KR200483102Y1 - 차량 운전자용 손목시계형 밴드 - Google Patents

Abstract

본 고안은 차량 운전자의 손목에 착용되는 센서 모듈을 통해 운전자의 운전 중 생체 상태를 실시간 모니터링하여 졸음 등에 의한 안전 사고를 미연에 방지할 수 있는 차량 운전자용 손목 밴드에 관한 것이다.
본 고안에 따른 차량 운전자용 손목시계형 밴드는 제어부처리부가 내장되는 몸체부와; 상기 몸체부에 결합되는 밴드 형태로 구성되어 상기 몸체부를 운전자의 손목에 착용할 수 있도록 기능하는 손목밴드부와; 제1 전극과 제2 전극을 포함하고 상기 몸체부에 구비되는 GSR 센서; 및 상기 몸체부 하면의 중심부에 상기 하면에 대해 단차지게 돌출 형성된 융기부를 포함한다.
그리고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 상호 간격을 두고 대향하며 상기 융기부 상에 적어도 일부가 노출되게 구비되고, 상기 융기부 상에 노출되는 부위 중 상기 제1 전극의 내측 모서리부(이하, '제1 모서리부')와 상기 제2 전극의 내측 모서리부(이하, '제2 모서리부')는 각각 곡선형 구조로 이루어진다.

Description

차량 운전자용 손목시계형 밴드{WRIST WATCH TYPE BAND FOR AUTOMOBILE DRIVER}

본 고안은 차량 운전자의 손목에 착용되는 센서 모듈을 통해 운전자의 운전 중 생체 상태를 실시간 모니터링하여 졸음 등에 의한 안전 사고를 미연에 방지할 수 있는 차량 운전자용 손목 밴드에 관한 것이다.

일반적으로 자동차는 많은 기본적인 안전 문제들을 포함하고 있으며, 이러한 안전 문제들은 운전자의 실수와 브레이크 고장과 같은 자동차 결함을 포함할 수 있다. 예측 가능한 안전 문제들에 따른 피해를 최소화하기 위해 자동차에는 안전 벨트와 에어백 등과 같이 안전 장치들이 장착되고 있다. 그러나 이러한 장치들이 근본적으로 안전 문제를 해결할 수는 없으며, 자동차 사고들 중 많은 부분을 차지하는 운전자의 실수(예를 들어 졸음운전 등)를 방지할 수 있는 방법이 요구된다.

이러한 필요성에 기인하여, 최근 운전자 상태 모니터링 장치에 대한 논의 및 개발이 진행 중이고, 특히 졸음 여부의 정확한 판단 및 경고 처리 등에 대한 개발이 활발하게 진행되고 있다. 일반적으로 개발되는 운전자 상태 모니터링 장치는 예컨대 한국등록특허 제100291378호(선행특허 1)과 같이 차량 내부의 센서(예를 들어, 카메라 등)를 이용하여 운전자의 졸음 상태만을 감시하고, 이를 근거로 주행 위험 요소를 파악하는 방식이 일반적이다. 그러나, 졸음 상태 감시만으로는 운전자 사고를 유발할 수 있는 제반 생체 상태에 대한 종합적 판단이 어렵기 때문에 보다 정확하게 운전자 상태를 감시하여 경고 처리와 차량 제어를 수행할 수 있는 방안이 요구된다.

상기와 같이, 운전자 관련 제반 생체 상태를 종합 판단하기 위해서는, 운전에 방해를 주지 않으면서 해당 운전자의 맥박, 체온, 긴장/이완 상태, 주변 온도 등 다양한 정보를 측정해야 하므로 운전자의 손바닥과 직접 접촉하는 차량 핸들 등에 구비되도록 하는 것이 좋으나, 이러한 방식은 차량의 일부 구성을 새롭게 개발하거나 개조하여야 하므로 바람직하지 않다. 이러한 이유로 운전자 상태를 종합적으로 모니터링 하기 위한 장치는 손목 밴드형으로 구현하는 것이 가장 좋다.

한국공개특허 제2008-0013129호(선행특허 2)에는 도 1과 같은 손목시계형 건강관리밴드가 개시되어 있다. 그러나, 선행특허 1 등의 종래 기술을 적용한 손목시계형 건강관리밴드는 다양한 회로소자를 사용하고 있으며, 이를 실장하기 위해 손목밴드부 영역에도 회로소자를 실장하여야 하므로 손목밴드부와 몸체부를 전기적으로 안정되게 연결하는 구성을 구비하여야 하므로 단선 불량이 발생할 소지가 있으며, 구성이 복잡해지고, 부피가 커서 사용자가 손목에 차고 휴대하기에는 불편한 점이 있었다.

한편, 운전자의 긴장/이완 상태 등을 모니터링하기 위하여 손목시계형 밴드에 GSR 센서를 탑재할 경우, 광 신호를 이용하는 PPG 센서와 달리 GSR 센서의 경우 피부에 직접 접촉하여 피부 전기전도도를 측정하는 방식인 바, GSR 센서의 검출 전극은 운전자 피부 즉 손목에 항시 접촉된 상태를 유지할 수 있어야 한다.

그런데, 운전자의 손목에 손목시계형 밴드를 착용하게 되면, 차량 핸들 조작 및 차량 진동 등에 의해 손목시계형 밴드가 반복적으로 흔들리거나 떨리는 현상이 유발되고, 이로 인해 GSR 센서의 검출 전극이 운전자 피부에 닿지 못하고 있는 상태가 빈번히 발생될 수 있다. 상기 경우, GSR 센서에 의한 생체 정보를 검출이 불가하게 되어 운전자 상태 모니터링 기능이 제대로 구현되지 못하게 되는 문제점이 야기된다.

한편, 통상의 GSR 센서는 교감신경에 의한 한선 반응으로 한선의 밀도가 높은 손가락이나 손바닥을 측정 대상으로 하여 이에 직류를 흘려 저항을 측정하는 방식으로 사용되는 것이 일반적이나, GSR 센서를 손목 밴드형으로 제작하게 되면 그 착용 위치상 손목을 측정 대상으로 동작하게 된다.

그런데, 손목의 경우 손가락이나 손바닥 대비 한선의 밀도가 상대적으로 낮아 종래와 같이 단순히 직류를 사용할 경우 피부 전기전도도를 정확히 측정하기 어려워지는 문제점이 야기된다.

선행특허 1. 한국등록특허 제100291378호 (등록일: 2001.03.12) 선행특허 2. 한국공개특허 제2008-0013129호 (공개일: 2008.02.13)

본 고안의 목적은 운전자의 다양한 생체 정보를 모니터링하여 이완, 졸음 등에 의해 유발될 수 있는 안전 사고를 미연에 방지할 수 있는 차량 운전자용 손목시계형 밴드를 제공하는 것이다.

본 고안의 또 다른 목적은 GSR 센서를 특히 손목시계형 밴드에 적용할 경우 야기되는 제반 문제점을 모두 해결할 수 있어, 항시 피부 전기전도도를 정확히 측정할 수 있는 차량 운전자용 손목시계형 밴드를 제공하는 것이다.

본 고안의 또 다른 목적은 센서 및 회로소자를 몸체부에만 실장할 수 있는 구조를 구현함으로써, 부피가 작고 누구나 쉽게 휴대할 수 있는 차량 운전자용 손목시계형 밴드를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 차량 운전자용 손목시계형 밴드는 제어부처리부가 내장되는 몸체부와; 상기 몸체부에 결합되는 밴드 형태로 구성되어 상기 몸체부를 운전자의 손목에 착용할 수 있도록 기능하는 손목밴드부와; 제1 전극과 제2 전극을 포함하고 상기 몸체부에 구비되는 GSR 센서; 및 상기 몸체부 하면의 중심부에 상기 하면에 대해 단차지게 돌출 형성된 융기부를 포함한다.

그리고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 상호 간격을 두고 대향하며 상기 융기부 상에 적어도 일부가 노출되게 구비되고, 상기 융기부 상에 노출되는 부위 중 상기 제1 전극의 내측 모서리부(이하, '제1 모서리부')와 상기 제2 전극의 내측 모서리부(이하, '제2 모서리부')는 각각 곡선형 구조로 이루어진다.

그리고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 상기 제1 모서리부와 상기 제2 모서리부 간의 다양한 이격거리 중, 상기 제1 모서리부의 중심부(이하, '제1 중심부')와 상기 제2 모서리부의 중심부(이하, '제2 중심부') 간의 이격거리가 가장 큰 이격거리를 갖도록 형성된다.

그리고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 상기 제1 중심부와 상기 제2 중심부를 연결한 가상의 선(이하, '가상선')이 상기 손목밴드부의 장축 길이방향에 평행하도록 배열된다.

본 고안에 따른 차량 운전자용 손목시계형 밴드에 의하면, 운전자의 졸음 상태뿐만 아니라 다양한 생체 정보를 종합적으로 감시 및 고려하여 운전자 상태 감시가 가능하고, 이에 따라 안전사고 방지의 극대화가 가능한 효과가 있다.

본 고안에 따른 차량 운전자용 손목시계형 밴드에 의하면, GSR 센서를 특히 손목시계형 밴드에 적용할 경우 야기되는 제반 문제점을 모두 해결할 수 있어, 다양한 운전 환경, 운전 습관 내지 방식에 상관없이 항시 정확한 생체 신호를 측정할 수 있고, 이에 따라 장치 신뢰도를 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

본 고안에 따른 차량 운전자용 손목시계형 밴드에 의하면, 외관상으로는 손목시계와 유사하므로 차량을 운전 중인 운전자가 편하게 착용할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래 손목시계형 건강관리밴드를 나타낸 도면.
도 2는 본 고안에 따른 차량 운전자용 손목시계형 밴드의 회로 블럭도.
도 3은 본 고안을 구성하는 메인 PCB와 센서 PCB 등을 포함한 회로 구성을 보여주는 실물 사진.
도 4는 본 고안에 따른 차량 운전자용 손목시계형 밴드의 사시도.
도 5는 도 4의 평면도.
도 6은 도 4의 측면도.
도 7은 도 4의 배면도.
도 8은 본 고안에서 제시하는 제1 및 제2 전극의 배열구조와 다른 타 배열구조를 예시한 도면.
도 9는 본 고안에서 제시하는 제1 및 제2 전극의 배열구조와 또 다른 타 배열구조를 예시한 도면.

본 고안에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 고안을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 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 명세서에서, "~ 상에 또는 ~ 상부에" 라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다. 또한, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에 또는 상부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 상에 또는 상부에" 접촉하여 있거나 간격을 두고 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.

또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

또한, 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예, 장점 및 특징에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

본 고안에 따른 차량 운전자용 손목시계형 밴드는 몸체부(300)와 손목밴드부(400)로 구성되고, 몸체부(300)에 복수 개 센서부, 디스플레이부, 통신부 및 MCU 또는 ECU 등의 제어처리부를 설치하되, 물리적으로 분리된 두 개의 인쇄회로기판을 이용하여 구성함으로써, 필요로 하는 모든 회로소자가 컴팩트하게 구현되도록 구성하였고, 손목밴드부(400)에는 별도의 장치가 구비되지 않는 것을 특징으로 한다. 따라서 본 고안에 따른 손목시계형 밴드는 인쇄회로기판에 회로소자를 모두 실장하고, 손목밴드부(400)에는 회로소자를 실장하지 않는 구조를 사용하므로 제조자 입장에서는 제조 및 사후 서비스(AS) 제공이 용이하고, 소비자 입장에서는 손목 시계와 같은 형태를 지니므로 거부감 없이 쉽게 착용하여 사용할 수 있는 이점이 있다.

손목밴드부(400)는 몸체부(300) 양측면에 결합되는 시계줄 형태로 구성되고, 몸체부(300) 전면에는 OLED 디스플레이부(80)가 설치될 수 있다. 그리고 몸체부(300) 하면에는 적어도 하나 이상의 센서가 구비될 수 있는데, 구체적으로 GSR 센서(230)의 전극(231,232)이 금도금 형태로 일부 영역을 차지하면서 일부가 노출되게 설치되고, 포토 다이오드를 포함하는 PPG 센서(210)가 설치될 수 있다.

도 2는 본 고안에 따른 차량 운전자용 손목시계형 밴드의 전체 회로 블럭도이다. 본 고안에 따른 손목시계형 밴드는 케이스 내부에 메인 인쇄회로기판(100, 이하, '메인 PCB'라 함)과 센서 인쇄회로기판(200, 이하, '센서 PCB'라 함)을 구비한다. 메인 PCB(100)는 상면에 OLED 디스플레이부(80)가 구비되며, 하면에는 밧데리 관리 모듈(30), 슬라이드 스위치(20), 9축 자이로/가속 센서(60), BLE 모듈(70), 제1온도센서(50) 및 돔 스위치(90)가 설치된다. 메인 PCB(100) 상면에 설치되는 OLED 디스플레이부(80)는 상면 케이스 외부에 노출되도록 설치되며, 메인 PCB(100) 하면에는 통신용 안테나 패턴(75)이 구비된다. 센서 PCB(200)에는 PPG 센서(210), 제2온도센서(220), 및 GSR센서(230)가 설치되며, PPG 센서(210), 제2온도센서(220), 및 GSR센서(230)는 전극부가 하부 케이스 외부로 노출되도록 설치된다. 메인 PCB(100)와 센서 PCB(200)는 FFC(150, Flexible Flat Cable)로 연결하였다. 밧데리(10)와 진동모터(95)는 연결잭을 통해 메인 PCB(100)와 센서 PCB(200) 사이에 설치되도록 구현하였다. 메인 PCB(100)에는 밧데리 충전 커넥터와 디버그 커넥터가 추가로 구비된다.

밧데리 관리 모듈(30)은 밧데리 충전부(31)와, DC/DC 변환부(35)로 구성되며, 밧데리 충전부(31)는 밧데리(10)의 충전을 제어하고, DC/DC 변환부(35)는 밧데리(10)의 출력 전압을 각 회로 구성에 적합한 DC 전압으로 변환하는 기능을 담당하다. 슬라이드 스위치(20)는 손목시계형 밴드를 사용하지 않을 경우 밧데리(10)를 차단하여 밧데리(10) 소모를 막기 위한 스위치이다. 제1온도센서(50)는 주위온도를 센싱하기 위한 센서이며, 9축 자이로/가속 센서(60)는 자이로 및 가속센서이다. 돔 스위치(90)는 운전자 인터페이스 기능을 제공하는 스위치로서, 운전자의 선택에 의해 손목시계형 밴드의 작동을 스위칭하는데 이용한다. BLE 모듈(70)은 Bluetooth Low Energy 모듈로서 블루투쓰 통신을 처리하는 회로소자이나, 본 고안에서는 블루투쓰 기능과 함께 제어기능도 처리하도록 프로그래밍하였다. 따라서 별도의 씨피유를 사용하지 않고 구현하였다. 진동모터(95)는 운전자에게 비교적 강력한 진동을 제공하여 경고를 보내기 위해 사용된다.

PPG센서(210)는 PPG( 광용적맥파(photo-plethysmography) ) 신호를 센싱하기 위한 센서이며, 발광 다이오드와 포토 다이오드로 구성된다. PPG는 심장박동에 따라 혈관 내의 혈액량의 변화를 빛의 흡수, 반사, 산란을 이용하여 측정하는 신호로서, 말초 혈관과 관련된 병증이 반영되며 의용계측 분야에서는 PPG 신호를 분석하여 안정상태의 맥박과 혈중 산소포화도를 측정하는데 이용되고 있다.

제2온도센서(220)는 운전자의 피부 온도를 측정하기 위한 센서이다. GSR(Galvanic Skin Respones) 센서(230)는 피부의 전도율을 측정하여 GSR을 측정하는 센서이다. GSR(Galvanic Skin Respones) 센서(230)는 강한 감정을 느꼈을 때 교감 신경계를 자극하고, 땀샘에서 땀이 많이 분비되는데, 이러한 현상을 운전자 손등에 전극을 부착하여 측정하기 위한 센서이다.

본 고안의 손목시계형 밴드는 GSR 센서(230)를 통해 측정되는 GSR 신호 즉 피부 전기전도도 정보를 통해 해당 운전자의 스트레스, 긴장, 이완, 흥분 상태를 판단할 수 있게 된다.

BLE 모듈(70)은 9축 자이로/가속 센서(60), 제1온도센서(50), PPG 센서(210), 제2온도센서(220), 및 GSR센서(230)로부터 센서값을 입력받은 후, 운전자 상태를 파악하고 운전자가 졸음이 오는 상태라고 판별될 경우에는 진동모터(95)를 통해 운전자에게 경고를 보내주게 된다. BLE 모듈(70)은 졸음 상태를 파악하기 위해서는 운전자의 신체 온도가 중요한 판별 요소 중 하나인데 해당 차량의 내부 온도에 따라 운전자 신체 온도가 변하므로 이를 보정할 필요가 있다. 이러한 보정을 위해서 본 고안에서는 제1온도센서(50)와 제2온도센서(220)를 각각 구비하여 주변 온도와 운전자 피부 온도를 측정하도록 하였다.

도 3은 본 고안을 구성하는 메인 PCB와 센서 PCB 등을 포함한 회로 구성을 보여주는 실물 사진이다. 메인 PCB(100) 하면에는 다양한 회로소자가 부착되어 있음을 볼 수 있으며, FFC(150)를 통해 메인 PCB(100) 하면과 센서 PCB(200)의 상면이 커넥터에 의해 연결됨을 보여 준다. 또한, 밧데리(10)와 진동모터(95)는 별도의 커넥터를 통해 메인 PCB(100)와 연결되며, 결합시에는 메인 PCB(100) 하면과 센서 PCB(200)의 상면 사이에 개재되도록 설치된다.

메인 PCB(100) 상면에는 OLED 디스플레이부(80)가 구비될 수 있다. 센서 PCB(200) 하면에는 GSR 센서(230) 전극, PPG 센서(210) 및 제2온도센서(220)가 하부 케이스 외면으로 노출되도록 설치되어 운전자의 손목 피부와 직접 접촉되도록 구성된다.

한편, 본 고안에서는 OLED 디스플레이부를 사용하는 것으로 예시하였으나, LED 또는 액정디스플레이부와 같은 유사한 종류의 디스플레이부를 사용할 수 있음은 물론이다.

운전자 상태 모니터링 장치를 구성함에 있어서, 전술한 바와 같이 다수의 센서가 탑재된 몸체부(300)와 이 몸체부(300)를 운전자 손목에 착용 가능하게 하는 손목밴드부(400)로 구성할 경우 특히 GSR 센서에 특화된 설계가 요구된다.

이는, 광 신호를 이용하는 PPG 센서와 달리 GSR 센서의 경우 피부에 직접 접촉하여 피부 전기전도도를 측정하는 방식인 바, GSR 센서의 검출 전극은 운전자 피부 즉 손목에 항시 접촉된 상태를 유지할 수 있어야 한다.

그런데, 운전자의 손목에 손목시계형 밴드를 착용하게 되면, 차량 핸들 조작 및 차량 진동 등에 의해 손목시계형 밴드가 반복적으로 흔들리거나 떨리는 현상이 유발되고, 이로 인해 GSR 센서의 검출 전극이 운전자 피부에 닿지 못하고 있는 상태가 빈번히 발생될 수 있다.

상기 경우, GSR 센서에 의한 생체 정보를 검출이 불가하게 되어 운전자 상태 모니터링 기능이 제대로 구현되지 못하게 된다. 따라서, GSR 센서를 특히 손목시계형 밴드에 적용할 경우에는 다양한 운전 환경에서도 정확한 생체 신호를 검출할 수 있어야 하며, 이는 GSR 센서의 제1 및 제2 전극(231,232)이 어떠한 운전 환경에서도 항시 착용자 손목에 접촉된 상태를 유지할 수 있는 성능(이하, '피부접촉 유지성능'이라 칭함)에 의해 결정된다.

더 나아가, 통상의 GSR 센서는 교감신경에 의한 한선 반응으로 한선의 밀도가 높은 손가락이나 손바닥을 측정 대상으로 하여 이에 직류를 흘려 저항을 측정하는 방식으로 사용되는 것이 일반적이나, 본 고안의 손목시계형 밴드는 그 착용 위치상 손목을 측정 대상으로 동작하게 된다.

그런데, 손목의 경우 손가락이나 손바닥 대비 한선의 밀도가 상대적으로 낮아 종래와 같이 단순히 직류를 사용할 경우 피부 전기전도도를 정확히 측정하기 어렵게 된다.

결국, GSR 센서를 손목시계형 밴드에 적용하려면, 항시 피부접촉 유지성능을 구현할 수 있고, 그 측정 대상을 손목으로 하더라도 피부 전기전도도를 정확히 측정할 수 있는 기술이 필요하다.

본원 고안자는 전술한 문제를 해결하기 위해 다음과 같은 GSR 센서 및 몸체부(300) 구조를 개발함에 이르렀다. 이하에서는 이에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

도 4는 본 고안에 따른 차량 운전자용 손목시계형 밴드의 사시도이고, 도 5는 도 4의 평면도이고, 도 6은 도 4의 측면도이고, 도 7은 도 4의 배면도이다.

도 4 내지 도 7을 참조하면, 본 고안의 손목시계형 밴드는 전술한 바와 같이 몸체부(300)와 손목밴드부(400)로 구성되는데, 특히 몸체부(300)에는 융기부(310)가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

융기부(310)는 몸체부(300)의 하면의 수직 상부로 돌출 내지 융기된 형태로 구성되어, 그 측면은 몸체부(300) 하면에 대해 상향 단차를 형성하고, 상면은 평면으로 형성되어 이 평면 상에 GSR 센서의 제1 전극(231)과 제2 전극(232)이 외부로 노출되게 배치된다.

바람직한 실시예에 따르면, 융기부(310)는 몸체부(300) 하면의 중심부에 형성되고, 그 모양은 원반형 내지 원형의 평면을 갖도록 구성된다.

이와 같이, 몸체부(300) 하면에 대해 돌출된 융기부(310) 상에 제1 및 제2 전극(231,232)을 설치하고, 이 융기부(310)를 몸체부(300) 하면의 중심부에 배치하게 되면, 운전자가 손목시계형 밴드를 손목에 착용시 피부 접촉 영역이 융기부 (310)에 집중될 수 있고, 이로 인해 전극의 피부접촉 유지성능이 보다 향상될 수 있다.

그러나, 이와 같은 융기부(310)만으로는 전술한 문제를 해결함에 한계가 있다. 이러한 한계는 GSR 센서의 특징적인 설계를 융기부(310)에 더 조합함으로써 해결할 수 있으며, 상기 특징적인 설계란 전극의 배치 구조, 배열 위치, 형상 및 전극 거리 설계 등을 포함한다.

이에 대하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다. GSR 센서는 제1 전극(231)과 제2 전극(232)이 융기부(310) 상에 적어도 일부가 노출되게 설치된다. 그리고 융기부(310) 상에 노출되는 제1 전극 부위와 제2 전극 부위는 상호 간격을 두고 대향하는 구조로 배치된다.

이하에서는 특별한 언급이 없는 한, 명세서 상에 기재되는 제1 전극(231)(또는 제2 전극(232))은 제1 전극(또는 제2 전극)의 융기부(310) 상에 노출되어 있는 부위를 지칭하는 것으로 한다.

GSR 센서의 제1 전극(231)과 제2 전극(232)은 융기부(310) 상에 노출되는 부위 중 제1 전극(231)의 내측 모서리부(231a)(이하, '제1 모서리부')와 제2 전극 (232)의 내측 모서리부(232a)(이하, '제2 모서리부')는 각각 곡선형 구조를 포함하도록 구성된다. 여기서, 제1 전극(231)의 내측 모서리부(231a)란 제1 전극(231)의 상면(즉, 노출면)과 측면의 경계를 이루고 있는 선분 중 제2 전극(232)의 모서리부와 상호 마주하고 있는 부위를 지칭한다. 따라서, 제1 전극(231)의 내측 모서리부 (231a)와 제2 전극(232)의 내측 모서리(232a)는 상호 대향하고, 제1 전극(231)의 외측 모서리부(231b)는 제1 전극(231)의 내측 모서리부(231a)와 대향하며, 제2 전극(232)의 외측 모서리부(232b)는 제2 전극(232)의 내측 모서리부(232a)와 대향하게 된다.

이러한 제1 모서리부(231a)(또는 제2 모서리부(232a))는 하나의 곡선형이 제1 모서리부(231a)(또는 제2 모서리부(232a)) 전체를 형성하도록 구성되거나, 또는 하나의 곡선형과 비곡선형이 혼합된 구조로 구성되거나 또는 다수 개의 곡선형이 혼재된 구조로 형성될 수 있다.

바람직한 실시예에 따르면, 제1 모서리부(231a)와 제2 모서리부(232a)의 곡선형 구조는 각각 적어도 하나의 원호 형상을 포함하도록 구성된다.

보다 바람직하게는, 제1 모서리부(231a)의 곡선형 구조와 제2 모서리부(232a)의 곡선형 구조는 상호 대칭 구조로 이루어진 동일한 곡률의 원호 형상으로 이루어지고, 상기 원호 형상은 제1 모서리부(231a)와 제2 모서리부(232a)의 각 중심 영역에 위치하도록 구성된다.

참고로 도 7 실시예의 경우, 제1 모서리부(231a)의 곡선형 구조와 제2 모서리부(232a)의 곡선형 구조는 각각 하나씩 구비되고 이들은 상호 대칭 구조로 이루어진 원호 형상으로 형성되며, 곡선형 구조의 양측 단부는 라운드 엣지(edge) 형태로 또 다른 모서리부와 연결되게 구성하였다.

그리고, 제1 전극(231)의 외측 모서리부(231b)와 상기 제2 전극(232)의 외측 모서리부(232b)는 각각 외측으로 볼록한 곡선 모양으로 형성하여, 제한된 범위(즉, 융기부(310)) 내에서 전극의 폭(즉, 손목밴드 길이방향의 전극 크기)을 최대한 높일 수 있도록 구성하였다.

바람직한 실시예에 따르면, 제1 전극(231)의 외측 모서리부(231b)와 제2 전극(232)의 외측 모서리부(232b)는 각각 원호 모양으로 형성되고, 상기 경우 제1 전극(231)의 외측 모서리부(231b)의 원호는 제1 모서리부(231a)의 원호보다 더 작은 곡률을 갖도록 구성되고, 제2 전극(232)의 외측 모서리부(232b)의 원호는 제2 모서리부(232a)의 원호보다 더 작은 곡률을 갖도록 구성된다. 참고로 상기 '곡률'은 원호의 휨 정도를 의미하고, 이와 같은 곡률 조건은 융기부(310)의 상면 모양을 원형으로 형성하였을 때를 전제로 한다.

이는, 제1 전극(231)과 제2 전극(232)의 외측 모서리부(231b,232b)는 후술할 전극 간의 이격거리(D1)와 무관하므로, 이 외측 모서리부(231b,232b)는 완만한 곡률의 원호로 형성하여 전극이 최대한의 면적을 확보할 수 있도록 하기 위함이다.

GSR 센서는 다음과 같은 또 다른 특징을 갖도록 구성된다. 즉, GSR 센서의 제1 전극(231)과 제2 전극(232)은 제1 모서리부(231a)와 제2 모서리부(232a) 간의 다양한 이격거리 중, 제1 모서리부(231a)의 중심부(이하, '제1 중심부(C1)')와 제2 모서리부(232a)의 중심부(이하, '제2 중심부(C2)') 간의 이격거리(D1)가 가장 큰 이격거리를 갖도록 구성된다.

바람직한 실시예에 따르면, 도 7과 같이 제1 전극(231)과 제2 전극(232)의 각 내측 모서리부(231a,232b)는 상호 대칭 구조로 이루어진 원호 형상으로 형성되고, 제1 중심부(C1)와 제2 중심부(C2)는 상기 원호의 중심과 일치하도록 구성된다. 따라서, 제1 전극(231)과 제2 전극(232)은 원호의 중심에서 가장 큰 이격거리(D1)를 갖고, 상기 중심에서 멀어질수록 점차 상호 간의 이격거리가 작아지는 구조로 형성된다.

이와 같이 제1 전극(231)과 제2 전극(232) 간의 이격거리를 설정함에 있어서, 제1 중심부(C1)와 제2 중심부(C2)에서의 이격거리(D1)가 가장 크도록 설계하는 이유는 다음과 같다.

GSR 센서는 이에 의해 측정되는 저항 내지 임피던스(impedance)의 값이 크고 그 범위(즉, 측정저항 최소치와 측정저항 최대치 간의 범위)가 넓을수록 센싱 성능 및 정확도가 향상되는데, 이는 수학식 1에서 알 수 있듯이 전극 간의 평균 이격거리에 비례하게 된다.

(여기서, Z: 측정저항(임피던스), l: 전극간 평균거리, a: 전극면적,

ρ: 피부저항)

그런데, GSR 센서의 제1 전극(231)과 제2 전극(232) 간의 최대 이격거리는 몸체부(300)의 특히 융기부(310) 범위 내에서 한정된다. 환언하면, 제1 전극(231)과 제2 전극(232)의 이격거리를 너무 크게 설계하면 몸체부(300)의 크기가 증가되어 제품의 소형화가 어렵게되고, 운전자가 몸체부(300)를 착용시 전극이 손목을 자주 벗어나게 되어 전술한 피부접촉 유지성능이 크게 저하된다.

따라서, 몸체부(300)의 규격 사이즈 내에서 전극 간의 평균 이격거리를 최대한 높일 수 있으면서도 동시에 뛰어난 피부접촉 유지성능을 보장할 수 있는 전극 설계가 필요한데, 이는 본 고안의 제1 전극(231)과 제2 전극(232)이 후술할 특정 배열을 만족하며 융기부(310) 상에 배치되도록 구성하고, 상기 경우 제1 중심부 (C1)와 제2 중심부(C2)간의 이격거리(D1)가 가장 크도록 형성함으로써 달성 가능하다.

그리고, 제1 전극(231)과 제2 전극(232)은 이의 피부접촉 유지성능을 보장하기 위해서는 임계 사이즈 이상으로 제작되어야 하는데, 이러한 임계 사이즈를 만족하는 전극 크기에서 제1 전극(231)의 내측 모서리부(231a)와 제2 전극(232)의 내측 모서리부(232a)의 각 중심부(C1,C2) 간의 이격거리(D1)를 최대한 벌릴 때 피부접촉 유지성능을 훼손하지 않으면서 전극 간의 평균 이격거리를 최대한 증가시킬 수 있게 된다.

보다 구체적으로 설명하면, 제1 전극(231)과 제2 전극(232)은 각각 그 전체 영역 중 일측 단부 영역이 중심부 영역보다 운전자의 손목에 주로 접촉되는 영역에 해당한다. 이는 본 고안의 손목시계형 밴드는 운전자의 손목에 착용되고, 운전자는 항시 핸들을 조작하고 있어, 몸체부(300)는 대부분의 경우 손목에 대해 기울어진 상태로 있기 때문이다.

따라서, 제1 모서리부(231a)와 제2 모서리부(232a)의 각 중심부가 아닌 예컨대 각 일측 단부 간의 이격거리가 가장 크도록 형성하면, 상기 일측 단부에 해당하는 전극 영역은 그 크기가 상대적으로 작아지게 되고, 이로 인해 운전자의 특히 핸들 조작 시 상기 일측 단부에 해당하는 전극이 운전자 피부에 닿지 못하는 상태(즉, 생체정보 검출오류)가 빈번히 발생될 수 있다. 반면, 제1 전극(231)과 제2 전극(232)을 설계함에 있어서 제1 중심부(C1)와 제2 중심부(C2) 간의 이격거리(D1)가 가장 크도록 형성하면, 전술한 핸들 조작 시의 생체정보 검출오류 문제를 최대한 방지하면서 전극 간의 평균 이격거리를 최대한 증가시킬 수 있게 된다.

GSR 센서의 제1 전극(231)과 제2 전극(232)은 전술한 피부접촉 유지성능의 극대화를 위해 다음과 같은 특징을 다 갖도록 구성된다. 즉, 제1 전극(231)과 제2 전극(232)은 제1 중심부(C1)와 제2 중심부(C2)를 연결한 가상의 선(이하, '가상선(K2)'이라 칭함)이 손목밴드부(400)의 장축 길이방향(K1)에 평행하도록 배치된다.

바람직한 실시예에 따르면, 제1 모서리부(231a)의 곡선형 구조와 제2 모서리부(232a)의 곡선형 구조는 상호 대칭 구조로 이루어진 동일한 곡률의 원호이고, 제1 모서리부(231a)의 원호의 중심은 제1 중심부(C1)와 일치하고, 제2 모서리부(232a)의 원호의 중심은 상기 제2 중심부(C2)와 일치하도록 구성되며, 상기와 같은 구조에서 제1 전극(231)과 상기 제2 전극(232)은 상기 가상선(K2)이 손목밴드부(400)의 장축 길이방향 중심축(도 7의 K2)과 일치하게 배열되도록 구성된다.

본원 고안자는 제1 전극(231)과 제2 전극(232)이 상기와 같은 배열 구조를 갖도록 구성할 경우 특히 운전자의 핸들 조작시의 손목 기울기, 손목 꺽임 등을 고려할 때 항시 모든 전극이 손목에 접촉된 상태를 유지할 수 있는 최상의 구조임을 밝혀냈다.

환언하면, 제1 전극(231)과 제2 전극(232)을 배열함에 있어서, 도 8과 같이 그 가상선(K2)이 손목밴드부(400)의 장축 길이방향(K1)에 직교하도록 구성되거나, 또는 도 9와 같이 그 가상선(K2)이 손목밴드부(400)의 장축 길이방향(K1)에 소정 구배(θ1)로 기울어지게 구성되면 다음과 같은 문제점이 발생할 수 있다.

즉, 운전 조작중 손목은 지면에 대하여 45 내지 그 이상 각도 이루게 되는 것이 통상적이며, 상기 경우 전술한 가상선(K2)이 손목밴드부(400)의 장축 길이방향 (K1)에 직교하도록 구성하거나 내지 소정 각도(예컨대 45°) 이상 기울어지게 설계하면 어느 하나의 전극이 피부에 닿지 못하고 간격을 두고 떠 있게 되는 경우가 발생하여 생체 신호(즉, 피부 전기전도도)를 측정할 수 없게 된다.

반면, 본원 고안에서 제시하는 전극 배열 구조인 평행 배열 방식으로 전극을 설계하면, 특히 핸들 조작에 따른 손목 기울어짐이 있더라도 양측 전극 모두 항시 손목에 접촉된 상태를 유지할 수 있게 된다.

본 고안에 따른 GSR 센서는 직류를 사용하여 저항을 측정하는 통상의 방식과 달리 교류를 사용하여 임피던스를 측정하는 방식으로 피부 전기전도도를 검출하도록 구성되는 것을 또 하나의 특징으로 한다. 이는, 손목의 경우 손가락이나 손바닥 대비 한선의 밀도가 상대적으로 낮아 종래와 같이 단순히 직류를 사용할 경우 피부 전기전도도를 정확히 측정하기 어려워지기 때문이다.

그런데, 이처럼 교류를 사용하여 피부 임피던스를 측정하게 되면 교류의 주파수도 함께 고려해야한다. 즉, 교류 전력을 사용하여 피부 임피던스를 정확히 측정하기 위해서는 세포막을 투과할 수 있는 주파수이어야 하는데, 구체적으로 5Khz 이상의 주파수를 사용할 때 세포막을 투과할 수 있게 된다.

전술한 바를 고려할 때, GSR 센서는 5 Khz ~ 10 Khz 의 주파수를 갖는 교류를 사용하는 것이 바람직하고, 변화량의 적절함을 더 고려하면 7Khz ~ 8Khz 주파수의 교류를 사용하는 것이 가장 좋다.

상기에서 본 고안의 바람직한 실시예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 고안을 명확히 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 고안의 실시예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시예들은 본 고안의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 고안의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.

10: 밧데리 20: 슬라이드 스위치
30: 밧데리 관리 모듈 50: 제1온도센서
60: 9축 자이로/가속 센서 70: BLE 모듈(70),
75: 통신용 안테나 패턴 80: OLED 디스플레이부
90: 돔 스위치 95: 진동모터
100: 메인 인쇄회로기판 150: FFC(Flexible Flat Cable)
200: 센서 인쇄회로기판 210: PPG 센서
220: 제2온도센서 230: GSR센서
231: 제1 전극 231a: 제1 모서리부
232a: 제2 모서리부 232: 제2 전극
300: 몸체부 310: 융기부
400: 손목밴드부 C1: 제1 중심부
C2: 제2 중심부
D1: 제1 중심부와 제2 중심부 간의 이격거리

Claims (5)

1. 제어처리부가 내장되는 몸체부(300); 상기 몸체부(300)에 결합되는 밴드 형태로 구성되어 상기 몸체부(300)를 운전자의 손목에 착용할 수 있도록 기능하는 손목밴드부(400); 제1 전극(231)과 제2 전극(232)을 포함하고 상기 몸체부(300)에 구비되는 GSR 센서; 및 상기 몸체부(300) 하면의 중심부에 상기 하면에 대해 단차지게 돌출 형성된 융기부(310)를 포함하고,
   상기 제1 전극(231)과 상기 제2 전극(232)은,
   상호 간격을 두고 대향하며 상기 융기부(310) 상에 적어도 일부가 노출되게 구비되고,
   상기 융기부(310) 상에 노출되는 부위 중 상기 제1 전극(231)의 내측 모서리부(231a)(이하, '제1 모서리부')와 상기 제2 전극(232)의 내측 모서리부 (232a)(이하, '제2 모서리부')는 각각 원호 형상으로 이루어지고,
   상기 제1 모서리부(231a)와 상기 제2 모서리부(232a) 간의 다양한 이격거리 중, 상기 제1 모서리부(231a)의 중심부(이하, '제1 중심부(C1)')와 상기 제2 모서리부(232a)의 중심부(이하, '제2 중심부(C2)') 간의 이격거리(D1)가 가장 큰 이격거리를 갖도록 형성되고,
   상기 제1 중심부(C1)와 상기 제2 중심부(C2)를 연결한 가상의 선(이하, '가상선(K2)')이 상기 손목밴드부(400)의 장축 길이방향(K1)에 평행하도록 배열되고,
   상기 제1 전극(231)의 외측 모서리부(231b)와 상기 제2 전극(232)의 외측 모서리부(232b)는 각각 원호 형상으로 이루어지고,
   상기 제1 모서리부(231a)의 원호는 상기 제1 전극(231)의 외측 모서리부(231b)의 원호보다 더 큰 곡률을 갖도록 구성되고, 상기 제2 모서리부(232a)의 원호는 상기 제2 전극(232)의 외측 모서리부(232b)의 원호보다 더 큰 곡률을 갖도록 구성되며,
   상기 GSR 센서는,
   5 ~ 10 Khz 주파수의 교류를 사용하여 상기 제1 전극(231)과 상기 제2 전극(232)이 접촉하고 있는 피부의 임피던스를 측정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 운전자용 손목시계형 밴드.
   
2. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 모서리부(231a)의 원호의 중심은 상기 제1 중심부(C1)와 일치하고, 상기 제2 모서리부(232a)의 원호의 중심은 상기 제2 중심부(C2)와 일치하도록 구성되며,
   상기 제1 전극(231)과 상기 제2 전극(232)은 상기 가상선(K2)이 상기 손목밴드부(400)의 장축 길이방향 중심축과 일치하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 차량 운전자용 손목시계형 밴드.
   
3. 제1 항에 있어서,
   상기 몸체부(300)에 설치되는 PPG 센서(210), 제1 온도센서(50), 제2 온도센서(220) 및 진동모터(95)를 더 포함하고,
   상기 제1 온도센서(50)는 주위 온도를 센싱하고, 상기 제2 온도센서(220)는 운전자 손목에 접촉되어 피부 온도를 센싱하는 것을 특징으로 하는 차량 운전자용 손목시계형 밴드.
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