Optical spectroscopy plays a vital role in non-invasive monitoring for applications such as quality control and clinical diagnosis, but has a trade-off relationship between device volume and spectral resolution due to the low angular dispersion. This paper introduces an ultrathin solid immersion grating microspectrometer (SIG-μSPEC) with high spectral resolution in a broad operational range. Unique configuration of the SIG-μSPEC achieves multispectral focal plane on a CMOS line sensor, addressing the limitations of conventional bulky spectrometers. The device is first successfully applied to non-invasive fruit ripeness prediction, with an accurate prediction level. The SIG-μSPEC is further adapted for blood pressure estimation by measuring hyperspectral PPG signals. Applied to a wearable watch-type module, Hyperspectral PPG data exhibits promising results in estimating blood pressure levels. The high-resolution SIG-μSPEC proves effective in both fruit maturity assessment and blood pressure estimation, highlighting its potential in diverse real-time monitoring applications.
광학 분광법은 품질 관리 및 임상 진단과 같은 응용 분야에서 비침습 모니터링에 중요한 역할을 하지만, 낮은 각분산으로 인해 부피와 스펙트럼 해상도 사이에 트레이드-오프 관계가 해소되지 못한다. 본 연구에서는 초박형 고체잠입 회절판 구조의 마이크로분광기 (SIG-μSPEC)를 통해 높은 해상도와 넓은 작동 파장 범위를 갖는다. 마이크로분광기는 CMOS 라인 센서에서 다중 스펙트럼 초점을 달성하여 기존 분광기의 공간적 한계를 극복하였다. 고해상도의 SIG 마이크로분광기의 광학 성능은 우선 비침습 과일 성숙도 예측에 성공적으로 적용되어 높은 예측 정확도를 보였다. 더 나아가, 구조 개선을 통한 고해상도의 SIG 마이크로분광기는 초분광 PPG 신호를 측정하여 혈압 추정에 적용하였다. 시계 형태로 제작한 웨어러블 모듈에 적용된 초분광 PPG 데이터는 혈압의 높은 추정 결과를 나타냈다. 고해상도 SIG 마이크로분광기는 품질 관리 및 혈압 추정 모두 효과적으로 광학 성능을 검증하여 다양한 실시간 모니터링 응용 분야에서의 잠재력을 보였다.
