KR102032539B1 - 핸드제스처 인식용 센서 및 이를 이용한 센서 레이어 - Google Patents

핸드제스처 인식용 센서 및 이를 이용한 센서 레이어 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일실시예는, 신체의 표피에 대한 물리적 변화를 측정하는 적어도 하나 이상의 스트레인 유닛, 및 상기 스트레인 유닛의 측정방향으로 상기 스트레인 유닛과 겹치지 않도록 위치하여 상기 물리적 변화를 증폭하는 적어도 하나 이상의 범프 유닛을 포함하는 핸드제스처 인식용 센서 및 이를 이용한 센서 밴드를 제공한다.

Description

핸드제스처 인식용 센서 및 이를 이용한 센서 레이어{Hand gesture recognition sensor and sensor layer using the same}
본 발명은 핸드제스처 인식용 센서 및 이를 이용한 센서 레이어에 관한 것이다.
IT기술의 발전에 따라 정보처리기능을 갖는 장치를 신체에 착용하는 웨어러블 장치에 대한 분야가 개척되었으며, 웨어러블 장치에 정보를 입력하는 방식에 대한 연구가 진행되고 있다. 터치스크린을 이용하여 직접 사람이 명령을 입력하는 것에서 나아가, 사용자의 제스처를 인식하여 정보를 입력하는 제스처 인식 기술이 연구되고 있다.
사용자의 제스처를 인식하는 방법으로, 근육에 전달되는 전기적 신호를 포착하거나 근육의 움직임에 의한 표피의 움직임을 센싱하기 위하여 사람의 피부에 직접 센서를 접촉하는 방식이 연구되고 있다.
KR 10-2016-0037390 A
본 발명의 일실시예에 따른 목적은, 신체의 표피에 대한 물리적 변화를 측정하는 스트레인 유닛 및 스트레인 유닛의 측정방향으로 측부에 상기 물리적 변화를 증폭하여 전달하는 범프 유닛을 형성한 핸드제스처 인식용 센서를 제공하기 위한 것이다.
또한, 스트레인 유닛 및 스트레인 유닛의 측정방향으로 위치한 범프 유닛을 포함하는 핸드제스처 인식용 센서를 이용한 센서밴드를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일실시에에 따른 핸드제스처 인식용 센서는, 신체의 표피에 대한 물리적 변화를 측정하는 적어도 하나 이상의 스트레인 유닛, 및 상기 스트레인 유닛의 측정방향으로 상기 스트레인 유닛과 겹치지 않도록 위치하여 상기 물리적 변화를 증폭하는 적어도 하나 이상의 범프 유닛을 포함할 수 있다.
또한, 상기 스트레인 유닛은 굴곡부를 갖는 적어도 하나 이상의 서펜타인부를 포함하며, 상기 범프 유닛은 상기 서펜타인부의 측정방향으로 상기 서펜타인부와 겹치지 않도록 위치할 수 있다.
또한, 상기 스트레인 유닛은 적어도 두개의 서펜타인부들의 측정방향이 서로 직교하도록 위치하고, 상기 적어도 두개의 서펜타인부들이 직렬로 연결되며, 상기 범프 유닛은 상기 두개의 서펜타인부들의 측정방향이 직교하는 지점에 위치하되, 상기 두개의 서펜타인부와 겹치지 않도록 위치할 수 있다.
또한, 상기 스트레인 유닛은 동일한 측정방향을 갖는 복수의 서펜타인부들이 직렬로 연결되며, 상기 범프 유닛은 상기 복수의 서펜타인부의 측정방향으로 상기 서펜타인부들과 겹치지 않도록 위치할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 센서 레이어는, 제1 베이스층, 상기 제1 베이스층 상에 형성되며, 신체의 표피에 대한 물리적 변화를 측정하는 적어도 하나 이상의 스트레인 유닛과, 상기 스트레인 유닛의 전기신호를 전달하는 전극패턴이 형성되는 제1 센서층, 상기 제1 센서층을 덮어 보호하는 제1 커버층, 및 상기 스트레인 유닛의 측정방향으로 상기 스트레인 유닛과 겹치지 않도록 위치하여 상기 물리적 변화를 증폭하는 적어도 하나 이상의 범프 유닛을 포함할 수 있다.
또한, 상기 베이스층의 아래에 접착되는 제2 베이스층, 제2 베이스층의 아래에 형성되며, 상기 스트레인 유닛 및 전극패턴이 형성되는 제2 센서층, 및 상기 제2 센서층을 덮어 보호하는 제2 커버층을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 베이스층의 아래에 형성되며, 상기 스트레인 유닛들 사이에 형성되는 적어도 하나 이상의 범프 유닛을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 스트레인 유닛은 굴곡부를 갖는 적어도 하나 이상의 서펜타인부를 포함하며, 상기 범프 유닛은 상기 서펜타인부의 측정방향으로 상기 서펜타인부와 겹치지 않도록 위치할 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 신체의 표피의 물리적 변화를 측정함에 있어서, 스트레인 유닛의 측정방향으로 측부에 위치된 범프 유닛이 상기 물리적 변화를 증폭하여 스트레인 유닛에 전달하므로, 핸드제스처를 높은 감도로 측정할 수 있다.
또한, 스트레인 유닛과 범프 유닛을 포함하는 핸드제스처 인식용 센서를 다수 포함하는 센서 밴드를 이용하여, 사용자가 입력하는 핸드제스처를 높은 정확도로 식별할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 웨어러블 장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 핸드제스처 인식용 센서를 나타낸 도면이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일실시예에 따른 핸드제스처 인식용 센서의 성능에 대한 실험을 나타내는 도면이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일실시예에 따른 스트레인 유닛과 범프 유닛의 배치를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4b에 도시된 실시예에서 범프의 유무에 따른 핸드제스처 인식용 센서의 성능에 대한 실험결과를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 4b에 도시된 실시예에서 다양한 제스처에 대한 핸드제스처 인식용 센서의 성능에 대한 실험결과를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시에에 따른 핸드제스처 인식용 센서를 이용한 센서 레이어의 단면을 나타낸 도면이다.
본 발명의 일실시예의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "일면", "타면", "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명의 일실시예를 설명함에 있어서, 본 발명의 일실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 웨어러블 장치(1)의 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 웨어러블 장치(1)는 본체(2), 밴드(3), 핸드제스처 인식용 센서(4)를 포함한다. 본체(2)는 표시부, 통신부, 제어부 등을 포함하는 휴대용 정보처리장치를 포함하며, 밴드(3)는 핸드제스처 인식용 센서(4)를 신체 접촉면에 구비하고 사용자의 손목 등의 신체를 감싸도록 착용된다. 사용자가 손으로 정해진 제스처를 취하면, 근육, 힘줄, 인대 등 제스처를 취하기 위해 움직이는 근골격계 신체부위의 움직임이 표피로 전달되어 핸드제스처 인식용 센서(4)가 표피의 물리적 변화를 측정할 수 있고, 핸드제스처 인식용 센서(4)가 생성하는 신호에 기초하여 본체(2)가 사용자가 취한 제스처를 인식할 수 있다.
밴드(3)는 내부에 센서 레이어(100)를 포함하며, 센서 레이어(100)는 복수의 핸드제스처 인식용 센서(4)를 포함한다. 핸드제스처 인식용 센서(4)는 웨어러블 장치(1)가 착용될 신체의 근육 등의 분포에 따라, 센서 레이어(100)에 포함되는 갯수나 위치가 정해질 수 있다. 밴드(3)는 신체를 감싸도록 길이가 길고 폭이 좁은 형태를 갖도록 형성되므로, 밴드(3)가 신체를 감싸는 길이방향으로 변형이 쉽고, 폭방향으로 변형이 어려운 성질이 있다.
이러한 밴드(3)의 구조적 특징 아래에서, 밴드(3)의 피부접촉면에 형성되는 핸드제스처 인식용 센서(4)는 인식 감도를 향상하고 결과적으로 제스처의 인식률을 향상하기 위하여 적합한 구조가 필요하다. 본 명세서의 일실시예에 따른 핸드제스처 인식용 센서(4)는 손목에 착용하여 사용자의 핸드제스처를 효과적으로 인식할 수 있는 이점이 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 핸드제스처 인식용 센서를 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 핸드제스처 인식용 센서는 신체의 표피에 대한 물리적 변화를 측정하는 적어도 하나 이상의 스트레인 유닛(10), 및 상기 스트레인 유닛(10)의 측정방향(Ax)으로 상기 스트레인 유닛(10)과 겹치지 않도록 위치하여 상기 물리적 변화를 증폭하는 적어도 하나 이상의 범프 유닛(12)을 포함한다.
스트레인 유닛(10)은 금속 재질로 복수의 굴곡을 갖는 연속된 'ㄹ'자 형태의 라인으로 패터닝된 서펜타인(serpentine)부를 포함한다. 서펜타인부(11)의 양단에는 전극패턴(13)이 연결되어 서펜타인부(11)의 측정방향(Ax)으로의 변형에 의한 저항변화를 전달한다. 스트레인 유닛(10)은 웨어러블 장치(1)의 밴드(3)의 길이방향과 서펜타인부(11)의 측정방향(Ax)이 평행하도록 위치될 수 있다. 또는 필요에 따라 스트레인 유닛(10)은 웨어러블 장치(1)의 밴드(3)의 길이방향과 서펜타인부(11)의 측정방향(Ax)이 직교하거나 일정 각도만큼 기울어지도록 위치될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 범프 유닛(12)은 스트레인 유닛(10)의 측정방향(Ax)으로 측부에 일정간격 이격되어, 스트레인 유닛(10)과 범프 유닛(12)이 겹치지 않도록 위치한다. 더 구체적으로, 범프 유닛(12)은 스트레인 유닛(10)의 서펜타인부(11)의 측정방향(Ax)으로 측부에 일정간격 이격되어 위치한다. 범프 유닛(12)은 서펜타인부(11)와 대응하는 넓이를 가질 수 있으며, 일정 높이를 갖는다
즉, 스트레인 유닛(10)은 굴곡부를 갖는 적어도 하나 이상의 서펜타인부(11)를 포함하며, 상기 범프 유닛(12)은 상기 서펜타인부(11)의 측정방향(Ax)으로 상기 서펜타인부(11)와 겹치지 않도록 위치한다. 스트레인 유닛(10)의 측정방향(Ax)으로 측부에, 스트레인 유닛(10)과 겹치지 않도록 범프 유닛(12)이 위치하는 센서구조는, 사용자가 제스처를 취할 때 표피의 물리적 변화가 범프로 전달 및 집중되어 웨어러블 장치(1)의 밴드(3)에 위치한 스트레인 유닛(10)의 변형을 증폭시켜 센서의 감도를 향상시킨다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일실시예에 따른 핸드제스처 인식용 센서의 성능에 대한 실험을 나타내는 도면이다. 도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 핸드제스처 인식용 센서의 구조를 시험하는 환경을 나타낸 도면이며, 도 3b는 도 3a에 의한 실험결과를 나타내는 그래프이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 밴드(3) 상에 스트레인 유닛(10)을 위치시키고, 스트레인 유닛(10)의 측정방향(Ax)으로 측부에 범프를 위치시킨 상태에서 범프에 압력(P)을 인가하면, 스트레인 유닛(10)이 변형됨에 따라 저항의 변화를 측정할 수 있다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 범프 유닛(12)(범프 구조물)이 없는 경우에는 압력 대비 저항값의 기울기가 낮고, 범프 유닛(12)(범프 구조물)이 있는 경우에는 압력 대비 저항값의 기울기가 높은 것을 확인할 수 있다.
도 3c는 스트레인 유닛(10)과 범프 유닛(12)의 적어도 일부가 겹치는 구조를 시험하는 환경을 나타낸 도면이며, 도 3d는 도 3c에 의한 실험결과를 나타내는 그래프이다.
도 3c에 도시된 바와 같이, 밴드(3) 상에 스트레인 유닛(10)을 위치시키고, 스트레인 유닛(10)의 측정방향(Ax)으로 범프를 위치시키되, 스트레인 유닛(10)과 범프 유닛(12)이 적어도 일부가 겹치는 상태에서 범프에 압력(P)을 인가하면, 스트레인 유닛(10)이 변형됨에 따라 저항의 변화를 측정할 수 있다. 도 3d에 도시된 바와 같이, 범프 유닛(12)이 스트레인 유닛(10)의 적어도 일부를 덮게 되면, 표피의 물리적 변화를 범프 유닛(12)이 직접 스트레인 유닛(10)의 서펜타인부(11)에 전달하게 되므로, 스트레인 유닛(10)이 압축(compression)되었다가 어느 정도 이상의 힘에서는 다시 신장(extension)을 일으키게 되어, 비선형적인 저항 특성 결과를 얻게 된다. 범프는 3종류의 크기(1by1by0.5 (mm), 1.5by1.5by0.5 (mm), 2by2by0.5 (mm))를 갖는 범프를 이용하여 실험하였으며, 이때, 도 3d에 도시된 바와 같이, 모두 저항값이 낮아졌다가 높아지는 비선형적 특성을 나타내는 것으로 측정되었다.
따라서, 범프 유닛(12)이 존재함으로 인하여 스트레인 유닛(10)의 인가하중에 대한 저항변화의 폭이 커지는 것을 도 3a 및 도 3b에서 확인할 수 있고, 따라서 범프 유닛(12)을 스트레인 유닛(10)의 측정방향(Ax)으로 측부에 위치하는 것이 센서의 감도를 증가시키는 것을 알 수 있다. 또한, 도 3c 및 도 3d에서 범프 유닛(12)이 스트레인 유닛(10)과 겹치면 센서의 출력이 비선형적으로 출력되기 때문에 센서로 사용하기 부적합한 출력특성을 나타내는 것을 알 수 있으므로, 범프 유닛(12)을 스트레인 유닛(10)과 일정간격 이격시킴으로써 센서의 선형성을 확보할 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일실시예에 따른 스트레인 유닛(10)과 범프 유닛(12)의 배치를 나타내는 도면이다. 도 4a를 참조하면, 핸드제스처 인식용 센서(4)는 스트레인 유닛(10)과 스트레인 유닛(10)의 측정방향(Ax)으로 일정간격 이격되어 배치되는 범프유닛을 포함한다. 범프 유닛(12)은 스트레인 유닛(10)의 측정방향(Ax)으로 오른쪽에 배치된 것으로 도시되었으나, 측정방향(Ax)으로 왼쪽에 배치될 수도 있다.
도 4b를 참조하면, 핸드제스처 인식용 센서(4)는 스트레인 유닛(10) 및 범프 유닛(12)을 포함하며, 상기 스트레인 유닛(10)은 적어도 두개의 서펜타인부(11)들의 측정방향(Ax)이 서로 직교하도록 위치하고, 상기 적어도 두개의 서펜타인부(11)들이 직렬로 연결되며, 상기 범프 유닛(12)은 상기 두개의 서펜타인부(11)들의 측정방향(Ax)이 직교하는 지점에 위치하되, 상기 두개의 서펜타인부(11)와 겹치지 않도록 위치한다.
도 4b는 4개의 서펜타인부(11)를 갖는 핸드제스처 인식용 센서(4)를 도시한다. 제1 서펜타인부(11a)와 제3 서펜타인부(11c)는 제1 측정방향(Ax1)으로 나란히 위치되고, 제2 서펜타인부(11b)와 제4 서펜타인부(11d)는 제1 측정방향(Ax1)에 직교하는 제2 측정방향(Ax2)으로 나란히 위치되며, 제1 내지 제4 서펜타인부(11a~d)가 직렬로 연결되어 하나의 스트레인 유닛(10)을 구성한다. 제1 측정방향(Ax1)은 웨어러블 장치(1)의 밴드(3)의 폭 방향과 평행하게 배치되고 제2 측정방향(Ax2)은 웨어러블 장치(1)의 밴드(3)의 길이방향과 평행하게 배치될 수 있다.
제1 내지 제4 서펜타인부(11)는 십자가 형태로 배치될 수 있으며, 범프 유닛(12)은 제1 측정방향(Ax1)과 제2 측정방향(Ax2)이 직교하는 제1 내지 제4 서펜타인부(11a~d)의 가운데에 배치될 수 있다. 이러한 구조를 갖는 핸드제스처 인식용 센서(4)는 표피의 물리적 변화에 따라 웨어러블 장치(1)의 밴드(3)의 길이방향의 변화와 폭방향의 변화를 동시에 측정할 수 있는 이점이 있다. 이러한 배치를 갖는 핸드제스처 인식용 센서(4)의 실험결과는 도 5 및 6에서 후술한다.
도 4c 및 도 4d 는 4개의 서펜타인부(11)가 일 측정방향(Ax)으로 배치된 핸드제스처 인식용 센서(4)를 도시한다. 도 4c에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제4 서펜타인부(11e~h)가 동일한 측정방향(Ax)을 갖고, 인접한 서펜타인부(11e)의 측정방향(Ax)으로 측부에 다음 서펜타인부(11f)가 위치하도록 배치된다. 그리고 제1 내지 제4 서펜타인부(11e~h)가 순서대로 직렬로 연결된다. 웨어러블 장치(1)의 밴드(3)의 길이방향과 스트레인 유닛(10)의 측정방향(Ax)이 동일하도록 배치할 수 있다. 밴드(3)의 길이방향과 동일한 방향으로 스트레인 유닛(10)이 측정할 수 있는 표피의 범위가 넓어지므로, 제스처 인식률이 높아진다.
도 4c에 도시된 바와 같이, 범프 유닛(12)은 서펜타인부(11)들의 사이에 배치될 수 있다. 범프 유닛(12)은 서펜타인부들(11e~f)의 사이에 위치할 수 있도록 충분히 얇고 긴 형태를 갖도록 형성된다. 도 4d에 도시된 바와 같이, 범프 유닛(12)은 서펜타인부들(11e~f)의 사이가 아니라, 서펜타인부들(11e~f)의 측정방향(Ax)으로 측부에 서펜타인부들(11e~f)과 겹치지 않도록 배치될 수 있다.
도 5는 도 4b에 도시된 실시예에서 범프의 유무에 따른 핸드제스처 인식용 센서(4)의 성능에 대한 실험결과를 나타내는 도면이며, 도 6은 도 4b에 도시된 실시예에서 다양한 제스처에 대한 핸드제스처 인식용 센서(4)의 성능에 대한 실험결과를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4b에 도시된 실시예에 따른 핸드제스처 인식용 센서(4)의 스트레인 유닛(10) 구조를 갖는 복수의 센서(센서 번호 1~9)를 웨어러블 장치(1)의 밴드(3)에 배치하고, 손바닥을 펴는 특정한 제스처를 취할 때, 범프(12)가 없는 경우(no_bump)와 범프(12)가 있는 경우(bump)에 측정되는 값을 나타낸 것이다.
손바닥을 펴는 특정한 제스처에서, 범프(12)가 없는 경우(no_bump)를 보면, 1번 센서에서 4번 센서로 가면서 측정값이 높아지고, 4번 센서에서 6번 센서로 가면서 측정값이 낮아지며 다시 8번 센서로 가면서 측정값이 높아지는 형태의 측정값을 얻을 수 있으며, 이러한 형태의 측정값이 입력되는 경우, 사용자가 손바닥을 펴는 제스처를 입력하는 것으로 인식할 수 있다.
이 때, 범프(12)가 있는 경우(bump)를 보면, 1번 센서에서 4번 센서로 가면서 측정값이 높아지면서 범프(12)가 없는 경우(no_bump)에 비하여 측정값이 높아지는 정도가 큰 것을 알 수 있고, 4번 센서에서 6번 센서로 가면서 측정값이 낮아지면서 범프(12)가 없는 경우(no_bump)에 비하여 측정값이 낮아지는 정도가 큰 것을 알 수 있으며, 6번 센서에서 8번 센서로 가면서 측정값이 높아지면서 범프(12)가 없는 경우(no_bump)에 비하여 측정값이 높아지는 정도가 큰 것을 알 수 있다.
따라서, 도 4b에 도시된 실시예에 따른 스트레인 유닛(10) 구조를 갖는 센서에서 범프(12)가 있는 경우(bump)가 범프(12)가 없는 경우(no_bump)에 비하여, 특정한 제스처(손바닥을 펴는 제스처)가 갖는 특정한 센서값들의 특정한 형태(1번 센서에서 4번 센서로 측정값이 높아지며, 4번에서 6번 센서로 측정값이 낮아지고, 6번 센서에서 8번 센서로 측정값이 높아지는 그래프 형태)를 더 확연하게 나타내 주기 때문에, 제스처의 인식률이 향상되는 이점이 있다.
도 6은 도 4b에 도시된 실시예에 따른 스트레인 유닛(10) 구조를 갖는 센서로 다양한 제스처를 측정할 때, 범프(12)가 있는 경우(bump)와 범프(12)가 없는 경우(no_bump)에 나타나는 출력값의 차이를 나타내는 그래프이다. 6개의 제스처(제스처 A~F)를 취하였을 때, 범프(12)가 없는 경우(no_bump)에 비하여 범프(12)가 있는 경우(bump)의 출력값 차이가 더 크게 나타나는 것을 알 수 있다. 즉, 특정 제스처에서만 제스처의 인식률을 높이는 것이 아니라, 다양한 제스처의 인식률을 전체적으로 높이는 것을 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시에에 따른 핸드제스처 인식용 센서를 이용한 센서 레이어(100)의 단면을 나타낸 도면이다.
도 7(a)를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 핸드제스처 인식용 센서를 이용한 센서 레이어(100)는, 제1 베이스층(110), 상기 제1 베이스층(110) 상에 형성되며, 신체의 표피에 대한 물리적 변화를 측정하는 적어도 하나 이상의 스트레인 유닛(10)과, 상기 스트레인 유닛(10)의 전기신호를 전달하는 전극패턴(13)이 형성되는 제1 센서층(120), 상기 제1 센서층(120)을 덮어 보호하는 제1 커버층(130), 및 상기 스트레인 유닛(10)의 측정방향(Ax)으로 상기 스트레인 유닛(10)과 겹치지 않도록 위치하여 상기 물리적 변화를 증폭하는 적어도 하나 이상의 범프 유닛(12)을 포함한다. 제1 베이스층(110), 제1 센서층(120), 제1 커버층(130)을 포함하는 센서 레이어(100)는 웨어러블 장치(1)의 밴드(3)에 결합될 수 있도록 길이가 길고 폭이 좁은 밴드(3) 형상으로 형성될 수 있다.
제1 베이스층(110)은 센서층에 포함되는 스트레인 유닛(10), 전극배선을 지지하고, 범프 유닛(12)을 지지하여 센서 레이어(100)를 구성하는 토대로 기능한다. 베이스층은 외부 힘에 의해 구부러질 수 있는 플렉서블(flexible)한 소재(예컨대, 폴리이미드(PI, Polyimide) 등)로 형성될 수 있다.
제1 센서층(120)은 제1 베이스층(110) 상에 위치하며, 금속 증착, 패터닝 등의 알려진 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 제1 센서층(120)은 적어도 하나 이상의 스트레인 유닛(10)을 포함하고, 각각의 스트레인 유닛(10)과 전기적으로 연결되어 전기신호를 전달하는 전극패턴(13)을 포함한다. 스트레인 유닛(10)과 전극패턴(13)은 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등의 전도성 물질로 형성될 수 있다.
제1 커버층(130)은 제1 센서층(120)을 덮어 보호하도록 형성된다. 제1 커버층(130)은 스트레인 유닛(10) 및 전극패턴(13)이 서로 단락되지 않도록 절연할 수 있고, 외부 환경과 제1 센서층(120)을 절연하여 스트레인 유닛(10) 및 전극패턴(13)을 보호한다. 센서 레이어(100)는 베이스층, 센서층, 커버층 뿐만 아니라 필요에 따라 차폐층 등의 추가 층을 더 포함할 수 있다.
범프 유닛(12)은 스트레인 유닛(10)의 측정방향(Ax)으로 측부에 일정간격 이격되어 배치되며, 범프 유닛(12)은 제1 센서층(120)을 형성한 다음에 범프 유닛(12)을 배치하고 제1 센서층(120)을 형성하여, 제1 베이스층(110)과 제1 커버층(130) 사이에 범프 유닛(12)이 배치될 수도 있다. 또는 범프 유닛(12)은 제1 커버층(130) 상에 결합될 수도 있다.
이러한 구조를 갖는 센서 레이어(100)는 웨어러블 장치(1)의 밴드(3)에 결합되어, 사용자가 취하는 제스처에 관련된 근육의 움직임을 높은 감도로 측정할 수 있다.
도 7(b)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 센서 레이어(100)는, 상기 베이스층의 아래에 접착되는 제2 베이스층(150), 제2 베이스층(150)의 아래에 형성되며, 상기 스트레인 유닛(10) 및 전극패턴(13)이 형성되는 제2 센서층(160), 및 상기 제2 센서층(160)을 덮어 보호하는 제2 커버층(170)을 더 포함할 수 있다. 이러한 구조로 양면에 센서가 구비되면, 동일한 위치에서 두 개의 센서가 표피의 물리적 변화를 측정하게 되므로, 센싱의 정확도를 높일 수 있다.
한편, 양면 구조의 센서 레이어(100)를 제작함에 있어서, 하나의 폭이 넓은 베이스층 상에 센서층을 나란히 2개 형성하고 커버층을 형성하여 센서 레이어(100)를 형성한 다음, 베이스층의 하면이 서로 마주보도록 센서 레이어(100)의 절반을 접어서 접착층(140)을 이용하여 접착하는 방식으로 양면 센서 구조의 센서 레이어(100)를 형성할 수 있다.
도 7(c)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 센서 레이어(100)는 베이스층의 아래에 형성되며, 상기 스트레인 유닛(10)들 사이에 형성되는 적어도 하나 이상의 범프 유닛(12)을 더 포함할 수 있다. 센서 레이어(100)의 베이스층 아래에 형성되는 범프 유닛(12)은 스트레인 유닛(10)의 측정방향(Ax)으로 일정간격 이격되어 양쪽으로 하나씩 형성될 수도 있다.
센서 레이어(100)와 표피가 접촉하는 내측(In)에 위치하는(즉, 베이스층 상면방향) 범프 유닛(12)은 스트레인 유닛(10)의 측정방향(Ax)으로 측부에 배치되고, 센서 레이어(100)와 밴드(3)가 접촉하는 외측(Out)에 위치하는(즉, 베이스층 하면방향) 범프 유닛(12)은 센서 레이어(100)의 외측면과 밴드(3) 사이에 공간을 형성하여, 스트레인 유닛(10)이 변형될 수 있는 충분한 배후 공간을 제공하는 기능을 한다. 따라서 표피의 움직임이 내측(In) 범프 유닛(12)에 전달되는 경우 스트레인 유닛(10)의 변형가능한 공간을 외측(Out) 범프 유닛(12)이 제공할 수 있으므로, 센서의 감도가 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 센서 레이어(100)는, 스트레인 유닛(10)과 범프 유닛(12)을 포함하며, 도 4a 내지 도 4b에 도시된 바와 같이, 스트레인 유닛(10)은 굴곡부를 갖는 적어도 하나 이상의 서펜타인부(11)를 포함하며, 범프 유닛(12)은 상기 서펜타인부(11)의 측정방향(Ax)으로 상기 서펜타인부(11)와 겹치지 않도록 위치할 수 있다.
또한, 스트레인 유닛(10)은 적어도 두개의 서펜타인부(11)들의 측정방향(Ax)이 서로 직교하도록 위치하고, 상기 적어도 두개의 서펜타인부(11)들이 직렬로 연결되며, 범프 유닛(12)은 상기 두개의 서펜타인부(11)들의 측정방향(Ax)이 직교하는 지점에 위치하되, 상기 두개의 서펜타인부(11)와 겹치지 않도록 위치할 수 있다.
또한, 스트레인 유닛(10)은 동일한 측정방향(Ax)을 갖는 복수의 서펜타인부(11)들이 직렬로 연결되며, 범프 유닛(12)은 상기 복수의 서펜타인부(11)의 측정방향(Ax)으로 상기 서펜타인부(11)들과 겹치지 않도록 위치할 수 있다.
이상으로 설명한 스트레인 유닛(10)과 범프 유닛(12)의 배치구조에 의하여 핸드제스처 인식용 센서(4)의 감도를 향상시킬 수 있고, 결과적으로 사용자가 입력하는 제스처를 효과적으로 식별할 수 있다. 또한, 이러한 스트레인 유닛(10)과 범프 유닛(12)의 배치구조를 갖는 센서 레이어(100)를 이용함으로써 웨어러블 장치(1)의 제스처 인식률을 향상시킬 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
1: 웨어러블 장치 2: 본체
3: 밴드 4: 핸드제스처 인식용 센서
10: 스트레인 유닛 11: 서펜타인부
12: 범프 유닛 13: 전극패턴
Ax: 측정방향 100: 센서 레이어
110: 제1 베이스층 120: 제1 센서층
130: 제1 커버층 140: 접착층
150: 제2 베이스층 160: 제2 센서층
170: 제2 커버층

Claims (8)

  1. 신체의 표피에 대한 물리적 변화를 측정하는 적어도 하나 이상의 스트레인 유닛; 및
    상기 스트레인 유닛의 측정방향으로 상기 스트레인 유닛과 겹치지 않도록 위치하여 상기 물리적 변화를 증폭하는 적어도 하나 이상의 범프 유닛을 포함하고,
    상기 스트레인 유닛은,
    굴곡부를 갖는 4개의 서펜타인부를 포함하며,
    상기 4개의 서펜타인부 중의 제1 서펜타인부와 제3 서펜타인부는 제1 측정방향으로 나란히 위치되고, 상기 4개의 서펜타인부 중의 제2 서펜타인부와 제4 서펜타인부는 상기 제1 측정방향에 직교하는 제2 측정방향으로 나란히 위치되며, 상기 4개의 서펜타인부가 직렬로 연결되고, 상기 4개의 서펜타인부는 십자가 형태로 배치되며,
    상기 범프 유닛은,
    상기 4개의 서펜타인부와 겹치지 않도록, 상기 제1 측정방향과 상기 제2 측정방향이 직교하는 상기 4개의 서펜타인부의 가운데에 배치되는, 핸드제스처 인식용 센서.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1 베이스층;
    상기 제1 베이스층 상에 형성되며, 신체의 표피에 대한 물리적 변화를 측정하는 적어도 하나 이상의 스트레인 유닛과, 상기 스트레인 유닛의 전기신호를 전달하는 전극패턴이 형성되는 제1 센서층;
    상기 제1 센서층을 덮어 보호하는 제1 커버층; 및
    상기 스트레인 유닛의 측정방향으로 상기 스트레인 유닛과 겹치지 않도록 위치하여 상기 물리적 변화를 증폭하는 적어도 하나 이상의 범프 유닛을 포함하고,
    상기 스트레인 유닛은,
    굴곡부를 갖는 4개의 서펜타인부를 포함하며,
    상기 4개의 서펜타인부 중의 제1 서펜타인부와 제3 서펜타인부는 제1 측정방향으로 나란히 위치되고, 상기 4개의 서펜타인부 중의 제2 서펜타인부와 제4 서펜타인부는 상기 제1 측정방향에 직교하는 제2 측정방향으로 나란히 위치되며, 상기 4개의 서펜타인부가 직렬로 연결되고, 상기 4개의 서펜타인부는 십자가 형태로 배치되며,
    상기 범프 유닛은,
    상기 4개의 서펜타인부와 겹치지 않도록, 상기 제1 측정방향과 상기 제2 측정방향이 직교하는 상기 4개의 서펜타인부의 가운데에 배치되는, 핸드제스처 인식용 센서를 이용하는 센서 레이어.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 베이스층의 아래에 접착되는 제2 베이스층;
    제2 베이스층의 아래에 형성되며, 상기 스트레인 유닛 및 전극패턴이 형성되는 제2 센서층; 및
    상기 제2 센서층을 덮어 보호하는 제2 커버층을 더 포함하는, 핸드제스처 인식용 센서를 이용하는 센서 레이어.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 베이스층의 아래에 형성되며, 상기 4개의 서펜타인부와 겹치지 않도록, 상기 제1 측정방향과 상기 제2 측정방향이 직교하는 상기 4개의 서펜타인부의 가운데에 배치되는 적어도 하나 이상의 범프 유닛을 더 포함하는, 핸드제스처 인식용 센서를 이용하는 센서 레이어.
  8. 삭제
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