KR101402820B1

KR101402820B1 - 피부 접촉 센서

Info

Publication number: KR101402820B1
Application number: KR1020130037313A
Authority: KR
Inventors: 조영호; 윤성현; 심재경
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2013-04-05
Filing date: 2013-04-05
Publication date: 2014-06-27

Abstract

피부 접촉 센서는 피부와의 접촉에 의해 가해진 압력에 의해 변형 가능한 적어도 하나의 변형 영역 및 상기 변형 영역에 인접한 지지 영역을 갖는 박막 구조물, 상기 박막 구조물의 상기 변형 영역에 구비되고 상기 외부 압력에 의한 상기 변형 영역의 변형을 측정하기 위한 압력 측정부, 및 상기 박막 구조물의 상기 지지 영역 상에 구비되고 상기 피부와 접촉하여 피부 상태를 측정하기 위한 접촉 측정부를 포함한다.

Description

피부 접촉 센서{SKIN CONTACT SENSOR}

본 발명은 피부 접촉 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 피부에 접촉하여 생리적 데이터를 측정하기 위한 피부 접촉 센서에 관한 것이다.

최근 사람의 상태를 측정하기 위하여, 사람의 생리학적 상태 이외에 감정을 측정하는 기술이 대두되고 있다. 감정 상태를 측정하기 위한 방법으로서, 사회적으로 중요한 부분을 차지하고 있는 것이 스트레스의 측정이다. 이에 따라 스트레스와 사회 현상, 스트레스와 인간의 질병 등 스트레스와 관련된 수많은 연구가 있어 왔지만, 스트레스를 측정하기 위한 방법의 부재로 인하여 설문조사에 이를 의존하고 있는 실정이다.

최근 J. Lee의 논문 "Emotion-on-a-chip (EOC): Evolution of biochip technology to measure human emotion using body fluids), Medical Hypotheses, Vol. 79 (2012) pp.827-832."에 따르면, 스트레스를 측정하는 기존의 방법은 앞서 언급한, 설문을 이용하여 피험자가 스트레스를 받았는지의 여부를 조사하는 방법과, 체액에서 스트레스의 지표가 되는 성분을 조사하는 방법, 자율신경계의 흥분 정도를 나타내는 생리적 데이터를 조사하는 방법이 존재함을 알 수 있다.

설문의 경우, 질문을 듣고 응답하는 과정에서 피험자의 감정이 간섭을 받을 가능성이 있다. 체액의 성분을 측정하는 방법은 주로 타액의 코티졸 농도를 측정하는데, 이 방법은 스트레스의 연속적 측정이 불가능하며, 측정시간이 오래 걸린다는 단점이 있다. 자율신경계의 흥분 정도를 조사하는 방법의 경우, 연속적인 측정이 가능하지만, 생리적 데이터를 수집하는 장비들을 피험자에 부착하는 과정에서 피험자의 감정이 간섭을 받을 가능성이 있다. 또한, 측정 장비로 인한 장소의 제약 역시 발생한다.

따라서, 생리적 데이터 측정 장비의 집적화 소형화를 통한 연속 측정이 가능하며, 장소의 제약을 받지 않는 스트레스 측정용 소자의 개발이 필요하다. 또한, 사람의 상태를 실시간으로 모니터링하기 위한 모니터링 장비를 소형화 집적화하여, 사람의 실생활에서 건강 상태를 쉽게 편하게 측정할 수 있는 기술이 요구되고 있다.

본 발명의 일 목적은 인체의 국소 영역에 용이하게 접촉하여 인간의 심리적 생리적 상태를 정확하게 분석할 수 있는 피부 접촉 센서를 제공하는 데 있다.

다만, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 상기 언급된 과제에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.

상기 본 발명의 일 목적을 달성하기 위해 예시적인 실시예들에 따른 피부 접촉 센서는 피부와의 접촉에 의해 가해진 압력에 의해 변형 가능한 적어도 하나의 변형 영역 및 상기 변형 영역에 인접한 지지 영역을 갖는 박막 구조물, 상기 박막 구조물의 상기 변형 영역에 구비되고 상기 외부 압력에 의한 상기 변형 영역의 변형을 측정하기 위한 압력 측정부, 및 상기 박막 구조물의 상기 지지 영역 상에 구비되고 상기 피부와 접촉하여 피부 상태를 측정하기 위한 접촉 측정부를 포함한다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 박막 구조물은 적어도 하나의 개구부를 갖는 기판 및 상기 기판 상에서 상기 개구부를 커버하고 상기 외부 압력에 의해 상기 개구부 내로 변형 가능한 적어도 하나의 박막을 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 변형 영역은 상기 개구부에 대응하도록 구비되고, 상기 지지 영역은 상기 기판 상에 대응하도록 구비될 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 기판은 상기 피부 형상에 따라 변형이 가능한 유연한 기판을 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 기판에는 두개의 상기 개구부들이 구비되고, 상기 지지 영역은 상기 두개의 개구부들에 각각 대응하는 두개의 상기 변형 영역들 사이에 위치할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 압력 측정부는 상기 박막 구조물 내에서 절연층을 사이에 두고 적층되어 맥파를 측정하기 위한 제1 및 제2 압전 전극들을 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 압력 측정부는 상기 박막 구조물 내에 구비되어 맥파를 측정하기 위한 적어도 하나의 압저항 전극을 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 접촉 측정부는 피부 전도도를 측정하기 위한 피부 전도도 측정 전극을 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 피부 전도도 측정 전극은 양극 방식의 제1 및 제2 측정 전극들을 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 피부 전도도 측정 전극은 정전용량 방식의 측정 전극을 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 접촉 측정부는 온도를 측정하기 위한 온도 측정 전극을 더 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 피부 전도도 측정 전극 및 상기 온도 측정 전극은 상기 변형 영역을 사이에 두고 배치될 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 박막 구조물은 손가락, 손바닥, 손목, 발가락, 발목 또는 발바닥에 부착될 수 있다.

이와 같이 구성된 발명에 따른 피부 접촉 센서는 인간 자율 신경계의 활동 정도를 나타내는 생리적 데이터로 알려진 피부 전도도, 피부 온도, 맥파를 측정할 수 있는 소형화되고 집적화된 단일 소자를 제공할 수 있다. 따라서, 생리적 데이터 수집을 위하여 기존의 장비 부착이 피험자의 감정에 주는 영향을 최소화할 수 있다.

다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.

도 1은 예시적인 실시예들에 따른 피부 접촉 센서를 나타내는 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 피부 접촉 센서를 나타내는 평면도이다.
도 3은 도 2의 A-A' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 4는 예시적인 실시예들에 따른 피부 접촉 센서를 나타내는 평면도이다.
도 5는 도 4의 B-B' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 6은 예시적인 실시예들에 따른 피부 접촉 센서를 나타내는 평면도이다.
도 7은 도 6의 C-C' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 8은 예시적인 실시예들에 따른 피부 접촉 센서를 나타내는 평면도이다.
도 9는 도 8의 D-D' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 10은 예시적인 실시예들에 따른 피부 접촉 센서를 나타내는 분해 사시도이다.
도 11은 도 10의 피부 접촉 센서의 압력 측정부를 나타내는 평면도이다.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

도 1은 예시적인 실시예들에 따른 피부 접촉 센서를 나타내는 분해 사시도이다. 도 2는 도 1의 피부 접촉 센서를 나타내는 평면도이다. 도 3은 도 2의 A-A' 라인을 따라 절단한 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 피부 접촉 센서(10)는 적어도 하나의 변형 영역(D) 및 지지 영역(S)을 갖는 박막 구조물, 상기 박막 구조물의 변형 영역(R)에 구비되는 압력 측정부(40), 및 상기 박막 구조물의 지지 영역(S) 상에 구비되는 접촉 측정부(50)를 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 박막 구조물은 적어도 하나의 개구부(22)를 갖는 기판(20) 및 기판(20) 상에 형성된 적어도 하나의 가변형 박막을 포함할 수 있다. 압력 측정부(40)는 상기 박막 구조물 내에 구비되며, 외부 압력에 의한 변형 영역(D)의 변형을 측정할 수 있다. 예를 들면, 기판(20)은 피부 형상에 따라 변형이 가능한 유연한 물질을 포함할 수 있다. 상기 박막 구조물은 손가락, 손바닥, 손목, 발가락, 발목 또는 발바닥에 부착될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 가변형 박막은 적층된 제1 박막(30) 및 제2 박막(32)을 포함할 수 있다. 압력 측정부(40)는 상기 가변형 박막의 변형을 측정하기 위한 서로 이격된 제1 압전 전극(42a) 및 제2 압전 전극(42b)을 포함할 수 있다.

제1 및 제2 박막들(30, 32)은 기판(20) 상에 개구부(22)를 커버하도록 형성되어 상기 박막 구조물을 형성할 수 있다. 제1 및 제2 박막들(30, 32)은 외부 압력에 의해 개구부(22) 내로 변형할 수 있다. 따라서, 변형 영역(R)은 기판(20)의 개구부(22)에 대응하도록 위치하고, 지지 영역(S)은 개구부(22) 주변의 기판(20) 상에 대응하도록 위치할 수 있다.

제1 압전 전극(42a) 및 제2 압전 전극(42b)은 제1 박막(30)을 사이에 두고 변형 영역(R) 내에서 서로 적층되어 압력 측정부(40)를 형성할 수 있다. 제1 및 제2 박막들(30, 32)은 절연 물질을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 압전 전극들(42a, 42b)은 제1 박막(30)에 의해 서로 절연되고 이격될 수 있다. 제2 박막(32)은 제2 압전 전극(42b) 상에 형성되어 외부로부터 제2 압전 전극(42b)을 절연시킬 수 있다.

상기 박막 구조물의 변형 영역(R)이 피부의 국소 영역에 접촉되면, 맥파로 인하여 상기 박막 구조물에 압력이 가해져서 상기 박막 구조물은 변형이 일어날 수 있다. 이 때, 제1 및 제2 압전 전극들(42a, 42b) 사이의 전압차를 측정하여 맥파의 세기 및 주파수를 측정할 수 있다.

제1 박막(30)은 제1 두께를 가질 수 있고, 제2 박막(32)은 상기 제1 두께보다 작은 제2 두께를 가질 수 있다. 제1 및 제2 박막들(30, 32)과 제1 및 제2 압전 전극들(42a, 42b)의 재질 및 두께, 그리고 기판(20)의 구조를 변화시켜 압력 측정 부(40)의 압력 측정 가능 범위, 감도 등을 변화시킬 수 있다. 따라서, 압력 측정 부(30)의 크기, 압력 측정 가능 범위 등을 이용하고자 하는 어플리케이션에 적합하도록 변화시킬 수 있다.

예를 들면, 동맥압의 변화를 감지하여 맥파를 측정하는 경우, 동맥압의 인체의 위치에 관계없이 거의 동일하다고 알려져 있으므로, 정상인의 혈압 범위로 알려진 약 80 내지 120mmHg의 압력 범위를 포함하며, 운동 시 그리고 저혈압의 경우를 고려하여 약 40 내지 240mmHg의 압력 범위를 측정할 수 있도록 소자의 구조 및 재료를 결정할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 접촉 측정부(50)는 상기 박막 구조물의 지지 영역(S) 상에 구비되며, 피부와 접촉하여 피부 상태를 측정할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 접촉 측정부(50)는 피부 전도도를 측정하기 위한 피부 전도도 측정 전극을 포함할 수 있다.

상기 피부 전도도 측정 전극은 양극 방식의 제1 및 제2 측정 전극들(52a, 52b)을 포함할 수 있다. 제1 측정 전극(52a) 및 제2 측정 전극(52b)은 상기 박막 구조물의 지지 영역(S) 상에 형성될 수 있다. 제1 및 제2 측정 전극들(52a, 52b)은 제2 박막(32) 상에 변형 영역(R)을 사이에 두고 서로 이격될 수 있다.

또한, 접촉 측정부(50)는 온도를 측정하기 위한 온도 측정 전극(54)을 더 포함할 수 있다. 온도 측정 전극(54)은 상기 박막 구조물의 지지 영역(S) 상에 형성될 수 있다.

예를 들면, 지지 영역(S)은 변형 영역(R)을 둘러싸는 제1 내지 제4 영역들을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 영역들은 서로 마주보고, 제3 및 제4 영역들을 상기 제1 및 제2 영역들에 인접하고 서로 마주보도록 위치할 수 있다. 제1 측정 전극(52a)은 상기 제1 영역 상에 배치될 수 있고, 제2 측정 전극(52b)은 상기 제2 영역 상에 배치될 수 있다. 온도 측정 전극(54)은 상기 제3 영역 상에 배치될 수 있다.

피부 전도도는 사람의 피부 위에서의 전기적 변화를 나타내는 물리량일 수 있다. 사람이 스트레스를 받을 시 사람의 자율 신경계의 교감신경이 흥분하게 되는데, 이 교감 신경의 흥분에 따라 에크린 땀샘의 활동이 활발해 질 수 있다. 에크린 땀샘은 사람의 손바닥 및 발바닥에 주로 분포해 있기 때문에, 사람의 손바닥 및 발바닥의 땀샘의 활동을 측정하면 스트레스에 의한 교감 신경계의 흥분 정도를 알 수 있다.

양극 방식의 제1 및 제2 측정 전극들(52a, 52b)은 교감 신경의 흥분에 따라 변화하는 에크린 땀샘의 활동에 따른 피부 습도 변화에 따라 발생하는 피부 표면의 저항의 크기 변화를 감지할 수 있다.

온도 측정 전극(54)은 인간의 자율신경 흥분 정도에 따른 신체 말단의 온도변화를 측정하기 위한 전극일 수 있다. 온도 변화에 따른 저항의 변화를 측정함으로써 신체 말단의 온도 변화를 측정할 수 있다.

상술한 바와 같이, 상기 접촉 전극부는 상기 박막 구조물의 지지 영역(S) 상에 위치하므로, 맥파를 측정하기 위한 상기 박막 구조물의 변형 영역(R)의 변형에 인한 노이즈를 방지할 수 있다.

도 4는 예시적인 실시예들에 따른 피부 접촉 센서를 나타내는 평면도이다. 도 5는 도 4의 B-B' 라인을 따라 절단한 단면도이다. 상기 장치는 접촉 전극부를 제외하고는 도 1을 참조로 설명한 피부 접촉 센서와 실질적으로 동일하거나 유사하다. 이에 따라, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 피부 접촉 센서(11)의 접촉 전극부는 피부 전도도를 측정하기 위한 정전 용량 방식의 측정 전극(56) 및 온도를 측정하기 위한 온도 측정 전극(54)을 포함할 수 있다. 피부 전도도 측정 전극(56) 및 온도 측정 전극(54)은 상기 박막 구조물의 지지 영역(S) 상에 각각 형성될 수 있다.

예를 들면, 지지 영역(S)은 변형 영역(R)을 둘러싸는 제1 내지 제4 영역들을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 영역들은 서로 마주보고, 제3 및 제4 영역들을 상기 제1 및 제2 영역들에 인접하고 서로 마주보도록 위치할 수 있다. 피부 전도도 측정 전극(56)은 상기 제1 영역 상에 배치될 수 있고, 온도 측정 전극(54)은 상기 제2 영역 상에 배치될 수 있다. 피부 전도도 측정 전극(56) 및 온도 측정 전극(54)은 제2 박막(32) 상에 변형 영역(R)을 사이에 두고 서로 이격될 수 있다.

정전 용량 방식의 피부 전도도 측정 전극(56)은 에크린 땀샘의 활동에 따른 피부 습도 변화에 따라 인터디지털(interdigital) 전극 사이의 유전체의 유전율이 변화하게 되며, 유전율의 변화에 따른 정전용량의 크기 변화를 통하여 피부전도도를 측정할 수 있다.

도 6은 예시적인 실시예들에 따른 피부 접촉 센서를 나타내는 평면도이다. 도 7은 도 6의 C-C' 라인을 따라 절단한 단면도이다. 상기 장치는 압력 측정부들의 개수 및 접촉 측정부의 구조를 제외하고는 도 1을 참조로 설명한 피부 접촉 센서와 실질적으로 동일하거나 유사하다. 이에 따라, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 피부 접촉 센서(12)는 제1 및 제2 변형 영역들(R1, R2)을 갖는 박막 구조물, 상기 박막 구조물의 제1 및 제2 변형 영역들(R1, R2)에 각각 구비되는 제1 및 제2 압력 측정부들, 및 제1 및 제2 변형 영역들(R1, R2) 사이의 지지 영역(S) 상에 구비되는 접촉 측정부를 포함할 수 있다.

구체적으로, 기판(20)에는 제1 개구부(24) 및 제2 개구부(26)가 형성될 수 있다. 제1 및 제2 박막들(30, 32)은 기판(20) 상에 제1 및 제2 개구부들(24, 26)을 커버하도록 형성되어 상기 박막 구조물을 형성할 수 있다. 따라서, 제1 변형 영역(R1)은 기판(20)의 제1 개구부(24)에 대응하도록 위치하고, 제2 변형 영역(R2)은 기판(20)의 제2 개구부(26)에 대응하도록 위치하고, 지지 영역(S)은 제1 및 제2 변형 영역들(R1, R2) 사이에 위치할 수 있다.

제1 압전 전극(42a) 및 제2 압전 전극(42b)은 제1 박막(30)을 사이에 두고 제1 및 제2 변형 영역(R1, R2) 내에서 서로 적층되어 상기 제1 및 제2 압력 측정부들을 형성할 수 있다. 상기 제1 압력 측정부는 제1 변형 영역(R1)의 변형을 측정하고, 상기 제2 압력 측정부는 제2 변형 영역(R2)의 변형을 측정할 수 있다.

이와 다르게, 제1 변형 영역(R1) 내에서 적층된 제1 및 제2 압전 전극 패턴들이 상기 제1 압력 측정부를 형성할 수 있고, 제2 변형 영역(R2) 내에서 적층되며 상기 제1 및 제2 압전 전극 패턴들과 분리된 제3 및 제4 압전 전극 패턴들이 상기 제2 압력 측정부를 형성할 수 있다.

상기 접촉 측정부는 제1 및 제2 변형 영역들(R1, R2) 사이의 지지 영역(S) 상에 구비되며, 피부와 접촉하여 피부 상태를 측정할 수 있다. 상기 접촉 측정부의 정전 용량 방식의 측정 전극(56) 및 온도 측정 전극(54)은 지지 영역(S) 상에 배치될 수 있다.

상술한 바와 같이, 피부 접촉 센서(12)는 인체의 국소 영역에서 혈관 배치에 따라 여러 개의 압력 측정부들을 포함할 수 있다. 맥파 측정의 경우, 동맥 혈관 위에서 맥파를 측정할 경우 신호의 왜곡이 적고 정확한 신호를 측정할 수 있는 것으로 알려져 있기 때문에, 상기 압력 측정부를 동맥 혈관 위에 정확히 배치시킬 수 있는 구조를 갖도록 하여 보다 정확하게 맥파를 측정할 수 있다.

예를 들면, 고유바닥쪽손가락동맥(proper palmar digital arteries)으로부터 맥파를 측정할 경우, 동맥 혈관이 손가락의 양측면을 따라 배치되어 있으므로, 상기 제1 및 제2 압력 측정부들을 손가락의 양측면에 각각 접촉시켜 맥파를 측정할 경우 하나의 압력 측정부를 이용할 경우에 비하여 보다 정확한 신호를 얻을 수 있다.

도 8은 예시적인 실시예들에 따른 피부 접촉 센서를 나타내는 평면도이다. 도 9는 도 8의 D-D' 라인을 따라 절단한 단면도이다. 상기 장치는 접촉 전극부를 제외하고는 도 6을 참조로 설명한 피부 접촉 센서와 실질적으로 동일하거나 유사하다. 이에 따라, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 피부 접촉 센서(13)의 접촉 전극부는 피부 전도도를 측정하기 위한 양극 방식의 제1 및 제2 측정 전극들(52a, 52b) 및 온도를 측정하기 위한 온도 측정 전극(54)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 측정 전극들(52a, 52b) 및 온도 측정 전극(54)은 제1 및 제2 변형 영역들(R1, R2) 사이의 지지 영역(S) 상에 각각 형성될 수 있다.

예를 들면, 지지 영역(S)은 제1 및 제2 변형 영역들(R1, R2) 사이에 위치할 수 있다. 제1 및 제2 측정 전극들(52a, 52b)은 지지 영역(S) 상에서 온도 측정 전극(54)을 사이에 두고 서로 이격될 수 있다.

도 10은 예시적인 실시예들에 따른 피부 접촉 센서를 나타내는 분해 사시도이다. 도 11은 도 10의 피부 접촉 센서의 압력 측정부를 나타내는 평면도이다. 상기 장치는 압력 측정부를 제외하고는 도 1을 참조로 설명한 피부 접촉 센서와 실질적으로 동일하거나 유사하다. 이에 따라, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 피부 접촉 센서(14)의 압력 측정부는 박막 구조물 내에 구비되어 맥파를 측정하기 위한 적어도 하나의 압저항 전극(44)을 포함할 수 있다.

제1 및 제2 박막들(30, 32)은 기판(20) 상에 개구부(22)를 커버하도록 형성되어 상기 박막 구조물을 형성할 수 있다. 따라서, 변형 영역(R)은 기판(20)의 개구부(22)에 대응하도록 위치하고, 개구부(22) 주변의 기판(20) 상에 대응하도록 위치할 수 있다.

도 11에 도시된 바와 같이, 4개의 압저항 전극들(44)은 변형 영역(R)의 경계 부분에 대응하도록 제1 박막(30) 상에 배치될 수 있다. 제1 박막(30) 상에는 측정 패드들(46) 및 연결 배선들(48)이 패터닝되어 형성될 수 있다. 압저항 전극들(44)은 연결 배선들(48)에 의해 측정 패드들(46)에 각각 연결되어 외부 압력에 의해 변형 영역(R)이 변형될 때 압저항 전극들(44)의 저항 변화를 측정할 수 있다.

압저항 전극들(44)은 변형 영역(R)의 경계 부분, 즉 압력 변화에 따른 기계적 스트레스의 변화가 가장 큰 부분에 배치시켜 가해지는 압력의 크기를 측정할 수 있다.

상술한 바와 같이, 피부 접촉 센서는 인간의 심리적 생리적 상태를 분석하기 위하여 미세가공기술을 이용하여 제조된 단일 소자를 제공할 수 있다.

또한, 상기 피부 접촉 센서는 인간의 심리적 생리적 상태를 측정하기 위한 세 가지 데이터를 동시에 인체의 피부 국소 영역에서 측정할 수 있는 구조를 가지고 있으므로, 측정 장치가 피험자의 감정에 주는 영향을 최소화함으로써 보다 정확한 인간의 심리적 상태 측정이 가능하며, 장기적 스트레스 지표인 심박 변화도를 구하기 위한 맥파, 단기적 혐오자극에 대한 지표인 피부 전도도의 동시 측정이 가능하다. 이에 따라, 스트레스를 비롯한 인간의 심리적 변화에 대한 생리학적 지표들 간의 상관관계에 대한 데이터 분석을 통해 인간의 상태/의도 감지를 쉽고 간편하게 수행할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10, 11, 12, 13, 14 : 피부 접촉 센서
20 : 기판 22 : 개구부
30 : 제1 박막 32 : 제2 박막
40 : 압력 측정부 42a, 42b : 압전 전극
44 : 압저항 전극 46 : 측정 패드
48 : 연결 배선 50 : 접촉 측정부
52a, 52b, 56 : 피부 전도도 측정 전극
54 : 온도 측정 전극

Claims

피부와의 접촉에 의해 가해진 압력에 의해 변형 가능한 적어도 하나의 변형 영역 및 상기 변형 영역에 인접한 지지 영역을 갖는 박막 구조물;
상기 박막 구조물의 상기 변형 영역에 구비되며, 외부 압력에 의한 상기 변형 영역의 변형을 측정하기 위한 압력 측정부; 및
상기 박막 구조물의 상기 지지 영역 상에 구비되며, 상기 피부와 접촉하여 피부 상태를 측정하기 위한 접촉 측정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 피부 접촉 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 박막 구조물은,
적어도 하나의 개구부를 갖는 기판; 및
상기 기판 상에서 상기 개구부를 커버하며, 상기 외부 압력에 의해 상기 개구부 내로 변형 가능한 적어도 하나의 박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 피부 접촉 센서.
제 2 항에 있어서, 상기 변형 영역은 상기 개구부에 대응하도록 구비되고, 상기 지지 영역은 상기 기판 상에 대응하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 피부 접촉 센서.
제 2 항에 있어서, 상기 기판은 상기 피부 형상에 따라 변형이 가능한 유연한 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 피부 접촉 센서.
제 2 항에 있어서, 상기 기판에는 두개의 상기 개구부들이 구비되고, 상기 지지 영역은 상기 두개의 개구부들에 각각 대응하는 두개의 상기 변형 영역들 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 피부 접촉 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 압력 측정부는 상기 박막 구조물 내에서 절연층을 사이에 두고 적층되어 맥파를 측정하기 위한 제1 및 제2 압전 전극들을 포함하는 것을 특징으로 하는 피부 접촉 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 압력 측정부는 상기 박막 구조물 내에 구비되어 맥파를 측정하기 위한 적어도 하나의 압저항 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 피부 접촉 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 접촉 측정부는 피부 전도도를 측정하기 위한 피부 전도도 측정 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 피부 접촉 센서.
제 8 항에 있어서, 상기 피부 전도도 측정 전극은 양극 방식의 제1 및 제2 측정 전극들을 포함하는 것을 특징으로 하는 피부 접촉 센서.
제 8 항에 있어서, 상기 피부 전도도 측정 전극은 정전용량 방식의 측정 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 피부 접촉 센서.
제 8 항에 있어서, 상기 접촉 측정부는 온도를 측정하기 위한 온도 측정 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피부 접촉 센서.
제 11 항에 있어서, 상기 피부 전도도 측정 전극 및 상기 온도 측정 전극은 상기 변형 영역을 사이에 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 피부 접촉 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 박막 구조물은 손가락, 손바닥, 손목, 발가락, 발목 또는 발바닥에 부착되는 것을 특징으로 하는 피부 접촉 센서.