. 스트랩(ST)은 본체의 양단에 연결되어 본체를 사용자의 손목에 착용시키며 사용자의 손목을 감싸는 형태로 구부려질 수 있도록 플렉시블(flexible)하게 형성될 수 있다. 스트랩(ST)은 서로 분리된 제1 스트랩과 제2 스트랩으로 구성될 수 있다. 제1 스트랩과 제2 스트랩의 일단부는 각각 본체(MB)의 양측에 연결되고, 제1 스트랩과 제2 스트랩의 타단부에 형성된 체결수단을 이용하여 서로 체결될 수 있다. 이때, 체결수단은 자석 결합, 벨크로(velcro) 결합, 핀 결합 등의 방식으로 형성될 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 스트랩(ST)은 이에 제한되지 않으며 밴드 형태와 같이 서로 분리되지 않는 일체로 형성될 수도 있다.
본체(MB)는 센서(610), 프로세서, 출력부, 저장부 및 통신부를 포함할 수 있다. 다만, 폼 팩터(form factor)의 사이즈 및 형태 등에 따라 출력부, 저장부 및 통신부 중의 일부는 생략될 수 있다.
센서(610)는 신체 접촉면으로부터 서로 다른 거리에 배치되어 제1 온도를 측정하는 제1 온도 센서, 제2 온도를 측정하는 제2 온도 센서, 및 제3 온도를 측정하는 제3 온도 센서를 포함할 수 있다. 이때, 제1 온도는 신체 측정 위치의 표면 온도일 수 있으며, 제2 온도 및 제3 온도는 서로 이격 되어 있는 제2 온도 센서 및 제3 온도 센서에 의해 측정된 본체 내부의 서로 다른 온도일 수 있다. 또한, 센서(610)는 광원과 디텍터를 포함하여 사용자의 맥파 신호를 측정하는 맥파 센서(예: PPG 센서) 및 ECG(electrocardiography) 센서를 더 포함할 수 있다. ECG 센서의 전극들 중 하나는 본체(MB)의 측면 예를 들어 조작부(620)에 배치될 수 있다.
이때, 센서(610)는 본체(MB)가 사용자의 손목에 착용될 때 사용자의 손목 상부에 접촉하여 체온 측정을 위한 데이터를 획득할 수 있도록 본체(MB)의 후면에 배치될 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 웨어러블 기기에서 센서의 배치에 관해 도시한 도면이다.
도 7a 및 7b를 참조하면, 복수의 광원(741) 및 디텍터(742)를 포함하는 맥파 센서(740) 및 제1 온도 센서(710)는 웨어러블 장치가 사용자에 의해 착용될 때, 사용자의 손목(또는 다른 신체 부위)와 접촉하는 접촉면에 배치될 수 있다. 이때, 제1 온도 센서(710) 및 맥파 센서(740)는 센서 회로 보드(750)에 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 제2 온도 센서(720)는 제1 온도 센서(710) 바로 위에 배치되거나 떨어져서 위에 배치될 수 있으며, 제3 온도 센서(730)는 본체 외부 주변 온도를 측정하기 위해 제2 온도 센서(720) 보다 본체의 전면에 가까운 위치에 배치될 수 있다.
특히, 도 7a를 참조하면, 제2 온도 센서(720) 및 제3 온도 센서(730)는 각각 제1 지지 구조물(780A) 및 제2 지지 구조물(780B)에 배치될 수 있다. 이때, 제2 온도 센서(720)는 웨어러블 장치의 수직 방향(예: 두께 방향)으로 제1 온도 센서(710)와 메인 회로 보드(760) 사이의 어느 위치에든지 배치될 수 있다. 제3 온도 센서(730)는 메인 회로 보드(760)와 디스플레이 패널(770) 사이의 수직 방향 어느 위치에든지 배치될 수 있다. 제1 온도 센서(710), 제2 온도 센서(720) 및 제3 온도 센서(730) 중 어느 둘 또는 모두는 웨어러블 장치의 수직 방향으로 일직선상에 배치될 수도 있다.
도 7c는 온도 센서와 열전도 소재의 배치 및 크기를 도시한 도면이다.
온도 센서(S1 및 S2)는 도 2a 내지 도 2b에 도시된 제1 온도 센서(121), 제2 온도 센서(122), 제3 온도 센서(123) 및 제4 온도 센서(124) 중에서 어느 두 개의 온도 센서에 해당할 수 있다. 열전도 소재(C)는 2개의 온도 센서(S1 및 S2) 사이에 포함되는 임의의 열전도성 물질(예: 열전도 소재 210, 220, 230 또는 240)에 해당할 수 있다. 이때, 열전도 소재(C)는 온도 센서(S1 및 S2) 중에서 어느 하나 또는 둘 모두에 직접 배치될 수 있다. 예를 들어, 열전도 소재(C)와 각각의 온도 센서(S1 및 S2) 사이에 공간이 없을 수 있거나, 열전도 소재(C)와 온도 센서(S1 및 S2) 중 하나는 접촉하고, 접촉하지 않는 다른 온도 센서는 열전도 소재(C)와 공간 또는 간격이 있을 수 있다.
예를 들어, 두 개의 온도 센서(S1 및 S2)와 열전도 소재(C)는 접촉면과 디스플레이 패널(770) 사이의 영역에 배치될 수 있다. 체온 측정 장치를 스마트 워치로 구현하기 위해서는 온도 센서(S1 및 S2)의 높이와 열전도 소재(C)의 높이 (또는 온도 센서(S1 및 S2) 사이의 거리)에 제한이 있을 수 있으며 이는 온도 센서(S1 및 S2)를 수용할 수 있는 스마트 워치의 면적이 작기 때문이다. 예를 들어, 스마트 워치에서 온도 센서(S1 및 S2)를 수용할 수 있는 영역의 높이는 1mm 내지 1.5mm일 수 있다. 스마트 워치 영역의 제한된 높이를 감안할 때 온도 센서(S1 및 S2)의 높이가 증가함에 따라 열전도 소재(C)의 높이는 감소할 수 있지만 두 온도 센서(S1 및 S2) 사이의 최소 온도 차이(예: 0.3℃)를 획득하여 온도 차이를 기반으로 체온을 추정하기 위해서는 두 온도 센서(S1 및 S2) 사이의 일정한 거리가 필요하다. 온도 센서(S1 및 S2)는 약간의 오차율(예: ± 0.1 ℃)이 있을 수 있으므로 두 온도 센서(S1 및 S2) 사이의 목표 온도 차이가 0.3℃ 미만으로 설정되는 경우, 두 온도 센서(S1 및 S2) 사이의 온도차를 신뢰성 있게 측정하기 어려울 수 있다. 이러한 이해를 바탕으로 두 온도 센서(S1 및 S2) 사이의 최소 목표 온도차를 0.3℃로 설정할 수 있으며, 열전달 시뮬레이션은 하기 표 1과 같이 복수의 영역 높이 H 각각에 대해 온도 센서(S1 및 S2)의 높이와 열전도 소재(C)의 높이를 변경하여 수행하였다.
| 영역 높이 H | 온도 센서 높이 | 열전도 소재 높이 |
온도차 |
| 1mm | 0.1 | 0.8 | 0.648 |
| 0.2 | 0.6 | 0.486 | |
| 0.3 | 0.4 | 0.324 | |
| 0.4 | 0.2 | 0.162 | |
| 1.1mm | 0.1 | 0.9 | 0.730 |
| 0.2 | 0.7 | 0.567 | |
| 0.3 | 0.5 | 0.405 | |
| 0.4 | 0.3 | 0.243 | |
| 1.2mm | 0.1 | 1 | 0.811 |
| 0.2 | 0.8 | 0.648 | |
| 0.3 | 0.6 | 0.486 | |
| 0.4 | 0.4 | 0.324 | |
| 0.5 | 0.2 | 0.162 | |
| 1.3mm | 0.1 | 1.1 | 0.892 |
| 0.2 | 0.9 | 0.730 | |
| 0.3 | 0.7 | 0.567 | |
| 0.4 | 0.5 | 0.405 | |
| 0.5 | 0.3 | 0.243 | |
| 1.4mm | 0.1 | 1.2 | 0.973 |
| 0.2 | 1 | 0.811 | |
| 0.3 | 0.8 | 0.648 | |
| 0.4 | 0.6 | 0.486 | |
| 0.5 | 0.4 | 0.324 | |
| 0.6 | 0.2 | 0.162 | |
| 1.5mm | 0.1 | 1.3 | 1.054 |
| 0.2 | 1.1 | 0.892 | |
| 0.3 | 0.9 | 0.730 | |
| 0.4 | 0.7 | 0.567 | |
| 0.5 | 0.5 | 0.405 | |
| 0.6 | 0.3 | 0.243 |
상기 표 1을 참조하면, 두 온도 센서(S1 및 S2)의 목표 온도차가 0.3℃ 이상인 경우, 각 온도 센서(S1 및 S2)의 높이는 최소 0.3mm (즉 0.3mm 보다 크고, 바람직하게는 0.3mm 내지 0.5mm), 열전도 소재(C)의 높이는 최소 0.4mm (바람직하게는 0.4mm 내지 1.3mm)의 높이로 설정될 수 있다.
다시 도 7a, 7b 및 7c를 참조하면, 제1 온도 센서(710)는 접촉면에 최대한 가깝게 배치하고, 제3 온도 센서(730)는 디스플레이 패널(770)에 최대한 가깝게 배치하여 상대적으로 정확한 온도 추정이 가능할 수 있다.
또한, 도 8을 참조하면, 센서(810)는 본체(MB)의 후면뿐만 아니라 손목 스트랩(ST)에도 배치되어 데이터를 획득할 수 있다.
다시 도 6을 참조하면, 조작부(620)는 도시된 바와 같이 본체(MB)의 측면에 형성될 수 있다. 조작부(620)는 사용자의 명령을 수신하여 프로세서로 전달할 수 있다. 또한, 조작부(620)는 웨어러블 기기(600)의 전원을 온/오프시키는 전원 버튼을 포함할 수 있다.
본체(MB)에 탑재된 프로세서는 센서(610)를 비롯한 다양한 구성들과 전기적으로 연결될 수 있다. 프로세서는 복수의 센서(610)에서 획득된 데이터를 이용하여 사용자의 체온을 추정할 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 본체(MB)가 착용된 상태에서, 제1 온도 및 제2 온도를 기초로 제1 열유속을 추정하고, 추정된 제1 열유속 및 제1 온도를 기초로 신체 측정 위치의 중심 온도를 추정하고, 제2 온도 및 제3 온도를 기초로 제2 열유속을 추정하고, 추정된 제2 열유속 및 제3 온도를 기초로 본체 외부 주변 온도를 추정하고, 추정된 신체 측정 위치의 중심 온도와 본체 외부 주변 온도를 기초로 사용자의 체온을 추정할 수 있다. 이때, 프로세서는 신체 기준 위치(예: 심부)로부터 신체 측정 위치(예: 손목)까지의 열손실을 획득하고, 획득한 열손실을 기초로 신체 측정 위치의 중심 온도를 보정하여 체온을 추정할 수 있다.
본체(MB)의 전면에는 디스플레이가 마련되어, 체온 정보, 시간 정보, 수신 메시지 정보 등을 포함하는 다양한 어플리케이션 화면이 표시될 수 있다. 예를 들어, 디스플레이에 체온 추정값을 표시할 수 있다. 이때, 체온 추정값이 정상 범위를 벗어나면 사용자가 쉽게 인식할 수 있도록 색깔이나 선의 굵기 등을 조절하거나 정상 범위를 함께 표시함으로써 사용자에게 경고 정보를 제공할 수 있다. 또한 사용자의 요청에 의해 현재의 체온 추정값을 표시하는 것 뿐만 아니라 시간에 따른 연속적인 체온 추정값을 디스플레이에 표시하여 사용자에게 제공할 수 있다. 또한, 체온 변화량 예를 들어 하루 중 체온 변화를 그래프 형태로 도시할 수 있으며 체온 변화에 따른 숙면 여부도 디스플레이에 표시할 수 있다. 디스플레이에서 표시될 수 있는 정보는 체온 정보 뿐만 아니라 측정된 제1 온도, 제2 온도, 제3 온도, 신체 측정 위치의 중심 온도, 본체 외부 주변 온도, 및 체온 관련 가이드 정보 등을 포함하며 이에 제한되지 않는다.
도 9를 참조하면, 전자 장치는 이어(ear) 웨어러블 기기(900)로도 구현될 수 있다.
이어(ear) 웨어러블 기기(900)는 본체와 이어 스트랩(ear strap)을 포함할 수 있다. 사용자는 이어 스트랩을 귓바퀴에 걸어 착용할 수 있다. 이어 스트랩은 이어 웨어러블 기기(900)의 형태에 따라 생략이 가능하다. 본체는 사용자의 외이도(external auditory meatus)에 삽입될 수 있다. 본체에는 센서(910)가 탑재될 수 있다. 이어 웨어러블 기기(900)는 체온 추정 결과를 사용자에게 음향으로 제공하거나, 본체 내부에 마련된 통신 모듈을 통해 외부 기기 예컨대, 모바일, 테블릿, PC 등으로 전송할 수 있다.
도 10을 참조하면, 전자 장치는 이어 타입의 웨어러블 기기와 스마트폰과 같은 모바일 기기의 조합에 의해 구현될 수 있다. 다만, 이는 하나의 예시일 뿐 다양한 전자 장치들의 조합이 가능하다. 일 예로, 모바일 장치(1000)의 본체에는 체온을 추정하는 프로세서가 실장될 수 있다. 모바일 장치(1000)의 프로세서는 체온 측정 요청을 수신하면 통신부를 통해 웨어러블 장치(900)의 본체 내부에 실장된 통신부와 통신하여 센서(910)에 의해 데이터를 획득하도록 제어할 수 있다. 또한, 웨어러블 장치(900)로부터 제1 온도, 제2 온도, 제3 온도, 및/또는 맥파 신호 등의 데이터를 수신하면 프로세서는 체온을 추정하여 출력부를 통해 도시된 바와 같이 모바일 장치(1000)의 디스플레이에 그 결과 및 체온 관련 정보를 출력할 수 있다. 예를 들어, 사용자의 요청에 의해 현재의 체온 추정값을 표시하는 것 뿐만 아니라 시간에 따른 연속적인 체온 추정값을 디스플레이에 표시하여 사용자에게 제공할 수 있다. 또한 체온 변화량 예를 들어, 하루 중 체온 변화를 그래프 형태로 도시할 수 있으며 체온 변화에 따른 숙면 여부도 디스플레이에 표시할 수 있다.
도 11a을 참조하면, 전자 장치는 스마트 폰(smart phone)과 같은 모바일 기기(1100)로 구현될 수 있다.
모바일 기기(1100)는 하우징 및 디스플레이 패널을 포함할 수 있다. 하우징은 모바일 기기(1100)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(1110), 카메라 모듈, 및/또는 적외선 센서 등이 배치될 수 있다.
일 실시예로, 모바일 기기(1100)의 후면에는 사용자로부터 데이터를 획득할 수 있는 복수의 센서가 배치될 수 있으며, 모바일 기기(1100) 전면의 지문 센서, 측면 전원 버튼, 볼륨 버튼이나 모바일 기기(1100)의 전후면의 별도의 위치에도 센서 등이 배치되어 체온을 추정할 수 있다.
또한, 사용자가 모바일 기기(1100)에 탑재된 어플리케이션 등을 실행하여 체온 추정을 요청하는 경우 센서(1110)를 이용하여 데이터를 획득하고 모바일 장치 내의 프로세서를 이용하여 체온을 추정하고 사용자에게 추정값을 영상 및/또는 음향으로 제공할 수 있다.
또한, 센서(1110)는 모바일 기기(1100) 내부 뿐만 아니라 신체 측정 위치와 가까운 외부에 배치될 수도 있다.
도 11b를 참조하면 센서(1110)는 예컨대 신체 측정 위치(예: 발바닥 또는 발목)와 가까운 신발의 내부에 배치되어 데이터를 획득할 수 있다. 이때, 획득된 데이터는 통신부를 통해 모바일 기기(1100)로 전송되고, 모바일 기기(1100)내의 프로세서는 체온을 추정하여 도시된 바와 같이 디스플레이를 통해 그 결과를 출력할 수도 있다.
도 12를 참조하면, 전자 장치는 시계 타입의 웨어러블 기기와 스마트폰과 같은 모바일 기기의 조합에 의해서도 구현될 수 있다. 일 예로, 모바일 기기(1200)의 본체에는 메모리, 통신부, 및 체온을 추정하는 프로세서가 실장될 수 있다. 모바일 기기의 프로세서는 체온 측정 요청을 수신하면 통신부를 통해 웨어러블 기기(1210) 본체 내부에 실장된 통신부와 통신하여 데이터를 획득하도록 제어할 수 있다. 또한, 웨어러블 기기로부터 제1 온도, 제2 온도, 제3 온도, 및 맥파 신호 등의 데이터를 수신하면 프로세서는 체온을 추정하여 출력부를 통해 도시된 바와 같이 모바일 기기의 디스플레이에 그 결과를 출력할 수 있다.
도 13을 참조하면, 전자 장치(1300)는 자동차의 핸들에도 구현될 수 있다.
예컨대, 전자 장치(1300)는 운전자의 손바닥 표면이 접촉되는 자동차의 핸들에 구현되어 운전자의 체온을 추정할 수 있다. 이때, 전자 장치(1300)는 체온 추정 결과를 사용자에게 차량내 전자 장치를 통해서 음향으로 제공하거나, 전자 장치(1300) 내부에 마련된 통신 모듈을 통해 외부 기기 예컨대, 모바일, 테블릿, PC 다른 의료 기기 등으로 전송할 수 있다. 또한, 전자 장치(1300)는 차량내 전자 장치로 체온 추정 결과를 전송할 수 있으며, 차량내 전자 장치는 이를 기초로 차량 내부의 온도를 조절할 수도 있다.
도 14를 참조하면, 전자 장치(1400)는 패치형으로도 구현될 수 있다.
예컨대, 전자 장치(1400)는 신체 측정 위치(예: 상완)에 스트랩에 의해 고정 배치되어 사용자의 체온을 추정할 수 있다. 이때, 전자 장치(1400)는 추정된 체온을 사용자에게 음향 또는 디스플레이를 통해 제공하거나, 전자 장치(1400) 내부에 마련된 통신 모듈을 통해 외부 기기 예컨대, 모바일, 테블릿, PC, 다른 의료 기기 등으로 전송할 수 있다.
도 15는 일 실시예에 따른 기온 추정의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
체온 추정은 기온 및 신체 측정 위치 중심 온도를 기초로 추정하므로 예상 기온이 정확할수록 체온 추정도 정확해질 수 있다. 도 15에 도시된 바와 같이, 전자 장치의 본체(110)는 상부면과 하부면을 포함할 수 있다. 하부면이 사용자의 손목에 닿는 경우, 사용자의 체열은 본체의 하부면으로 전달되어 본체의 상부면으로 전달될 수 있다. 도 15를 참조하면, 본체(110)는 본체(110)의 수직 방향(예: 두께 방향)으로 배치되는 제1 온도 센서(121) 및 제2 온도 센서(122)를 포함할 수 있다. 또한, 본체(110)는 제1 온도 센서(121) 및 제2 온도 센서(122) 보다 본체(110)의 하부면(예: 본체와 사용자의 손목이 접촉하는면)에서 더 멀리 위치하는 제3 온도 센서(123)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 온도 센서(121)는 접촉면으로부터 5mm 이하의 수직 거리(예: 두께 방향)에 배치될 수 있으며, 제3 온도 센서(123)는 본체(110)의 접촉면으로부터 수직으로 10mm 이하의 거리에 배치될 수 있다. 또한, 제1 온도 센서(121)와 제2 온도 센서(122) 사이의 수직 거리는 10mm 이하일 수 있고, 제3 온도 센서(123)와 제2 온도 센서(122) 사이의 거리는 10mm 내지 50mm 이내일 수 있다.
제1 열전도 소재(210)는 제1 온도 센서(121)와 제2 열전도 소재(220) 사이에 배치될 수 있으며, 제2 열전도 소재(220)는 제2 온도 센서(122)와 제3 온도 센서(123) 사이에 배치될 수 있으며, 제3 열전도 소재(230)는 제3 온도 센서(123)와 본체(110)의 상부면(200) 사이에 배치될 수 있다. 이때, 제1 열전도 소재(210), 제2 열전도 소재(220), 및 제3 열전도 소재(230) 중에서 적어도 하나는 최소 두께가 0.4mm 일 수 있으며, (즉, 0.4mm 이상, 바람직하게는 0.4mm 내지 1.3mm) 열전도율이 0.1W/mk 이하인 절연체(예: 폴리우레탄 폼, 공기)일 수 있다. 또한, 제1 온도 센서(121), 제2 온도 센서(122) 및 제3 온도 센서(123) 중에서 적어도 하나는 0.3mm의 최소 높이(즉 0.3mm 이상, 바람직하게는 0.3mm 내지 0.5mm)를 갖도록 설정될 수 있다.
일 실시예에 따라 제1 온도 센서(121), 제2 온도 센서(122) 및 제3 온도 센서(123)를 배치하면 전자 장치는 아래와 같은 높은 정확도로 기온을 추정할 수 있다.
| 온도 센서 T3 | 온도 센서 T2 | 실제 기온 | 추정 기온 |
| 20.96 ℃ | 22.62 ℃ | 15 ℃ | 14.96 ℃ |
| 24.77 ℃ | 26.10 ℃ | 20 ℃ | 19.98 ℃ |
| 29.18 ℃ | 30.34 ℃ | 25 ℃ | 25.00 ℃ |
| 32.39 ℃ | 33.05 ℃ | 30 ℃ | 30.00 ℃ |
상기 표 2와 같이 일 실시예에 따라 추정된 기온은 실제 기온과의 차이가 0.96 ℃ , 0.02 ℃, 0.00 ℃, and 0.00 ℃. 이므로 정확히 추정되었음을 알 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, 400: 전자 장치
110: 본체
120, 420: 센서
130, 430: 프로세서
121: 제1 온도 센서 122: 제2 온도 센서
123: 제3 온도 센서 124: 제4 온도 센서
440: 저장부
450: 출력부
460: 통신부
110: 본체
120, 420: 센서
130, 430: 프로세서
121: 제1 온도 센서 122: 제2 온도 센서
123: 제3 온도 센서 124: 제4 온도 센서
440: 저장부
450: 출력부
460: 통신부
Claims (20)
- 신체 측정 위치 표면의 제1 온도를 측정하는 제1 온도 센서;
상기 제1 온도 센서로부터 이격 배치되어 본체 내부의 제2 온도를 측정하는 제2 온도 센서;
상기 제1 온도 센서로부터 상기 제2 온도 센서에 비해 더 먼 거리에 배치되어 상기 본체 내부의 제3 온도를 측정하는 제3 온도 센서; 및
상기 제1 온도, 제2 온도 및 제3 온도를 기초로 상기 신체 측정 위치의 중심 온도를 추정하고, 상기 제2 온도 및 상기 제3 온도를 기초로 본체 외부 주변 온도를 추정하고, 추정된 신체 측정 위치의 중심 온도와 상기 본체 외부 주변 온도를 기초로 사용자의 체온을 추정하는 프로세서를 포함하는 전자 장치. - 제1항에 있어서,
상기 프로세서는
신체 기준 위치로부터 상기 신체 측정 위치까지의 열손실을 획득하고, 획득한 열손실을 기초로 상기 신체 측정 위치의 중심 온도를 보정하여 체온을 추정하는 전자 장치. - 제2항에 있어서,
상기 프로세서는
상기 제1 온도와 상기 본체 외부 주변 온도와의 차를 기초로 상기 열손실을 획득하는 전자 장치. - 제1항에 있어서,
광원과 디텍터를 포함하여 사용자의 맥파 신호를 측정하는 맥파 센서를 더 포함하고,
상기 프로세서는
상기 제1 온도와 상기 제2 온도의 차를 기초로 제1 열유속을 추정하고,
상기 맥파 신호를 기초로 피부 혈류량을 추정하고,
상기 제1 열유속, 제1 온도, 및 상기 피부 혈류량을 기초로 상기 신체 측정 위치의 중심 온도를 추정하는 전자 장치. - 제4항에 있어서,
상기 프로세서는
추정된 제1 열유속과 상기 피부 혈류량의 비와 상기 제1 온도를 결합하여 상기 신체 측정 위치의 중심 온도를 추정하는 전자 장치. - 제1항에 있어서,
상기 프로세서는
상기 제2 온도와 제3 온도의 차를 기초로 상기 제2 열유속을 추정하고, 추정된 제2 열유속과 상기 제3 온도를 결합하여 상기 본체 외부 주변 온도를 추정하는 전자 장치. - 제6항에 있어서,
상기 프로세서는
상기 제2 온도 센서와 제3 온도 센서 사이에 배치된 열전도 소재의 저항값, 상기 제3 온도 센서와 상기 본체의 표면 사이에 배치된 열전도 소재의 저항값, 및 상기 본체의 표면의 저항값을 기초로 상기 제2 열유속을 보정하는 전자 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 온도 센서, 제2 온도 센서, 및 제3 온도 센서 중에서 적어도 하나는 서미스터(thermistor)인 전자 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 온도 센서는
상기 본체와 상기 신체의 접촉면으로부터 수직 거리가 5 mm 이하에 위치하는 전자 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제3 온도 센서는
상기 본체의 표면으로부터 아래 방향으로 수직 거리가 10mm 이하에 위치하는 전자 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 온도 센서와 상기 제2 온도 센서 사이의 거리는 10mm 이내이고, 상기 제3 온도 센서와 상기 제2 온도 센서 사이의 거리는 50mm 이내인 전자 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 온도, 제2 온도, 제3 온도, 신체 측정 위치의 중심 온도, 본체 외부 주변 온도, 및 체온 중의 적어도 하나를 출력하는 디스플레이를 더 포함하는 전자 장치. - 전자 장치가 체온을 추정하는 방법에 있어서,
제1 온도 센서에 의해 신체 측정 위치 표면의 제1 온도를 측정하는 단계;
상기 제1 온도 센서로부터 이격 배치된 제2 온도 센서에 의해 본체 내부의 제2 온도를 측정하는 단계;
상기 제1 온도 센서로부터 상기 제2 온도 센서에 비해 더 먼 거리에 배치된 제3 온도 센서에 의해 상기 본체 내부의 제3 온도를 측정하는 단계;
상기 제1 온도 및 상기 제2 온도를 기초로 상기 신체 측정 위치의 중심 온도를 추정하는 단계;
상기 제2 온도 및 상기 제3 온도를 기초로 본체 외부 주변 온도를 추정하는 단계; 및
추정된 신체 측정 위치의 중심 온도와 상기 본체 외부 주변 온도를 기초로 사용자의 체온을 추정하는 단계를 포함하는 체온 추정 방법. - 제13항에 있어서,
상기 사용자의 체온을 추정하는 단계는
신체 기준 위치로부터 상기 신체 측정 위치까지의 열손실을 획득하고, 획득한 열손실을 기초로 상기 신체 측정 위치의 중심 온도를 보정하여 체온을 추정하는 체온 추정 방법. - 제14항에 있어서,
상기 사용자의 체온을 추정하는 단계는
상기 제1 온도와 상기 본체 외부 주변 온도와의 차를 기초로 상기 열손실을 획득하는 체온 추정 방법. - 제13항에 있어서,
상기 신체 측정 위치의 중심 온도를 추정하는 단계는
상기 제1 온도 및 제2 온도를 기초로 제1 열유속을 추정하고,
상기 제1 열유속, 제1 온도, 및 맥파 센서에 의해 측정된 피부 혈류량을 기초로 상기 신체 측정 위치의 중심 온도를 추정하는 체온 추정 방법. - 제13항에 있어서,
상기 본체 외부 주변 온도를 추정하는 단계는
상기 제2 온도와 제3 온도의 차를 기초로 상기 제2 열유속을 추정하고, 추정된 제2 열유속과 상기 제3 온도를 결합하여 상기 본체 외부 주변 온도를 추정하는 체온 추정 방법. - 제17항에 있어서,
상기 본체 외부 주변 온도를 추정하는 단계는
상기 제2 온도 센서와 제3 온도 센서 사이에 배치된 열전도 소재의 저항값, 상기 제3 온도 센서와 상기 본체의 표면 사이에 배치된 열전도 소재의 저항값, 및 상기 본체의 표면의 저항값을 기초로 상기 제2 열유속을 보정하는 체온 추정 방법. - 본체; 및
상기 본체에 연결되는 스트랩을 포함하고,
상기 본체는
사용자의 피부 온도를 측정하는 제1 온도 센서; 상기 본체의 제1 내부 온도를 측정하는 제2 온도 센서; 상기 본체의 제2 내부 온도를 측정하는 제3 온도 센서; 및
상기 피부 온도 및 상기 제1 내부 온도를 기초로 신체 측정 위치의 중심 온도를 추정하고, 상기 제1 내부 온도와 상기 제2 내부 온도를 기초로 본체 외부 주변 온도를 추정하고, 상기 신체 측정 위치의 중심 온도와 상기 본체 외부 주변 온도를 기초로 상기 사용자의 체온을 추정하는 프로세서를 포함하고,
상기 제2 온도 센서는 상기 본체의 두께 방향으로 제1 온도 센서와 제3 온도 센서 사이에 배치되는 웨어러블 기기. - 제19항에 있어서,
디스플레이;
상기 제1 온도 센서와 PPG(Photoplethysmography) 센서가 연결되는 센서 회로 보드; 및
상기 센서 회로 보드와 상기 디스플레이 사이에 상기 프로세서가 연결되어 배치되는 주 회로 보드를 더 포함하고,
상기 제2 온도 센서는 상기 센서 회로 보드와 상기 주 회로 보드 사이에 배치되고, 상기 제3 온도 센서는 상기 주 회로 보드와 상기 디스플레이 사이에 배치되는 웨어러블 기기.
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| KR1020220124169A KR20230171360A (ko) | 2022-06-13 | 2022-09-29 | 전자 장치 및 그 전자 장치를 이용한 체온 추정 방법 |
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