特開 2023-90616 分光装置、生体情報推定装置及び電子装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023090616

(43)【公開日】2023-06-29

(54)【発明の名称】分光装置、生体情報推定装置及び電子装置

(51)【国際特許分類】

   G01J 3/06 20060101AFI20230622BHJP

   G01J 3/18 20060101ALI20230622BHJP

   G01J 3/26 20060101ALI20230622BHJP

   G01J 3/36 20060101ALI20230622BHJP

【ＦＩ】

G01J3/06

G01J3/18

G01J3/26

G01J3/36

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022112963

(22)【出願日】2022-07-14

(31)【優先権主張番号】10-2021-0181895

(32)【優先日】2021-12-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

【公序良俗違反の表示】

（特許庁注：以下のものは登録商標）

１．ブルートゥース

２．ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ

３．ＺＩＧＢＥＥ

(71)【出願人】

【識別番号】390019839

【氏名又は名称】三星電子株式会社

【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．

【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ－ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ－ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ

(74)【代理人】

【識別番号】110000671

【氏名又は名称】ＩＢＣ一番町弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】南 聖 ▲げん▼

(72)【発明者】

【氏名】李 右 昶

【テーマコード（参考）】

2G020

【Ｆターム（参考）】

2G020AA03

2G020CA02

2G020CA04

2G020CC02

2G020CC13

2G020CC23

2G020CC45

2G020CC46

2G020CC56

2G020CC63

2G020CC65

2G020CD24

(57)【要約】

【課題】分光装置、生体情報推定装置及び電子装置を提供する。
【解決手段】一実施形態による分光装置は、光を分光する分散要素；分光された光を受信する複数のピクセルを含むディテクター；交互に形成された複数の透光部と遮光部とを含み、分散要素とディテクターとの間の光の光学経路に配される光学マスク；及び光学マスクの位置またはディテクターの位置を制御して、光学マスク上の複数の透光部を通じて入射された光を受信する複数のピクセルのそれぞれの光入射領域を変更する駆動部；を含みうる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光を分光する分散要素と、
分光された光を受信する複数のピクセルを含むディテクターと、
交互に形成された複数の透光部と遮光部とを含み、前記分散要素と前記ディテクターとの間の光の光学経路に配される光学マスクと、
前記光学マスクの位置または前記ディテクターの位置を制御して、前記光学マスク上の前記複数の透光部を通じて入射された光を受信する複数のピクセルのそれぞれの光入射領域を変更する駆動部と、
を含む、分光装置。

【請求項2】

前記分散要素は、
回折格子、または線形可変フィルターである、請求項１に記載の分光装置。

【請求項3】

前記駆動部は、
ボイスコイル、マグネット、及びホールセンサーのうち少なくとも１つを含む、請求項１または２に記載の分光装置。

【請求項4】

前記駆動部は、
前記光学マスクの両側に配されて、前記光学マスクの位置を制御する、請求項１または２に記載の分光装置。

【請求項5】

前記駆動部は、前記光学マスクの位置を制御し、
前記光学マスクは、
前記光の光学経路に沿って前記分散要素と前記ディテクターとの間に配される、請求項１または２に記載の分光装置。

【請求項6】

前記複数の透光部と複数の遮光部は、透光部と遮光部との複数の対を含み、
前記複数の対のそれぞれは、複数のディテクターピクセルのそれぞれと一対一対応するように配列される、請求項５に記載の分光装置。

【請求項7】

前記透光部の幅と遮光部の幅との比率は、既定の整数である、請求項６に記載の分光装置。

【請求項8】

前記駆動部は、
前記透光部の幅と遮光部の幅との比率に基づいて、前記光学マスクの位置を順次に制御して、前記ディテクターの各ピクセルでの光入射領域を順次に変更する、請求項７に記載の分光装置。

【請求項9】

前記ディテクターは、
前記複数のピクセルが一列に配されるか、または面積センサーである、請求項１または２に記載の分光装置。

【請求項10】

前記駆動部は、
前記ディテクターの両側に配されてディテクターの位置を変更する、請求項１または２に記載の分光装置。

【請求項11】

前記駆動部は、前記ディテクターの位置を制御し、
前記光学マスクは、
前記分散要素と前記ディテクターと前記駆動部との間に配される、請求項１または２に記載の分光装置。

【請求項12】

前記複数の透光部と複数の遮光部は、透光部と遮光部との複数の対を含み、
前記複数の対のそれぞれは、前記ディテクターの複数のピクセルのそれぞれと一対一対応するように配列される、請求項１１に記載の分光装置。

【請求項13】

前記透光部の幅と遮光部の幅との比率は、
既定の整数である、請求項１２に記載の分光装置。

【請求項14】

前記駆動部は、
前記透光部の幅と遮光部の幅との比率に基づいて、前記ディテクターの位置を順次に制御して、前記ディテクターの各ピクセルでの光入射領域を順次に変更する、請求項１３に記載の分光装置。

【請求項15】

光を照射する光源と、
前記光を分光する分散要素と、
分光された光を受信する複数のピクセルを含むディテクターと、
交互に形成された複数の透光部と複数の遮光部とを含み、前記分散要素と前記ディテクターとの間の前記光の光学経路に配される光学マスクと、
前記光学マスクの位置または前記ディテクターの位置を制御して、前記透光部を通じて入射された光を受信するための光入射領域を変更する駆動部と、
前記ディテクターの光の受信結果に基づいてユーザの生体情報を推定するプロセッサと、
を含む、生体情報推定装置。

【請求項16】

前記プロセッサは、
前記光学マスクの位置制御によって、前記複数のピクセルのそれぞれの入射領域に入射された光に基づいてスペクトルデータを生成する、請求項１５に記載の生体情報推定装置。

【請求項17】

前記複数の透光部と前記複数の遮光部は、透光部及び遮光部の複数の対を含み、
前記透光部と遮光部との一対は、
前記ディテクターの各ピクセルに一対一対応するように配列される、請求項１５に記載の生体情報推定装置。

【請求項18】

前記透光部の幅と前記遮光部の幅との比率は、
既定の整数である、請求項１７に記載の生体情報推定装置。

【請求項19】

前記駆動部は、
前記透光部の幅と前記遮光部の幅との比率に基づいて、前記光学マスクの位置を順次に制御して、前記ディテクターの各ピクセルでの光入射領域を順次に変更する、請求項１８に記載の生体情報推定装置。

【請求項20】

光を照射する光源と、
前記光源と光ディテクターとの間に提供されて、前記光を複数の波長に分散する分散要素と、
前記光源から照射された光を検出する少なくとも１つのピクセルを含む光ディテクターと、
前記光源と前記光ディテクターとの間に前記光の光学経路に沿って提供され、透光部と遮光部とを含む光学マスクと、
前記少なくとも１つのピクセルの一領域が、前記光学マスクの透光部に整列され、前記少なくとも１つのピクセルの他の領域が、前記光学マスクの遮光部に整列されるように、前記光ディテクターに対する前記光学マスクの相対的な位置を調節する駆動部と、
を含む、電子装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、物質が放出または吸収する光のスペクトルを測定する分光技術に関する。

【背景技術】

【0002】

分光装置（ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）は、物質が放出または吸収する光のスペクトルを測定して、物質の定性分析、定量分析、状態分析に使われる。このような分光装置によれば、生体から非侵襲的に血糖、コレステロールなどと関連した生体信号を測定することができる。分光装置がウェアラブル機器、モバイル機器などに装着されるならば、非侵襲的に多様な生体信号を測定して、モバイルヘルスケア分野に活用されうる。このために、分光装置の小型化が要求される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２００７－５１５８４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明が解決しようとする課題は、分光装置、生体情報推定装置及び方法を提供するところにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

一態様による分光装置は、光を分光する分散要素；分光された光を受信する複数のピクセルを含むディテクター；交互に形成された複数の透光部と遮光部とを含み、前記分散要素とディテクターとの間の光の光学経路に配される光学マスク；及び光学マスクの位置または前記ディテクターの位置を制御して、光学マスク上の複数の透光部を通じて入射された光を受信する複数のピクセルのそれぞれの光入射領域を変更する駆動部；を含みうる。

【0006】

分散要素は、回折格子（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｇｒａｔｉｎｇ）、または線形可変フィルター（ｌｉｎｅａｒ ｖａｒｉａｂｌｅ ｆｉｌｔｅｒ）である。

【0007】

駆動部は、ボイスコイル（ｖｏｉｃｅ ｃｏｉｌ）、マグネット（ｍａｇｎｅｔ）、及びホールセンサー（ｈａｌｌ ｓｅｎｓｏｒ）のうち少なくとも１つを含みうる。

【0008】

駆動部は、光学マスクの両側（２つの対向面）に配されて、光学マスクの位置を制御することができる。

【0009】

駆動部は、光学マスクの位置を制御することができ、光学マスクは、光の光学経路に沿って分散要素とディテクターとの間に配置される。

【0010】

複数の透光部と複数の遮光部は、透光部と遮光部との複数の対を含み、複数の対のそれぞれは、複数のディテクターピクセルのそれぞれと一対一対応するように配列される。

【0011】

透光部の幅と遮光部の幅との比率は、既定の整数（ｉｎｔｅｇｅｒ）である。

【0012】

駆動部は、透光部の幅と遮光部の幅との比率に基づいて、光学マスクの位置を順次に制御して、ディテクターの各ピクセルでの光入射領域を順次に変更することができる。

【0013】

ディテクターは、複数のピクセルが一列に配され（ｌｉｎｅ ａｒｒａｙ）るか、または面積センサー（ａｒｅａ ｓｅｎｓｏｒ）である。

【0014】

駆動部は、ディテクターの両側（２つの対向面）に配されてディテクターの位置を変更することができる。

【0015】

駆動部は、前記ディテクターの位置を制御することができ、光学マスクは、分散要素と前記ディテクターと前記駆動部との間に配置される。

【0016】

複数の透光部と複数の遮光部は、透光部と遮光部との複数の対を含み、複数の対のそれぞれは、前記ディテクターの複数のピクセルのそれぞれと一対一対応するように配列される。

【0017】

透光部の幅と遮光部の幅との比率は、既定の整数である。

【0018】

駆動部は、透光部の幅と遮光部の幅との比率に基づいて、ディテクターの位置を順次に制御して、ディテクターの各ピクセルでの光入射領域を順次に変更することができる。

【0019】

一態様による生体情報推定装置は、光を照射する光源；光を分光する分散要素；分光された光を受信する複数のピクセルを含むディテクター；交互に形成された複数の透光部と複数の遮光部とを含み、前記分散要素と前記ディテクターとの間の前記光の光学経路に配される光学マスク；及び光学マスクの位置または前記ディテクターの位置を制御して、透光部を通じて入射された光を受信するための光入射領域を変更する駆動部；及びディテクターの光の受信結果に基づいてユーザの生体情報を推定するプロセッサ；を含みうる。

【0020】

プロセッサは、光学マスクの位置制御によって、前記複数のピクセルのそれぞれの入射領域に入射された光に基づいてスペクトルデータを生成することができる。

【0021】

複数の透光部と複数の遮光部は、透光部及び遮光部の複数の対を含み、透光部と遮光部との一対は、ディテクターの各ピクセルに一対一対応するように配列される。

【0022】

透光部の幅と遮光部の幅との比率は、既定の整数である。

【0023】

駆動部は、前記透光部の幅と前記遮光部の幅との比率に基づいて、前記光学マスクの位置を順次に制御して、前記ディテクターの各ピクセルでの光入射領域を順次に変更することができる。

【0024】

一態様によれば、電子装置は、光を照射する光源；光源と光ディテクターとの間に提供されて、前記光を複数の波長に分散する分散要素；光源から照射された光を検出する少なくとも１つのピクセルを含む光ディテクター；光源と光ディテクターとの間に前記光の光学経路に沿って提供され、透光部と遮光部とを含む光学マスク；及び少なくとも１つのピクセルの一領域が、前記光学マスクの透光部に整列され、少なくとも１つのピクセルの他の領域が、前記光学マスクの遮光部に整列されるように、前記光ディテクターに対する前記光学マスクの相対的な位置を調節する駆動部；を含みうる。

【発明の効果】

【0025】

ディテクターの各ピクセルのあらゆる領域が光を受信するものではなく、各ピクセルの有効ピクセル領域のみ光を受信することにより、ディテクターの物理的なピクセル個数を増加させずとも、波長解像度を向上させうる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】一実施形態による分光装置を示した図面である。

【図2A】光学マスク、ディテクター、第１駆動部の配置形態を示した図面である。

【図2B】一実施形態による第１駆動部を示した図面である。

【図3A】一実施形態による光学マスクとディテクターとを示した図面である。

【図3B】他の実施形態による光学マスクとディテクターとを示した図面である。

【図4】第１駆動部が光学マスクの位置を順次に制御する過程を説明する図面である。

【図5】線形可変フィルターを含む分光装置を示した図面である。

【図6】他の実施形態による分光装置を示した図面である。

【図7A】一実施形態による生体情報推定装置のブロック図である。

【図7B】他の実施形態による生体情報推定装置のブロック図である。

【図8】一実施形態による生体情報推定方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0027】

その他の実施形態の具体的な事項は、詳細な説明及び図面に含まれている。記載の技術の利点及び特徴、そして、それらを果たす方法は、図面と共に詳細に後述されている実施形態を参照すると、明確になる。明細書の全般に亘って同じ参照符号は、同じ構成要素を称する。

【0028】

第１、第２などの用語は、多様な構成要素の説明に使われるが、構成要素は、用語によって限定されるものではない。用語は、１つの構成要素を他の構成要素から区別する目的のみで使われる。単数の表現は、文脈上、取り立てて明示しない限り、複数の表現を含む。また、ある部分がある構成要素を「含む」ことができるとする時、これは、特に取り立てて言及しない限り、他の構成要素を除外するものではなく、他の構成要素をさらに含みうることを意味する。また、明細書に記載の「．．．部」、「モジュール」などの用語は、少なくとも１つの機能や動作を処理する単位を意味し、これは、ハードウェアまたはソフトウェアとして具現されるか、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせで具現可能である。

【0029】

図１は、一実施形態による分光装置を図示したものである。図１を参照すれば、分光装置１００は、光源から照射された光を通過するように許容するスリット１０１、前記スリット１０１を通過した光を反射させるミラー１０２、光学マスク１１０、前記光学マスク１１０の位置を制御する第１駆動部１２０、前記光学マスク１１０を通過した光を検出するディテクター１３０、及び前記光が前記光学マスク１１０と前記ディテクター１３０とに移動するように、前記ミラー１０２から入射された光の方向を変更する分散要素１４０ａを含みうる。たとえ、図１は、光源が分光器１００と別途に提供されるものを図示しているにしても、分光器１００は、光源を含みうる。

【0030】

分散要素１４０ａは、入射光を分光させるか、入射光を複数の色成分または多様な波長に分離することができる。例えば、分散要素１４０ａは、スリット１０１を通過し、ミラー１０２によって反射した入射光を分光させることができる。この際、入射光は、７５０～２０００ｎｍの波長を有する近赤外線スペクトル波長帯域の光である。

【0031】

分散要素１４０ａは、回折格子、線形可変フィルター、プリズムなどを含みうる。回折格子は、光の回折及び干渉現象を用いて光のスペクトルを波長によって分離する素子であり、入射光の成分を波長の順次に配列することができる。

【0032】

一例として、図１に示したように、分散要素１４０ａは、入射光を分光させながら反射させる反射型回折格子である。反射型回折格子は、反射平面に多数の溝が平行に等間隔で刻まれた形態からなることにより、各溝での回折光どうしの干渉でスペクトルが得られる。したがって、反射型回折格子は、入射光を波長によって他の角度に分解してミラー１０２、またはディテクター１３０の方向に反射させることができる。

【0033】

他の例として、分散要素は、コリメーティングレンズによってコリメーティングされた入射光を分光させながら透過させる透過型回折格子でもある。

【0034】

さらに他の例として、分散要素は、コリメーティングレンズによってコリメーティングされた入射光を波長によって他の角度に分解して配列するプリズムである。プリズムは、光を屈折させることができる光学的平面を２個以上有した透明体であって、少なくとも一対の面が平行ではない形状からなる。プリズムは、デルタ形状からなりうるが、これに限定されるものではない。光をプリズムに通過させれば、波長による屈折率が異なって分散が行われるので、スペクトルが得られうる。

【0035】

ディテクター１３０は、分散要素１４０ａによって波長帯別に分光された光を受信して電気的信号に変換することができる。

【0036】

ディテクター１３０は、複数のピクセルを含みうる。この際、複数のピクセルは、一列に配されるか、または面積センサーの形態である。但し、これに制限されるものではない。ディテクター１３０の各ピクセルは、フォトダイオード（ｐｈｏｔｏ ｄｉｏｄｅ）、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ－ＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などの何れか１つの素子として具現可能であるが、これに制限されるものではない。

【0037】

光学マスク１１０は、ディテクター１３０の一面に配され、第１駆動部１２０は、光学マスク１１０の位置を制御することができる。光学マスク１１０は、光の透過を完全または部分的に遮断することができる。光学マスク１１０は、通過帯域の外部の波長を有する光の透過を遮断することができる。

【0038】

光学マスク１１０、第１駆動部１２０、及びディテクター１３０の配置形態を、図２Ａを通じて詳細に説明する。図２Ａは、光学マスク、ディテクター、第１駆動部１２０の配置形態を図示したものである。

【0039】

図２Ａを参照すれば、光学マスク１１０は、ディテクター１３０の一面のうち、上部に配置される。この際、ディテクター１３０の上部は、図２Ａに示したように、分散要素によって分光された光が入射される面を意味する。

【0040】

図２Ａには、ディテクター１３０の各ピクセルが一列に配されたと示されているが、前述したように、、各ピクセルは、面積センサーの形態でもある。以下、説明の便宜のために、ディテクター１３０の各ピクセルが一列に配された場合を例として説明する。

【0041】

図２Ａには、第１駆動部１２０が光学マスク１１０の両側に２個配されたと示されているが、これに制限されるものではない。例えば、第１駆動部１２０は、光学マスク１１０を取り囲む同心円上で光学マスク１１０に隣接するように３個、または４個配されてもよい。または、第１駆動部１２０は、光学マスク１１０の一面に１個配されてもよい。

【0042】

第１駆動部１２０が含みうる詳細構成を、図２Ｂを通じて説明する。

【0043】

図２Ｂは、一実施形態による第１駆動部１２０を図示したものである。

【0044】

図２Ｂを参照すれば、第１駆動部１２０は、ボイスコイル１２３、マグネット１２４、ホールセンサー１２５、支持部１２１、及び光学マスク接触部１２２を含みうる。この際、図２Ｂに示したように、ボイスコイル１２３、マグネット１２４、及びホールセンサー１２５は、支持部１２１と光学マスク接触部１２２との間に配置される。

【0045】

図２Ｂには、ボイスコイル１２３、マグネット１２４、及びホールセンサー１２５が光学マスク１１０の両側（２つの対向する面）にそれぞれ配されたと示されているが、前述したように、これに制限されず、第１駆動部は、光学マスク１１０の一面に１個配されるか、光学マスク１１０と隣接するように３個以上配されてもよい。

【0046】

第１駆動部１２０は、ボイスコイル１２３、マグネット１２４、及びホールセンサー１２５などによる電磁力（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｏｒｃｅ）に基づいて光学マスク１１０の位置を制御することができる。例えば、磁場を発生させるマグネット１２４は、電流が供給されるボイスコイル１２３と互いに対向するように配され、この際、第１駆動部１２０は、磁場と電流とに垂直に発生するローレンツ力（Ｌｏｒｅｎｔｚ ｆｏｒｃｅ）に基づいて光学マスク１１０の位置を制御することができる。

【0047】

図２Ｂに図示されていないが、第１駆動部１２０は、電位差が加えられれば、逆圧電効果（ｉｎｖｅｒｓｅ ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｅｆｆｅｃｔ）によって機械的な変位を発生させる圧電アクチュエータ（図示せず）などをさらに含みうる。

【0048】

再び図１を参照すれば、光学マスク１１０は、複数の透光部と複数の不透光部とが交互に形成されうる。用語「不透光部」は、遮光部を意味する。

【0049】

透光部は、分散要素によって分光された光がディテクター１３０の方向に通過することができる部分、不透光部は、通過することができない部分を意味する。この際、透光部は、光が透過されるように透明材質のカバー、例えば、ガラス、プラスチックなどで密閉される。

【0050】

透光部と不透光部との一対は、ディテクター１３０の各ピクセルに対応するように形成されうる。この際、透光部と不透光部は、相互間に所定整数のサイズ比率で形成されうる。光学マスク１１０の形態を、図３Ａ、及び図３Ｂを通じて説明する。

【0051】

図３Ａは、一実施形態による光学マスクとディテクターとを図示したものである。

【0052】

図３Ａを参照すれば、光学マスク１１０ａは、透光部（図中の白色の部分）と不透光部（図中の黒色の部分）との対の個数がＮ個であると示されており、ディテクター１３０のピクセルの個数も、Ｎ個であると示されている。

【0053】

図３Ａには、光学マスク１１０ａの透光部と不透光部との最初の対（Ｍ_１）は、ディテクター１３０の最初のピクセル（Ｐ_１）と対応し、光学マスク１１０ａの透光部と不透光部とのｋ番目の対（Ｍ_ｋ）は、ディテクター１３０のＫ番目のピクセル（Ｐ_Ｋ）と対応し、光学マスク１１０ａの透光部と不透光部との最後のＮ番目の対（Ｍ_Ｎ）は、ディテクター１３０の最後のＮ番目のピクセル（Ｐ_Ｎ）と対応すると示されている。

【0054】

図３Ａには、各透光部と不透光部との幅は、いずれも同様にｄ_１であると示されている。すなわち、図３Ａは、各透光部と不透光部とが１対１のサイズ比率で形成された場合を図示したものである。

【0055】

図３Ｂは、他の実施形態による光学マスクとディテクターとを図示したものである。

【0056】

図３Ｂを参照すれば、光学マスク１１０ｂは、透光部（図中の白色の部分）と不透光部（図中の黒色の部分）との対の個数がＮ個であると示されており、ディテクター１３０のピクセルの個数も、Ｎ個であると示されている。

【0057】

光学マスク１１０ａの透光部と不透光部との最初の対（Ｍ_１）は、ディテクター１３０の最初のピクセル（Ｐ_１）と対応し、光学マスク１１０ａの透光部と不透光部との最後のＮ番目の対（Ｍ_Ｎ）は、ディテクター１３０の最後のＮ番目のピクセル（Ｐ_Ｎ）と対応すると示されている。

【0058】

図３Ｂには、各透光部の幅は、ｄ_２であると示されており、不透光部の幅は、２ｄ_２であると示されている。すなわち、図３Ｂは、各透光部と不透光部とが１対２のサイズ比率で形成された場合を図示したものである。但し、透光部と不透光部とのサイズ比率は、これに制限されず、１対３、１対４など自由に変形されうる。

【0059】

図３Ａと図３Ｂには、透光部と不透光部とが光学マスク１１０ａ、１１０ｂの縦の長さ面を基準に交互に形成された場合が示されているが、これに制限されず、透光部と不透光部とが光学マスク１１０ａ、１１０ｂの横の長さ面を基準に交互に形成されうる。

【0060】

図３Ａと図３Ｂには、透光部と不透光部との対の個数と、ディテクター１３０のピクセルの個数が同じであると示されているが、これに制限されず、何れか１つの個数が、他の１つの個数よりもさらに多いか、少ないこともある。

【0061】

再び図１を参照すれば、第１駆動部１２０は、光学マスク１１０の位置を制御して、各ピクセルで光学マスク１１０の透光部を通じて入射された光を受信する有効ピクセル領域を変更することができる。第１駆動部１２０が、有効ピクセル領域を変更する過程を、図４を通じて説明する。

【0062】

図４は、第１駆動部１２０が光学マスクの位置を順次に制御する過程を説明する図面である。

【0063】

図４には、第１駆動部１２０がｔ１時点に制御した光学マスク１１０の位置と、ｔ２時点に制御した光学マスク１１０の位置と、が示されている。図４は、図３Ａのように、光学マスク１１０の透光部と不透光部とが１対１のサイズ比率で形成された場合を例示したものである。

【0064】

図４のディテクター１３０のＫ番目のピクセルであるＰ_Ｋを例として説明すれば、第１駆動部１２０がｔ１時点に制御した光学マスク１１０の位置では、Ｐ_Ｋ１が透光部に対応するので、Ｐ_Ｋ１が有効ピクセル領域になり、第１駆動部１２０がｔ２時点に制御した光学マスク１１０の位置では、Ｐ_Ｋ２が透光部に対応するので、Ｐ_Ｋ２が有効ピクセル領域になる。用語「有効ピクセル領域」は、ピクセルの光入射領域を意味する。

【0065】

すなわち、図４に示したように、第１駆動部１２０は、光学マスク１１０の透光部と不透光部とが１対１のサイズ比率で形成された場合には、光学マスク１１０の位置を初期位置、変更された位置に２回制御することができる。この際、もし、図４に示したところと異なって、透光部と不透光部とが１対１のサイズ比率ではない、例えば、図３Ｂのように、１対２のサイズ比率で形成された場合には、第１駆動部１２０は光学マスク１１０の位置を３回制御することができる。

【0066】

このように、ディテクター１３０の各ピクセルのあらゆる領域が光を受信するものではなく、各ピクセルの有効ピクセル領域のみ光を受信することにより、ディテクター１３０の物理的なピクセル個数を増加させずとも、波長解像度を向上させうる。すなわち、分散される波長帯域の一部のみ各ピクセルの有効ピクセル領域に伝達され、それにより、各ピクセルの有効ピクセル領域に伝達される波長帯域（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｂａｎｄ）幅が減少し、これを通じて分光装置の解像度を向上させうる。この際、透光部と不透光部とのサイズ比率の差が大きくなるほど（例：１対３、１対４、１対５など）、各ピクセルの有効ピクセル領域に伝達される波長帯域幅がさらに減少し、それにより、分光装置の解像度はさらに向上する。

【0067】

図５は、線形可変フィルターを含む分光装置を図示したものである。光学マスク１１０、第１駆動部１２０、及びディテクター１３０は、図１ないし図３を通じて詳細に説明したので、ここでは省略する。

【0068】

図５を参照すれば、分光装置５００は、分散要素として図１での回折格子１４０ａの代わりに、線形可変フィルター１４０ｂを含みうる。

【0069】

線形可変フィルター１４０ｂは、厚さが長手方向に変わるフィルターを意味する。線形可変フィルター１４０ｂは、一種のファブリペロー共振器構造の光学フィルターであって、長手方向に誘電体共振層の厚さが線形的に可変される構造からなりうる。線形可変フィルター１４０ｂには、誘電体共振層を挟んで下部鏡層と上部鏡層とがそれぞれ位置される。

【0070】

線形可変フィルター１４０ｂは、光が入射される位置によって透過波長帯域が異なつて分散が行われるので、スペクトルが得られ得る。

【0071】

図６は、他の実施形態による分光装置を図示したものである。図６を参照すれば、分光装置６００は、光学マスク１１０、光学マスク支持部６１０、ディテクター１３０、及び第２駆動部６２０を含みうる。

【0072】

図１ないし図５で前述したように、光学マスク１１０は、複数の透光部と不透光部とが交互に形成され、ディテクター１３０の一面に配され、ディテクター１３０は、分光された光を受信する複数のピクセルを含みうる。図６において、光学マスク１１０に入射される光は、回折格子、線形可変フィルターなどの分散要素１４０によって分光された光を意味する。

【0073】

光学マスク１１０は、ディテクター１３０と第２駆動部６２０との上部に配置される。

【0074】

光学マスク支持部６１０は、光学マスク１１０の一側に配されて、光学マスク１１０の位置を固定することができる。図６には、光学マスク支持部６１０が光学マスク１１０の両側にそれぞれ１つずつ配されたと示されているが、光学マスク支持部６１０の個数、及び位置は、これに制限されるものではない。

【0075】

第２駆動部６２０は、ディテクター１３０の一側に配置される。図６には、第２駆動部６２０がディテクター１３０の両側（２つの対向する面）に２個配されたと示されているが、これに制限されるものではない。例えば、第２駆動部６２０は、ディテクター１３０を取り囲む同心円上でディテクター１３０に隣接するように３個、または４個配されてもよい。または、第２駆動部６２０は、ディテクター１３０の一側に１個配されてもよい。

【0076】

第２駆動部６２０は、図２Ｂで前述した第１駆動部１２０と同様に、ボイスコイル、マグネット、ホールセンサーなどを用いてディテクター１３０の位置を制御することができる。但し、これに制限されるものではない。

【0077】

第２駆動部６２０は、ディテクター１３０の位置を制御して、各ピクセルで光学マスク１１０の透光部を通じて入射された光を受信する有効ピクセル領域を変更することができる。すなわち、図４において、第１駆動部１２０が光学マスク１１０の位置を制御したものと類似した原理であって、第２駆動部６２０は、透光部と不透光部とのサイズ比率によってディテクター１３０の位置を順次に制御して、ディテクター１３０の各ピクセルでの有効ピクセル領域を順次に変更することができる。

【0078】

図７Ａは、一実施形態による生体情報推定装置のブロック図である。図７Ａを参照すれば、生体情報推定装置７００ａは、光源７１０、分光装置７２０、及びプロセッサ７３０を含みうる。生体情報は、血糖、中性脂肪、コレステロール、カロリー、タンパク質及び尿酸などを含みうるが、これに制限されるものではない。

【0079】

光源７１０は、発光ダイオード（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ、ＬＥＤ）、レーザダイオード（ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ、ＬＤ）または蛍光体などを含みうるが、これに制限されるものではない。この際、光源７１０が照射する光は、７５０～２０００ｎｍの波長を有する近赤外線スペクトル波長帯域の光であるが、これに制限されるものではなく、ラマンスペクトル波長帯域の光、中赤外線スペクトル波長帯域の光など自由に変形されうる。

【0080】

光源７１０は、プロセッサ７３０の制御信号によって被検体（ＯＢＪ）に光を照射することができ、光源７１０から照射された光は、少なくとも１つの光学要素によって被検体（ＯＢＪ）の必要な位置に向かう。

【0081】

分光装置７２０は、光源７１０から照射され、被検体によって散乱、または反射した光を分光して受信することができ、光学マスク１１０、第１駆動部１２０、ディテクター１３０、及び分散要素１４０を含みうる。分光装置７２０は、図６に示された第２駆動部６２０をさらに含みうる。この際、分光装置７２０は、図１、及び図５の分光装置１００、５００のうち何れか１つを意味する。但し、図７Ａに示したところと異なって、分光装置７２０は、図６の分光装置６００を意味することもある。

【0082】

プロセッサ７３０は、光源７１０、及び分光装置７２０と電気的に連結される。

【0083】

プロセッサ７３０は、分光装置７２０の光の受信結果に基づいて生体情報を推定することができる。例えば、ディテクター１３０が分散要素１４０によって波長帯別に分光された光を受信し、電気的信号に変換すれば、プロセッサ７３０は、これを受信して、ユーザの生体情報を推定することができる。

【0084】

プロセッサ７３０は、有効ピクセル領域の変更によって獲得される各スペクトルデータを合成して、最終スペクトルデータを生成することができる。図４を例として説明すれば、プロセッサ７３０は、ｔ１時点で各ピクセルの第１有効ピクセル領域（例：Ｐ_Ｋ１）から検出された光量に基づいて第１スペクトルデータを獲得し、ｔ２時点で各ピクセルの第２有効ピクセル領域（例：Ｐ_Ｋ２）から検出された光量に基づいて第２スペクトルデータを獲得し、該獲得された第１スペクトルデータと第２スペクトルデータとを合成して、最終スペクトルデータを生成することができる。

【0085】

プロセッサ７３０は、生成された最終スペクトルデータと既定の生体情報推定モデルなどを用いてユーザの生体情報を推定することができる。

【0086】

図７Ｂは、他の実施形態による生体情報推定装置のブロック図である。生体情報推定装置７００ｂは、図７Ａで前述した生体情報推定装置７００ａの以外に保存部７４０、出力部７５０、及び通信部７６０をさらに含みうる。以下、重複説明を避けるために、保存部７４０、出力部７５０、及び通信部７６０を中心に説明する。

【0087】

保存部７４０は、プロセッサ７３０の処理結果を保存することができる。また、保存部７４０は、生体情報推定に必要な多様な基準情報を保存することができる。例えば、基準情報は、ユーザの年齢、性別、健康状態のようなユーザ特性情報を含みうる。また、基準情報は、生体情報推定モデル、生体情報推定基準、キャリブレーション周期などを含みうる。但し、これに制限されるものではない。

【0088】

この際、保存部７４０は、フラッシュメモリタイプ（ｆｌａｓｈ ｍｅｍｏｒｙ ｔｙｐｅ）、ハードディスクタイプ（ｈａｒｄ ｄｉｓｋ ｔｙｐｅ）、マルチメディアカードマイクロタイプ（ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ｃａｒｄ ｍｉｃｒｏ ｔｙｐｅ）、カードタイプのメモリ（例えば、ＳＤまたはＸＤメモリなど）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ－Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ－Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ－Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、磁気メモリ、磁気ディスク、光ディスクなどの記録媒体を含み、これに制限されるものではない。

【0089】

出力部７５０は、プロセッサ７３０の制御によって各種の情報を出力する。この際、出力部７５０は、プロセッサ７３０から推定された生体情報やそれと関連した健康状態情報、警告やアラーム情報などを表示することができ、多様な視覚的表示方法でユーザに表示することができる。

【0090】

出力部７５０は、タッチ入力が可能なタッチモジュールを含んで構成され、この場合、ユーザインターフェース（ｕｓｅｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を出力することができ、ユーザインターフェースを通じてユーザから入力される命令を受信し、該受信された命令をプロセッサ７３０に伝達することができる。生体情報推定装置７００ｂは、ユーザの制御命令を受信してプロセッサ７３０に伝達するための別途の操作部を含みうる。操作部は、生体情報推定装置７００ｂの電源をオン／オフさせる命令を入力するための電源ボタンなどを含みうる。

【0091】

通信部７６０は、プロセッサ７３０の制御信号によって通信技術を活用して通信網に接続し、同一通信網に接続されている外部装置と連結して必要なデータを送受信することができる。プロセッサ７３０は、通信部７６０を制御して外部装置と連結し、該連結された外部装置と協業を通じて多様な動作を処理することができる。この際、プロセッサ７３０は、連携された外部装置が搭載している生体情報推定機能の程度によって必要な情報を外部装置に提供することができる。

【0092】

通信技術は、ブルートゥース（ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）通信、ＢＬＥ（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ）通信、近距離無線通信（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｕｎｉｔ）、ＷＬＡＮ（Ｗｉ－Ｆｉ）通信、ジグビー（Ｚｉｇｂｅｅ）通信、赤外線（ＩｒＤＡ、ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｄａｔａ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）通信、ＷＦＤ（Ｗｉ－Ｆｉ Ｄｉｒｅｃｔ）通信、ＵＷＢ（ｕｌｔｒａ ｗｉｄｅ ｂａｎｄ）通信、Ａｎｔ＋通信、ＷＩ－ＦＩ通信、３Ｇ、４Ｇ及び５Ｇ通信技術になり、これに限定されるものではない。

【0093】

例えば、通信部７６０は、外部装置と通信連結して、生成された最終スペクトルデータなどの情報を外部装置に伝送しうる。また、通信部７６０は、外部装置から生体情報推定装置のキャリブレーション（ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）のための基準情報、例えば、基準血糖値などを受信してプロセッサ７３０に伝達することができる。

【0094】

図８は、一実施形態による生体情報推定方法のフローチャートである。図８は、図１、及び図５の分光装置１００、５００によって行われる一実施形態である。前述したので、以下、重複説明を避けるために簡略に説明する。

【0095】

まず、光学マスクの位置を制御することができる（８１０）。この際、第１駆動部１２０を通じて光学マスクを初期位置で制御することができる。

【0096】

次に、光を照射することができる（８２０）。

【0097】

次に、各ピクセルの有効ピクセル領域が分光された光を受信することができる（８３０）。この際、各ピクセルの有効ピクセル領域は、分散要素によって分光されるが、前記光学マスクの透光部を通過した光を検出することができる。分散要素は、回折格子、線形可変フィルター、プリズムなどを含みうる。光は、光学マスクの不透光部によって有効ピクセル領域以外の残りのピクセルには到達しない。

【0098】

次に、光学マスクの位置を制御して、各ピクセルの有効ピクセル部を変更することができる（８４０）。この際、第１駆動部１２０は、ボイスコイル、マグネット、及びホールセンサーなどを用いて光学マスクの位置を制御することができる。

【0099】

次に、各ピクセルの変更された有効ピクセル部が分光された光を受信することができる（８５０）。

【0100】

次に、追加的な光学マスクの位置制御が必要であるか否かを判断することができる（８６０）。この際、光学マスクの透光部と不透光部とのサイズ比率に基づいて追加的な光学マスクの位置制御が必要であるか否かを判断することができる。例えば、透光部と不透光部とが１対１のサイズ比率で形成された場合には、段階（８６０）で追加的な光学マスクの位置制御が不要であると判断することができ、透光部と不透光部とが１対２のサイズ比率で形成された場合には、段階（８６０）で追加的な光学マスクの位置制御が必要であると判断することができる。但し、これに制限されるものではない。

【0101】

判断の結果、追加的な光学マスクの位置制御が不要である場合、光学マスクの位置によって獲得された各スペクトルデータを合成して、最終スペクトルデータを生成することができる（８７０）。

【0102】

次に、生成されたスペクトルデータに基づいてユーザの生体情報を推定することができる（８８０）。

【0103】

一方、本実施形態は、コンピュータで読み取り可能な記録媒体にコンピュータで読み取り可能なコードとして具現することが可能である。コンピュータで読み取り可能な記録媒体は、コンピュータシステムによって読み取れるデータが保存されるあらゆる種類の記録装置を含む。

【0104】

コンピュータで読み取り可能な記録媒体の例としては、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＤ－ＲＯＭ、磁気テープ、フロッピーディスク、光データ記録装置などがあり、また、キャリアウェーブ（例えば、インターネットを介した伝送）の形態で具現するものを含む。また、コンピュータで読み取り可能な記録媒体は、ネットワークで連結されたコンピュータシステムに分散されて、分散方式によりコンピュータで読み取り可能なコードとして保存されて実行可能である。そして、本実施形態を具現するための機能的な（ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ）プログラム、コード及びコードセグメントは、本発明が属す技術分野のプログラマーによって容易に推論されうる。

【0105】

当業者ならば、開示された技術的思想や必須的な特徴を変更せずとも、他の具体的な形態で実施可能であることを理解できるであろう。したがって、前述した実施形態は、あらゆる面で例示的なものであり、限定的ではないということを理解せねばならない。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8】