KR102357519B1 - 섬유형 체압 센서, 체압 프로파일의 생성 방법 및 수집된 체압 정보의 활용 방법 - Google Patents

섬유형 체압 센서, 체압 프로파일의 생성 방법 및 수집된 체압 정보의 활용 방법 Download PDF

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이정훈
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Abstract

차량 탑승자의 체압 프로파일의 생성과 맵핑을 위한 체압 센서, 및 이를 통해 체압 프로파일을 생성하고 생성된 정보를 활용하는 방법이 제공된다. 상기 체압 센서는 액티브 영역 및 비액티브 영역을 갖는 체압 센서로서, 제1 방향으로 연장된 복수의 상부 도전 패턴을 포함하는 상부 도전 패턴층; 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장된 복수의 하부 도전 패턴을 포함하는 하부 도전 패턴층; 상기 상부 도전 패턴과 하부 도전 패턴 사이에 개재되고, 상기 액티브 영역 전체를 커버하는 제1 도전층; 및 상기 상부 도전 패턴과 하부 도전 패턴 사이에 개재되고, 상기 액티브 영역의 일부만을 커버하는 제2 도전층을 포함한다.

Description

섬유형 체압 센서, 체압 프로파일의 생성 방법 및 수집된 체압 정보의 활용 방법{FABRIC BODY PRESSURE SENSOR, METHOD FOR GENERATING BODY PRESSURE PROFILE AND METHOD FOR USING INFORMATION OF COLLECTED BODY PRESSURE}
본 발명은 섬유형 체압 센서, 이를 이용한 체압 프로파일의 생성 방법 및 수집된 체압 정보의 활용 방법에 관한 것이다. 상세하게, 차량 탑승자의 체압 프로파일의 생성과 맵핑을 위한 섬유형 체압 센서, 및 이를 통해 체압 프로파일을 생성하고 생성된 정보를 활용하는 방법에 관한 것이다.
압력 센서는 압력을 측정하여 전기적 신호로 변환하는 센서 부재를 통칭한다. 압력 센서는 그 목적에 따라 다양하게 분류될 수 있으나, 사람의 신체의 무게, 즉 체압과 그 분포를 측정하기 위한 체압 센서가 주목받고 있다. 체압 센서는 사람의 움직임과 무게 중심을 인식하고 자세 교정이나 훈련 등에 활용할 수 있는 다양한 분야로의 적용이 기대되고 있다.
예를 들어, 체압 센서는 차량의 시트 모듈에 적용되어 운전자 및/또는 동승자의 자세 측정 및 판단 등에 활용될 수 있다. 차량에 탑승한 사람은 비교적 장시간 동안 같은 자세를 취하는 경우가 빈번하며, 탑승자의 자세가 바르지 못한 경우 피로감이 쉽게 생겨 사고 가능성이 높아지거나, 심지어 건강에 위협이 될 수도 있다.
그 외에도 체압 센서는 차량 탑승자의 안전과 관련된 활용이 기대된다. 예를 들어, 운행 중인 차량에서 영유아가 올바른 착석 상태를 갖지 않거나, 운행 중인 차량에서 착석하지 않음으로써 발생하는 안전 문제를 개선하는데 도움이 될 수 있다. 다른 예를 들어, 보호자의 실수로 영유아를 차량 내에 방치한 채로 하차하는 등의 문제를 개선하는 데에도 도움이 될 수 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1080063호 (특허문헌 2) 일본 공개특허공보 제2020-168321호, (특허문헌 3) 일본 공개특허공보 제2019-211273호, (특허문헌 4) 일본 공개특허공보 제2018-112489호, (특허문헌 5) 일본 등록특허공보 제6355180호, (특허문헌 6) 일본 공개특허공보 제2017-176498호
종래의 체압 센서는 주로 고분자 수지 필름 등을 이용한 필름형 체압 센서로 구현되고 있다. 필름형 체압 센서는 대향하는 두개의 전극층으로 고분자 필름 상에 배치된 도전성 전극을 이용한다. 그러나 필름형 체압 센서는 유연성이 높지 않고 필름 소재 자체의 물성으로 인해 사용자에게 이물감을 제공한다. 즉, 필름형 체압 센서는 소정의 유연성으로 벤더블(bendable) 정도의 특성을 가질 수 있으나 이는 원하는 형상대로 변형할 수 있는 수준의 유연성에 미치지 않는다.
특히 사람의 엉덩이 등의 위치와 무게에 따른 압력 프로파일을 측정하고자 하는 체압 센서는 그 측정 대상인 신체의 특성상 굴곡진 신체에 의해 압력이 가해진다. 그러나 필름형 체압 센서는 신체 굴곡에 따라 자유롭게 변형되지 않고 부분적으로 휘어지는 정도에 그치기 때문에 전술한 이물감을 해소하고 있지 못하며 사람이 움직일 때마다 소음이 발생하는 실정이다. 즉, 종래의 필름형 체압 센서는 사용자 친화적(user-friendly)이지 못한 문제가 있다.
이와 같은 이물감 및 소음 문제를 해소하기 위해 차량 시트의 시트 쿠션 하부에 체압 센서를 배치하는 등의 방법으로 제한적으로 상용화를 도모하고 있으나, 이는 센싱 정밀도의 감소를 유발한다. 또, 종래의 필름형 체압 센서를 차량 시트에 적용하는 경우, 필름형 체압 센서는 그 소재로 인해 통풍성 내지는 공기 투과성을 전혀 갖지 못하여 통풍 시트를 제공하지 못하는 문제가 있다.
따라서 위와 같은 필름형 체압 센서에 비해, 섬유로 구성된 섬유형 체압 센서는 위와 같은 문제를 해결할 수 있는 다양한 이점을 가지고 있다. 즉, 섬유형 체압 센서는 종래의 필름형 체압 센서에 비해 현저한 유연성을 가지고 신체의 굴곡에 따라 완전하게 변형 가능하며, 이물감 없이 제품에 임베딩할 수 있는 사용자 친화적인 체압 센서로 제공될 수 있다.
한편, 체압 센서는 그 목적 상, 다른 압력 센서와 달리 압력의 존부 및 압력의 세기뿐 아니라 특정 위치에서의 압력 세기를 측정하고, 이를 기초로 체압의 프로파일을 표현할 것이 요구된다.
이를 위해 일반적으로 체압 센서는 서로 교차하는 상부 도전 패턴과 하부 도전 패턴을 이용하여 격자 내지는 그리드를 형성한다. 체압 프로파일의 해상도를 높이기 위해서는 보다 많은 수의 실물 그리드를 구현해야 한다. 그러나 섬유형 체압 센서는 종래의 필름형 체압 센서에 비해 도전 패턴의 밀집도가 높지 못한 한계가 있다.
또, 체압 프로파일의 해상도를 높이기 위해 많은 수의 도전 패턴들을 구비하고 실물 그리드를 구현할 경우, 측정된 데이터들을 처리하기 위해 매우 높은 사양의 CPU 등을 요구하게 되며, 이는 시트(seat)형 체압 센서의 제조 비용 상승을 야기하여 상용화에 큰 걸림돌로 작용하고 있다.
본 발명의 발명자들은 하기와 같은 점에 착안하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 체압 센서 중에서도, 특정 목적으로 사용되는 체압 센서, 예컨대 차량의 시트(seat)에 적용되는 체압 센서의 경우 일반적으로 압력이 크게 가해지는 위치와 상대적으로 적게 가해지는 위치가 정해져 있고, 이러한 특수성을 고려하여 체압 센서를 설계할 경우 실물 그리드의 개수를 상대적으로 적게 구현하더라도 활용에 충분한 해상도의 체압 프로파일을 생성할 수 있다.
다시 말해서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 섬유로 구현되어 상대적으로 적은 수의 도전 패턴을 형성하는 경우에도 식별 가능한 높은 해상도의 체압 프로파일을 생성할 수 있는 체압 센서를 제공하는 것이다.
동시에 상대적으로 적은 수의 도전 패턴을 구비하여 처리해야 하는 데이터의 양을 최소화함에도 불구하고 식별 가능한 높은 해상도의 체압 프로파일을 생성하고, 제조 비용을 절검할 수 있는 체압 센서를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 상대적으로 적은 수의 도전 패턴의 측정 결과로부터 활용 가능한 정도로 높은 해상도로 체압 프로파일을 생성하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 차량의 시트에 적용된 체압 센서로부터 생성된 체압 프로파일을 활용하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 체압 센서는 액티브 영역 및 비액티브 영역을 갖는 체압 센서로서, 제1 방향으로 연장된 복수의 상부 도전 패턴을 포함하는 상부 도전 패턴층; 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장된 복수의 하부 도전 패턴을 포함하는 하부 도전 패턴층; 상기 상부 도전 패턴과 하부 도전 패턴 사이에 개재되고, 상기 액티브 영역 전체를 커버하는 제1 도전층; 및 상기 상부 도전 패턴과 하부 도전 패턴 사이에 개재되고, 상기 액티브 영역의 일부만을 커버하는 제2 도전층을 포함한다.
상기 하부 도전 패턴에는 스캔 신호가 인가되어 상기 하부 도전 패턴에서 상기 상부 도전 패턴 방향으로 전류가 흐르도록 구성될 수 있다.
또, 상기 복수의 상부 도전 패턴 중 일부는 제1 저항 측정부와 전기적으로 연결되고, 다른 일부는 제2 저항 측정부와 전기적으로 연결될 수 있다.
여기서 상기 제1 저항 측정부와 상기 제2 저항 측정부는, 저항 변화와 압력 간의 상관 관계가 상이하게 정의될 수 있다.
상기 제2 도전층과 중첩하는 상부 도전 패턴들은 상기 제1 저항 측정부와 연결되고, 상기 제2 도전층과 비중첩하는 상부 도전 패턴들은 상기 제2 저항 측정부와 연결될 수 있다.
또, 상기 체압 센서는 상기 상부 도전 패턴 측으로부터 압력이 가해지도록 구성되고, 상기 상부 도전 패턴의 폭은 상기 하부 도전 패턴의 폭 보다 클 수 있다.
상기 제1 방향으로 가로지르는 가상의 선을 기준으로 상기 체압 센서의 액티브 영역은 제1 액티브 영역과 제2 액티브 영역으로 분할되고, 상기 제2 도전층은 상기 제1 액티브 영역 내에만 위치할 수 있다.
상기 제2 액티브 영역은 상기 제1 액티브 영역의 상기 제2 방향 일측에 위치하고, 사용자는 상기 제2 방향의 상기 일측 방향을 바라보고 착석하도록 구성될 수 있다.
상기 체압 센서는 상기 상부 도전 패턴 측으로부터 압력이 가해지도록 구성되고, 상기 제1 도전층의 평면상 면적은 상기 제2 도전층의 평면상 면적 보다 클 수 있다.
또, 상기 제2 도전층은 상기 상부 도전 패턴층과 상기 제1 도전층 사이에 배치될 수 있다.
상기 제1 방향으로 가로지르는 가상의 선을 기준으로 상기 체압 센서의 액티브 영역은 제1 액티브 영역과 제2 액티브 영역으로 분할되고, 상기 체압 센서는, 상기 제2 액티브 영역 내에서 상기 제1 도전층 상에 배치되는 제1 스페이서를 더 포함할 수 있다.
이 때 상기 제1 스페이서는 상기 제2 도전층과 평면 방향으로 중첩할 수 있다.
상기 제1 스페이서는 상기 상부 도전 패턴 및 상기 하부 도전 패턴과 비중첩한 위치에 배치될 수 있다.
또, 상기 제1 스페이서의 두께는 상기 제2 도전층의 두께 보다 클 수 있다.
상기 제1 방향으로 절개한 단면에서, 상기 제1 스페이서는, 상대적으로 중앙부에 위치한 인접한 하부 도전 패턴 사이에 배치되되, 상대적으로 가장자리부에 위치한 인접한 하부 도전 패턴 사이에 배치되지 않을 수 있다.
몇몇 실시예에서, 상기 액티브 영역을 둘러싸는 상기 비액티브 영역 중 더미 영역 내에서, 상기 제1 도전층 상에 배치되는 제2 스페이서를 더 포함할 수 있다.
이 경우 상기 제2 스페이서의 두께는 상기 제1 스페이서의 두께 보다 클 수 있다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 체압 프로파일의 생성 방법은, 제1 방향으로 연장된 복수의 제1 도전 패턴, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장된 복수의 제2 도전 패턴 및 그 사이에 개재된 하나 이상의 도전층을 포함하는 체압 센서를 이용하여 체압 프로파일을 생성하는 방법이다.
상기 방법은 서로 교차하는 상기 제1 도전 패턴과 상기 제2 도전 패턴의 교차 영역에 의해 정의되는 제1 그리드 셀을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서 상기 제1 그리드 셀을 생성하는 단계는, 상기 제1 도전 패턴과 상기 제2 도전 패턴을 따라 흐르는 전류의 저항 변화에 기초하여 수행될 수 있다.
또, 상기 복수의 제1 도전 패턴 중 적어도 일부는 제1 액티브 영역 내에 위치하고, 다른 일부는 제2 액티브 영역 내에 위치할 수 있다.
상기 제1 액티브 영역 내의 제1 그리드 셀을 생성하는 단계와, 상기 제2 액티브 영역 내의 제2 그리드 셀을 생성하는 단계에서, 저항 변화와 압력 간의 상관 관계는 상이하게 정의될 수 있다.
상기 제1 그리드 셀을 생성하는 단계 후에, 상기 제1 도전 패턴과 상기 제2 도전 패턴 중 오직 어느 하나와 중첩하고, 상기 제1 방향으로 이격된 복수의 제1 그리드 셀 사이, 또는 상기 제2 방향으로 이격된 복수의 제1 그리드 셀 사이에 위치하는 하나 이상의 제2 그리드 셀을 생성하는 단계; 및 상기 제1 도전 패턴 및 상기 제2 도전 패턴과 비중첩하고, 상기 제2 그리드 셀과 상기 제1 방향 또는 상기 제2 방향으로 인접한 위치의 제3 그리드 셀을 생성하는 단계를 순차적으로 더 포함할 수 있다.
이 때 상기 제2 그리드 셀을 생성하는 단계는, 서로 제1 방향으로 인접한 두개의 제1 그리드 셀의 정보, 또는 서로 제2 방향으로 인접한 두개의 제2 그리드 셀의 정보를 기초로 생성될 수 있다.
또, 상기 제3 그리드 셀을 생성하는 단계는, 상기 제3 그리드 셀과 상기 제1 방향으로 인접한 제2 그리드 셀, 및 상기 제2 방향으로 인접한 제2 그리드 셀의 정보를 기초로 생성될 수 있다.
상기 또 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 체압 프로파일 정보의 활용 방법은, 차량 내 탑승자의 좌우 방향과 평행한 제1 방향 및 전후 방향과 평행한 제2 방향을 갖는 그리드에 기초하여 생성된 체압 프로파일 정보의 활용 방법이다.
상기 프로파일을 상기 제1 방향으로 가로지르는 가상의 기준선을 기준으로, 상기 제2 방향 일측의 압력의 합이 상기 제2 방향 타측의 압력의 합 보다 작고, 동시에 상기 프로파일을 상기 제2 방향으로 가로지르는 가상의 기준선을 기준으로, 상기 제1 방향 일측의 압력의 합과 상기 제1 방향 타측의 압력의 합의 차이가 소정의 범위 내에 있을 경우, 사람이 탑승한 것으로 판단할 수 있다.
또, 그렇지 않은 경우 사물이 놓인 것으로 판단할 수 있다.
만일 사람이 탑승한 것으로 판단되는 경우, 상기 체압 프로파일 전체의 압력의 합, 및 체압 프로파일의 각 그리드 셀의 압력 밀도 정보를 기초로, 탑승자의 성별과 연령을 판단할 수 있다.
만일 상기 탑승자가 영유아로 판단되고, 상기 차량이 운행 중인 경우, 소정의 시간 동안 압력이 감지되지 않을 경우 알람을 제공할 수 있다.
또한 사람이 탑승한 것으로 판단되고, 차량이 운행 중이며, 상기 제2 방향 일측의 압력의 합과 상기 제2 방향 타측의 압력의 합의 차이가 소정 범위를 벗어나는 경우, 차량 시트에 내장되어 수축 및 팽창 가능하게 구성된 에어 팩을 이용하여 상기 차량 시트의 대퇴부 받침부를 팽창시켜, 상기 제2 방향 일측의 압력의 합과 상기 제2 방향 타측의 압력의 합의 차이가 소정 범위 내에 있도록 제어할 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 체압 센서의 액티브 영역 중, 상대적으로 높은 압력이 가해지는 위치에 복수의 도전층을 배치하되, 일부 영역과 다른 영역에서의 저항 측정부를 별도로 구비하고, 각 저항 측정부에서 저항 변화와 압력 간의 상관 관계를 상이하게 정의하여 처리해야하는 데이터의 양, 예컨대 압력 레벨 구간의 수를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 체압 센서가 적용된 차량 시트의 모식도이다.
도 2는 도 1의 체압 센서의 분해사시도이다.
도 3은 도 2의 체압 센서의 평면 레이아웃이다.
도 4는 도 2의 상부 도전 패턴층의 직조 상태를 나타낸 모식도이다.
도 5는 도 2의 하부 도전 패턴층의 직조 상태를 나타낸 모식도이다.
도 6은 도 3의 제1 액티브 영역을 제1 방향으로 절개한 단면도이다.
도 7은 도 3의 제2 액티브 영역을 제1 방향으로 절개한 단면도이다.
도 8은 도 3의 액티브 영역을 제2 방향으로 절개한 단면도이다.
도 9는 도 2의 체압 센서를 이용하여 측정된 정보를 기초로 그리드 셀을 생성하는 과정을 설명하기 위한 모식도이다.
도 10은 도 9의 방법에 따라 생성된 그리드 셀에 기초하여 체압 프로파일을 생성하는 과정을 설명하기 위한 모식도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 체압 센서의 평면 레이아웃이다.
도 12는 도 11의 체압 센서를 제1 방향으로 절개한 단면도이다.
도 13은 도 11의 체압 센서를 제2 방향으로 절개한 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 즉, 본 발명이 제시하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도면에 도시된 구성요소의 크기, 두께, 폭, 길이 등은 설명의 편의 및 명확성을 위해 과장 또는 축소될 수 있으므로 본 발명이 도시된 형태로 제한되는 것은 아니다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
공간적으로 상대적인 용어인 '위(above)', '상부(upper)', ‘상(on)’, '아래(below)', '아래(beneath)', '하부(lower)' 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 '아래(below 또는 beneath)'로 기술된 소자는 다른 소자의 '위(above)'에 놓일 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 '아래'는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다.
본 명세서에서, '및/또는'은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. '내지'를 사용하여 나타낸 수치 범위는 그 앞과 뒤에 기재된 값을 각각 하한과 상한으로서 포함하는 수치 범위를 나타낸다. '약' 또는 '대략'은 그 뒤에 기재된 값 또는 수치 범위의 20% 이내의 값 또는 수치 범위를 의미한다.
또, 본 명세서에서, 제1 방향(X)은 평면 내 임의의 방향을 의미하고, 제2 방향(Y)은 상기 평면 내에서 제1 방향(X)과 교차하는 다른 방향을 의미한다. 또, 제3 방향(Z)은 상기 평면과 수직한 방향을 의미한다. 다르게 정의되지 않는 한, '평면'은 제1 방향(X)과 제2 방향(Y)이 속하는 평면을 의미한다. 또, 다르게 정의되지 않는 한, '중첩'은 상기 평면 시점에서 구성요소들이 제3 방향(Z)으로 중첩하는 것을 의미한다.
본 명세서에서 다르게 정의되지 않는 한, 용어 '섬유(fiber)' 또는 '실(thread)' 또는 '사(thread)'는 천연 또는 인조의 선상(線狀) 물체를 통칭하며, 한가닥의 단섬유(單纖維)인 필라멘트(filament), 또는 복수의 필라멘트가 서로 꼬인 얀(yarn) 내지는 합사(合絲)을 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
또, 다르게 정의되지 않는 한 용어 '전도사(conductive fiber) 또는 도전사'는 전기 전도성을 갖는 섬유를 통칭하며, 전도성 섬유들만의 합사, 또는 도전사와 비도전사(non-conductive fiber)의 합사, 또는 전도성 물질로 도금된 비도전사 등을 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
본 명세서에서, 체압 센서의 액티브 영역은 도전 패턴들에 의해 압력이 가해지는 위치를 센싱할 수 있는 가상의 격자 내지는 그리드가 정의된 공간을 의미한다. 즉, 액티브 영역은 체압 센서에서 압력을 감지할 수 있는 공간 위치를 의미한다.
반면 비액티브 영역은 압력의 센싱을 위한 도전 패턴들 중 하나 이상이 존재하지 않으며, 해당 위치에 압력이 가해지더라도 압력의 세기 및/또는 압력이 가해진 위치를 추출할 수 없는 영역을 의미한다. 즉, 비액티브 영역은 액티브 영역 외의 영역을 의미하며, 일반적으로, 평면 시점에서, 비액티브 영역은 액티브 영역을 둘러싸는 형상일 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 체압 센서가 적용된 차량 시트의 모식도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 체압 센서(11, 20)는 차량의 시트(31, 32)(seat) 내부에 임베딩될 수 있다. 즉, 체압 센서(11, 20)는 차량 시트용 체압 센서일 수 있다. 도면으로 표현하지 않았으나, 차량의 시트(31, 32)는 시트 프레임, 시트 쿠션 및 시트 커버 등을 포함할 수 있다. 이 경우 체압 센서(11, 20)는 시트 쿠션과 시트 커버 사이에 배치될 수 있다.
체압 센서(11, 20)가 차량의 시트(31, 32)에 적용될 경우, 체압 센서(11, 20)는 고유한 방향성을 가질 수 있다. 이는 일반적인 차량 내 탑승자의 탑승 방법, 탑승자의 습관, 사람 신체의 구조적 특성 등에 기인한 것으로, 예컨대 탑승자의 전후 방향 및/또는 좌우 방향에 따른 특성일 수 있다. 본 발명의 발명자들은 이러한 특성에 착안하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 이에 대해서는 도 2 등과 함께 후술한다.
도 1은 차량의 시트(31, 32)가 엉덩이 받침부(31) 및 등받이부(32)를 포함하고, 엉덩이 받침부(31)에는 제1 체압 센서(11)가 배치되며, 등받이부(32)에는 제2 체압 센서(20)가 배치된 경우를 예시한다. 이하에서, 시트(31, 32)의 엉덩이 받침부(31)에 내장된 제1 체압 센서(11)를 예로 하여 설명하며, 등받이부(32)에 내장된 제2 체압 센서(20)는 제1 체압 센서(11)와 동일하거나 유사할 수 있다.
도 2는 도 1의 체압 센서, 예컨대 제1 체압 센서의 분해사시도이다. 도 3은 도 2의 체압 센서의 평면 레이아웃이다. 도 4는 도 2의 상부 도전 패턴층의 직조 상태를 나타낸 모식도이다. 도 5는 도 2의 하부 도전 패턴층의 직조 상태를 나타낸 모식도이다. 도 6은 도 3의 제1 액티브 영역을 제1 방향으로 절개한 단면도이다. 도 7은 도 3의 제2 액티브 영역을 제1 방향으로 절개한 단면도이다. 도 8은 도 3의 액티브 영역을 제2 방향으로 절개한 단면도이다.
도 2 내지 도 8을 더 참조하면, 본 실시예에 따른 체압 센서(11)는 상부 도전 패턴층(100)(또는 제1 도전 패턴층), 하부 도전 패턴층(200)(또는 제2 도전 패턴층) 및 그 사이에 개재된 하나 이상의 도전층들(300, 400)을 포함할 수 있다.
상부 도전 패턴층(100)과 하부 도전 패턴층(200)은 서로 이격 대향할 수 있다. 상부 도전 패턴층(100)은 복수의 상부 도전 패턴들(101)(또는 제1 도전 패턴들)을 포함하고, 하부 도전 패턴층(200)은 복수의 하부 도전 패턴들(201)(또는 제2 도전 패턴들)을 포함할 수 있다. 상부 도전 패턴들(101)과 하부 도전 패턴들(201)은 서로 교차하는 방향으로 연장되되, 적어도 부분적으로 제3 방향(Z)으로 서로 대향할 수 있다.
또, 상부 도전 패턴층(100)은 상부 도전 패턴들(101)이 형성되지 않은 상부 비도전 영역(102)을 가지고, 하부 도전 패턴층(200)은 하부 도전 패턴들(201)이 형성되지 않은 하부 비도전 영역(202)을 가질 수 있다.
상부 도전 패턴들(101)은 제1 방향(X)으로 연장된 스트라이프 형상의 복수의 도전 패턴들을 포함할 수 있다. 도 2는 상부 도전 패턴들(101)이 제2 방향(Y)으로 이격되어 8개 배치된 경우를 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상부 도전 패턴들(101)은 제1 상부 도전 패턴(110), 제2 상부 도전 패턴(120), 제3 상부 도전 패턴(130), 제4 상부 도전 패턴(140), 제5 상부 도전 패턴(150), 제6 상부 도전 패턴(160), 제7 상부 도전 패턴(170) 및 제8 상부 도전 패턴(180)을 포함할 수 있다. 각 상부 도전 패턴들(101)은 제1 방향(X)으로 대략 평행하게 연장된 형상이고, 인접한 상부 도전 패턴들(101) 사이에는 전술한 상부 비도전 영역(102)이 위치할 수 있다.
마찬가지로 하부 도전 패턴들(201)은 제2 방향(Y)으로 연장된 스트라이프 형상의 복수의 도전 패턴들을 포함할 수 있다. 도 2는 하부 도전 패턴들(201)이 제1 방향(X)으로 이격되어 8개 배치된 경우를 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 하부 도전 패턴들(201)은 제1 하부 도전 패턴(210), 제2 하부 도전 패턴(220), 제3 하부 도전 패턴(230), 제4 하부 도전 패턴(240), 제5 하부 도전 패턴(250), 제6 하부 도전 패턴(260), 제7 하부 도전 패턴(270) 및 제8 하부 도전 패턴(280)을 포함할 수 있다. 각 하부 도전 패턴들(201)은 제2 방향(Y)으로 대략 평행하게 연장된 형상이고, 인접한 하부 도전 패턴들(201) 사이에는 전술한 하부 비도전 영역(202)이 위치할 수 있다.
전술한 바와 같이 상부 도전 패턴들(101)과 하부 도전 패턴들(201)이 각각 8개씩 구비된 경우, 이들이 교차하는 교차 영역은 총 64개 형성될 수 있다. 64개의 교차 영역이 위치하는 평면상 영역, 또는 후술할 제1 도전층(300)이 위치하는 영역은 액티브 영역(A1, A2)으로 정의될 수 있다. 또, 액티브 영역(A1, A2) 중 제2 방향(Y) 일측, 예컨대 도 3의 상측은 제1 액티브 영역(A1)으로 정의되고, 제2 방향(Y) 타측, 예컨대 도 3의 하측은 제2 액티브 영역(A2)으로 정의될 수 있다. 이에 대해서는 상세하게 후술한다. 도면 부호로 표현하지 않았으나, 평면 시점에서 액티브 영역(A1, A2)을 둘러싸는 영역은 비액티브 영역으로 정의될 수 있다.
상부 도전 패턴층(100)과 하부 도전 패턴층(200)은 각각 섬유의 직조물, 즉 섬유일 수 있다.
구체적으로, 상부 도전 패턴층(100)은 제1 방향(X)으로 연장된 제1-1 섬유(100a)와 제2 방향(Y)으로 연장된 제1-2 섬유(100b)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1-1 섬유(100a)는 경사(warp)이고, 제1-2 섬유(100b)는 위사(weft)일 수 있으나 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
제1-1 섬유(100a)는 제1-1 도전사(101a)와 제1-1 비도전사(102a)를 포함할 수 있다. 제1-1 도전사(101a)는 상부 도전 패턴들(101)을 형성하고, 제1-1 비도전사(102a)는 상부 비도전 영역(102)을 형성할 수 있다. 즉, 제1-1 도전사(101a)는 제1 방향(X)을 따라 연장되며 제1 방향(X)을 따라 연장된 상부 도전 패턴들(101)을 형성할 수 있다. 또, 제1-1 비도전사(102a)는 제1 방향(X)을 따라 연장되며 제1 방향(X)을 따라 연장된 상부 비도전 영역(102)을 형성할 수 있다.
반면, 제1-2 섬유(100b)는 비도전사 만으로 구성될 수 있다. 즉, 제2 방향(Y)을 따라 연장된 제1-2 섬유(100b)는 도전성을 실질적으로 갖지 않고, 전술한 제1-1 도전사(101a) 및 제1-1 비도전사(102a)를 한 올씩 교차할 수 있다. 이를 통해 제1-1 섬유(100a)와 제1-2 섬유(100b)는 서로 교차하며 직조물을 형성할 수 있다. 제1-2 섬유(100b)는 실질적으로 도전성을 갖지 않기 때문에 상부 도전 패턴층(100)이 제1 방향(X)으로 연장된 상부 도전 패턴들(101)을 갖도록 할 수 있고, 서로 제2 방향(Y)으로 이격된 복수의 상부 도전 패턴들(101)이 서로 도통되지 않도록 할 수 있다.
마찬가지로, 하부 도전 패턴층(200)은 제1 방향(X)으로 연장된 제2-1 섬유(200a)와 제2 방향(Y)으로 연장된 제2-2 섬유(200b)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2-1 섬유(200a)는 경사(warp)이고, 제2-2 섬유(200b)는 위사(weft)일 수 있으나 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
제2-1 섬유(200a)는 비도전사 만으로 구성될 수 있다. 즉, 제1 방향(X)을 따라 연장된 제2-1 섬유(200a)는 도전성을 실질적으로 갖지 않고, 후술할 제2-2 도전사(201b) 및 제2-2 비도전사(202b)를 한 올씩 교차할 수 있다. 이를 통해 제2-1 섬유(200a)와 제2-2 섬유(200b)는 서로 교차하며 직조물을 형성할 수 있다. 제2-1 섬유(200a)는 실질적으로 도전성을 갖지 않기 때문에 하부 도전 패턴층(200)이 제2 방향(Y)으로 연장된 하부 도전 패턴들(201)을 갖도록 할 수 있고, 서로 제1 방향(X)으로 이격된 복수의 하부 도전 패턴들(201)이 서로 도통되지 않도록 할 수 있다.
반면, 제2-2 섬유(200b)는 제2-2 도전사(201b)와 제2-2 비도전사(202b)를 포함할 수 있다. 제2-2 도전사(201b)는 하부 도전 패턴들(201)을 형성하고, 제2-2 비도전사(202b)는 하부 비도전 영역(202)을 형성할 수 있다. 즉, 제2-2 도전사(201b)는 제2 방향(Y)을 따라 연장되며 제2 방향(Y)을 따라 연장된 하부 도전 패턴들(201)을 형성할 수 있다. 또, 제2-2 비도전사(202b)는 제2 방향(Y)을 따라 연장되며 제2 방향(Y)을 따라 연장된 하부 비도전 영역(202)을 형성할 수 있다.
전술한 제1-1 도전사(101a), 제1-1 비도전사(102a), 제1-2 섬유(100b), 제2-1 섬유(200a), 제2-2 도전사(201b) 및 제2-2 비도전사(202b)는 각각 단섬유인 필라멘트 또는 복수의 필라멘트가 서로 꼬인 얀으로 구현될 수 있다.
제1-1 도전사(101a)와 제2-2 도전사(201b)를 구성하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 금속을 얇게 뽑아낸 금속사, 합성 섬유 등을 얇게 뽑아낸 필라멘트 또는 얀의 표면에 도전성 물질을 코팅 내지는 도금한 도금사, 합성 섬유 등을 중심으로 도전성을 갖는 섬유를 휘감은 커버링사, 및/또는 도전사와 비도전사를 서로 꼬은 얀 등을 이용할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 제1-1 도전사(101a)와 제2-2 도전사(201b)는 각각 리에틸렌테레프탈레이트(PET), 나일론(nylon) 또는 폴리우레탄(PU)계 합성 섬유에 은(Ag)을 도금한 은 도금사일 수 있다. 이에 대해서는 후술한다.
또, 도 4 및 도 5는 제1-1 섬유(100a)와 제1-2 섬유(100b), 그리고 제2-1 섬유(200a)와 제2-2 섬유(200b)가 한 올씩 교차하는 평직(plain weave)을 예로 하여 설명하고 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 다른 실시예에서, 섬유들은 능자직(사문직, twill weave), 주자직(수자직, satin weave), 사직(紗織), 또는 그 외의 공지된 직조 방법을 통해 직조될 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 상부 도전 패턴층(100)과 하부 도전 패턴층(200)은 서로 상이한 물성을 가질 수 있다. 상부 도전 패턴층(100)은 차량 탑승자의 엉덩이에 의해 상부로부터 압력을 직접 받는 층인 반면, 하부 도전 패턴층(200)은 그렇지 않기 때문일 수 있다. 이에 대해서는 후술한다.
본 실시예에 따른 체압 센서(11)의 상부 도전 패턴층(100)과 하부 도전 패턴층(200)은 각각 경사와 위사 중 어느 하나는 도전사를 부분적으로 포함하여 직조하되, 다른 하나는 비도전사만으로 구성하여 상대적으로 용이한 방법으로 섬유형 도전 패턴층을 형성할 수 있다. 이에 따라 상부 도전 패턴층(100) 및 하부 도전 패턴층(200)은 각각 상면과 하면이 모두 도전성을 가질 수 있다. 구체적으로, 상부 도전 패턴층(100)의 상부 도전 패턴들(101) 부분의 상면과 하면, 그리고 하부 도전 패턴층(200)의 하부 도전 패턴들(201) 부분의 상면과 하면은 모두 도전성을 나타낼 수 있다.
종래의 압력 센서는 합성 수지 등의 베이스 필름 상에 코팅 내지는 인쇄 등의 방법으로 도전성 패턴을 형성하였다. 그러나 전술한 바와 같이 이러한 필름형 압력 센서는 베이스 필름으로 인해 충분한 유연성을 갖지 못하는 실정이었다.
특히 체압 센서는 다른 목적의 압력 센서와 달리, 그 목적 상 필연적으로 인간의 신체와 접촉되어 사용되기 때문에 고려되어야 하는 요소가 상당하며 그 중 하나는 사용자 친화적(user-friendly) 설계이다.
예를 들어, 체압 센서는 굴곡진 신체에 의해 가압되기 때문에 완전한 정도로 자유로운 유연성(flexibility)이 요구된다. 그러나 위와 같은 필름형 체압 센서는 부분적으로 휘어지는 정도에 불과하기 때문에, 위치 변위를 유지하려는 경향이 강하고, 역설적으로 작은 압력에도 신호를 센싱할 수 있는 장점이 있는 반면, 차량 시트 모듈 등에 임베딩될 경우 사용자에게 빳빳한 이물감을 제공하고 사용자의 움직임에 따라 소음이 발생하였다. 다른 예를 들어 필름형 체압 센서는 공기 투과성을 갖지 않기 때문에 전혀 통기가 되지 않고, 종래의 통풍 시트 모듈 등과 접목되기 곤란한 문제가 있었다.
본 실시예에 따른 섬유형 체압 센서(11)는 전극 기능을 갖는 상부 도전 패턴들(101)과 하부 도전 패턴들(201)을 포함하는 상부 도전 패턴층(100) 및 하부 도전 패턴층(200), 그리고 후술할 제1 도전층(300)과 제2 도전층(400)을 모두 섬유의 직조물로 구성하여 위와 같은 문제를 해결할 수 있다. 즉, 체압 센서(11)의 구성요소들을 실질적으로 모두 섬유로 형성하여 이물과 소음을 방지하고 충분한 공기 투과도를 갖도록 함으로써 사용자 친화적이고 종래 기술과 어우러질 수 있는 차량 시트 모듈을 제공할 수 있다.
한편, 상부 도전 패턴층(100)과 하부 도전 패턴층(200) 사이에는 하나 이상의 도전층들(300, 400)이 배치될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 상부 도전 패턴층(100)과 하부 도전 패턴층(200) 사이에는 제1 도전층(300) 및 제2 도전층(400)이 개재될 수 있다. 제1 도전층(300) 및 제2 도전층(400)은 모두 섬유의 직조물일 수 있다. 즉, 도면으로 표현하지 않았으나 제1 도전층(300) 제2 도전층(400)은 각각 위사 및 경사의 직조물이되, 위사 및 경사는 실질적으로 도전사만으로 구성되거나, 적어도 도전사를 포함할 수 있다. 제1 도전층(300)과 제2 도전층(400)의 도전사들은 단섬유인 필라멘트, 또는 복수의 필라멘트가 서로 꼬인 얀으로 구현될 수 있다. 도전사를 구성하는 방법에 대해서는 전술한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.
몇몇 실시예에서, 제1 도전층(300)과 제2 도전층(400) 중 적어도 하나 이상의 도전사는 구리 도금사일 수 있다. 후술할 바와 같이 제1 도전층(300) 및/또는 제2 도전층(400)은 전류의 경로를 제공할 수 있다. 특히 본 실시예와 같이 저항식 압력 센서를 기초로 하되, 필름 상에 배치된 전극 패턴을 이용하는 것이 아니라 섬유 자체가 도전성을 갖도록 할 경우 각 구성요소들의 저항과 도전성을 제어하는 것이 정밀한 압력 측정 및 체압 프로파일 생성에 중요한 요소가 될 수 있다.
압력을 감지하기 위한 전류 신호가 인가되거나, 전류 변화를 측정하는 상부 도전 패턴층(100)과 하부 도전 패턴층(200)은 상대적으로 전기 전도도가 높은 은 도금사로 구성하되, 그 사이에 개재되어 눌린 정도, 두께, 접촉 면적 등에 따라 직접적인 저항 변화를 유발하는 제1 도전층(300) 및 제2 도전층(400)은 상대적으로 전기 전도도가 낮고 저항이 높은 구리 도금사로 구성하여 보다 높은 압력 센싱을 수행할 수 있다.
전술한 바와 같이 서로 교차하여 대략 격자 형상을 이루는 상부 도전 패턴들(101)과 하부 도전 패턴들(201), 그리고 이들이 교차하는 위치에 중첩 배치된 제1 도전층(300) 및/또는 제2 도전층(400)은 전류의 흐름 경로를 제공할 수 있다. 이를 기초로 체압 센서(11)의 압력이 가해진 평면상 위치 내지는 좌표와, 그 위치에서의 압력의 세기를 측정할 수 있다.
예를 들어, 어느 위치에서 압력이 가해질 경우, 제1 도전층(300) 및/또는 제2 도전층(400)은 적어도 부분적으로 휘어지거나, 압축되거나, 또는 밀착되며 상부 도전 패턴들(101) 및 하부 도전 패턴들(201)과 접촉할 수 있다. 이 경우 전류의 흐름에 있어서 저항은 상대적으로 낮게 측정될 수 있다.
다른 예를 들어, 압력이 가해지지 않은 위치에서 제1 도전층(300) 및/또는 제2 도전층(400)은 상부 도전 패턴들(101) 및 하부 도전 패턴들(201)과 접촉하지 않거나, 또는 접촉 면적이 작아 전류가 흐르지 않거나, 흐르더라도 그 전류의 양이 극히 작을 수 있다. 이 경우 전류의 흐름에 있어서 저항은 상대적으로 높게 측정될 수 있다.
또 다른 예를 들어, 다른 어느 위치에 약한 정도의 압력이 가해질 경우 제1 도전층(300) 및/또는 제2 도전층(400)은 상부 도전 패턴들(101) 및 하부 도전 패턴들(201)과 맞닿는 면적이 충분하지 않을 수 있고, 전술한 압력이 가해지지 않은 위치에서 보다는 낮은 저항이 측정되되, 높은 압력이 가해진 위치에서 보다는 높은 저항이 측정될 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따른 체압 센서(11)는 평면상 위치 별로 가해지는 압력의 정도에 따라 전류의 흐르는 양 내지는 저항 변화를 유발할 수 있고, 이를 기초로 하여 평면상 위치 별 체압 내지는 압력이 가해지는 프로파일을 표현할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 상부 도전 패턴층(100) 및/또는 하부 도전 패턴층(200)의 두께는 제1 도전층(300) 및 제2 도전층(400)의 두께 보다 클 수 있다. 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니나, 상부 도전 패턴층(100)과 하부 도전 패턴층(200)은 각각 체압 센서(11)의 최외곽 측을 형성할 수 있다. 만일 상부 도전 패턴층(100)과 하부 도전 패턴층(200)이 충분한 두께를 갖지 않을 경우, 체압 센서(11)의 형상을 유지하지 못하고 지나치게 부드럽거나, 또는 지나치게 큰 유연성을 가질 수 있다.
한편, 상부 도전 패턴층(100)의 장력, 특히 제1-1 도전사(101a)의 장력은 하부 도전 패턴층(200)의 장력, 특히 제2-2 도전사(201b)의 장력 보다 클 수 있다. 체압 센서(11)에 가해지는 압력은 상부 측, 즉 상부 도전 패턴층(100) 측으로부터 가해질 수 있다. 따라서 상부 도전 패턴층(100)의 물성은 하부 도전 패턴층(200)의 물성에 비해 압력 센싱의 정밀도 및 민감도에 큰 영향을 줄 수 있다. 만일 상부 도전 패턴층(100)의 장력이 충분하지 않을 경우 상부 도전 패턴층(100)의 자중에 의한 의도치 않은 전류의 흐름을 형성할 수 있다.
또, 전술한 바와 같이 제1 도전층(300)과 제2 도전층(400)은 전류의 흐름 경로 형성 및 저항 변화에 직접적으로 기여하는 부분이며, 따라서 제1 도전층(300) 및/또는 제2 도전층(400)의 장력, 특히 이들의 도전사의 장력은 상부 도전 패턴층(100)의 제1-1 도전사(101a)의 장력 보다 클 수 있다. 제1-1 도전사(101a) 및 제2-2 도전사(201b)는 은 도금사를 이용하고, 제1 도전층(300) 및 제2 도전층(400)의 도전사는 구리 도금사를 이용할 수 있음은 전술한 바와 같다.
또, 상부 도전 패턴층(100)의 제1-1 도전사(101a)의 코어 섬유, 제1-1 비도전사(102a) 및/또는 제1-2 섬유(100b)는 상대적으로 신축성이 약한 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함하여 이루어질 수 있다. 또, 제1 도전층(300) 및 제2 도전층(400)의 도전사들의 코어 섬유도 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함하여 이루어질 수 있다.
반면 하부 도전 패턴층(200)의 제2-2 도전사(201b)의 코어 섬유, 제2-2 비도전사(202b) 및/또는 제2-1 섬유(200a)는 상대적으로 신축성이 강한 나일론 또는 폴리우레탄을 포함하여 이루어질 수 있다.
즉, 상부 도전 패턴층(100)은 폴리에틸렌테레프탈레이트와 은을 이용하여 형성하고, 제1 도전층(300) 및 제2 도전층(400)은 폴리에틸렌테레프탈레이트와 구리를 이용하여 형성하고, 하부 도전 패턴층(200)은 나일론 또는 폴리우레탄과 은을 이용하여 형성함으로써 전술한 물성 등을 만족시킬 수 있다.
한편, 상부 도전 패턴들(101)은 복수의 저항 측정부들(510, 520)과 전기적으로 연결되고, 하부 도전 패턴들(201)은 스캔 구동부(600)와 전기적으로 연결될 수 있다. 도면으로 표현하지 않았으나, 저항 측정부들(510, 520) 및 스캔 구동부(600)는 서로 간의 구동 타이밍을 제어하기 위한 구성요소 등을 더 포함하고, 서로 간에 전기적 신호를 주고 받을 수 있다.
예시적인 실시예에서, 하부 도전 패턴들(201)은 스캔 신호가 인가되고, 하부 도전 패턴들(201), 도전층들(300, 400) 및 상부 도전 패턴들(101)을 따라 순차적으로 전류가 흐를 수 있다. 상부 도전 패턴들(101)은 저항 측정부들(510, 520)을 통해 전류의 크기 및/또는 저항의 변화를 측정하도록 구성될 수 있다. 본 명세서에서, 스캔 신호는 하나의 프레임 동안 이격된 복수의 도전 패턴 내지는 도전 라인으로 순차적 및 반복적으로 전류를 흘려 보내는 신호를 의미한다.
즉, 제1 방향(X)으로 이격된 복수의 하부 도전 패턴들(201)에는 하나의 프레임 동안, 순차적으로 스캔 신호가 인가될 수 있다. 하나의 프레임을 0.8초라고 가정할 경우, 0초에서 0.1초 구간에는 제1 하부 도전 패턴(210)에 신호가 인가되고, 0.1초에서 0.2초 구간에는 제2 하부 도전 패턴(220)에 신호가 인가되고, 마찬가지로 0.6초에서 0.7초 구간에는 제7 하부 도전 패턴(270)에 신호가 인가되며, 0.7초에서 0.8초 구간에는 제8 하부 도전 패턴(280)에 신호가 인가되는 방식이다. 그리고 0.8초에서 0.9초 구간에는 다시 제1 하부 도전 패턴(210)에 신호가 인가될 수 있다.
이에 따라 시간의 경과와 제2 방향(Y)으로 연장된 하부 도전 패턴들(201)을 매칭할 수 있다. 그리고 해당 순간에 특정 위치에 압력이 가해질 경우 그 위치에 해당하는 상부 도전 패턴들(101)에서 검출되는 전류의 크기 내지는 저항 값을 기초로 압력이 가해지는 위치를 판단할 수 있다.
예컨대 0.2초에서 0.3초 구간에 제3 상부 도전 패턴(130)에서 전류의 흐름이 감지될 경우, 제3 하부 도전 패턴(230)과 제3 상부 도전 패턴(130)이 교차하는 위치에 압력이 가해졌음을 인식하는 등의 방법이다.
전술한 바와 같이, 체압 센서(11)가 차량의 시트에 적용될 경우 체압 센서(11)는 소정의 방향성이 정의될 수 있다. 예를 들어, 차량 시트의 탑승자는 제2 방향(Y)의 일측, 예컨대 도 3의 하측을 향하는 방향을 바라보고 착석할 수 있다.
이 때 스캔 구동부(600)에 의해 스캔 신호가 인가되는 도전 패턴 또는 도전 라인은 제2 방향(Y), 다시 말해서 탑승자가 바라보는 방향과 평행한 방향인 것이 바람직할 수 있다. 그리고 저항 측정부들(510, 520)이 연결되는 도전 패턴 또는 도전 라인은 제1 방향(X), 다시 말해서 탑승자의 좌우 방향과 평행한 것이 바람직할 수 있다.
차량 시트의 탑승자는 그 신체적 구조 내지는 사람에게 편안하고 안락하며, 피로감을 줄일 수 있는 탑승 습관 등에 의해 상대적으로 요추에 가까운 부분, 즉 신체의 배면 내지는 엉덩이 부근, 다시 말해서 탑승자가 바라보는 방향과 반대 방향 부근에 무게 중심이 위치하며 강한 압력이 가해진다. 반면에 탑승자의 대퇴부에 가까운 부분, 즉 신체의 전면 부근, 다시 말해서 탑승자가 바라보는 방향 부근에는 상대적으로 적은 압력이 가해진다.
본 발명의 발명자들은 이러한 차량 시트에 적용되는 체압 센서(11)의 특수성을 고려하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 이를 위해 후술할 바와 같이 보편적으로 강한 압력이 가해지는 부분과 약한 압력이 가해지는 부분의 도전층들(300, 400)의 구조를 다르게 하고, 이들 영역에서의 저항 측정부들(510, 520)을 서로 별개로 구비하는 구성을 채택하였다.
이를 위해 프레임 별 균일한 스캔 신호가 인가되는 도전 패턴, 즉 하부 도전 패턴들(201)을 제2 방향(Y)으로 연장되도록 구성하고, 저항 측정부들(510, 520)과 연결되는 도전 패턴, 즉 상부 도전 패턴들(101)을 제1 방향(X)으로 연장되도록 구성하였다.
한편, 체압 센서(11)를 제1 방향(X)으로 가로지르는 가상의 선을 기준으로, 액티브 영역(A1, A2)은 제1 액티브 영역(A1)과 제2 액티브 영역(A2)으로 분할될 수 있다. 도 2 등은 제1 액티브 영역(A1)과 제2 액티브 영역(A2)의 면적이 실질적으로 동일하거나, 극히 유사한 경우를 예시하고 있으나 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
예시적인 실시예에서, 제1 도전층(300)은 제1 액티브 영역(A1)과 제2 액티브 영역(A2)을 모두 커버하도록, 즉 액티브 영역(A1, A2) 전면적에 걸쳐서 배치될 수 있다. 제1 도전층(300)은 상부 도전 패턴들(101)과 하부 도전 패턴들(201)의 전술한 64개의 교차점 모두와 중첩할 수 있다. 다시 말해서, 액티브 영역(A1, A2)은 상부 도전 패턴들(101), 하부 도전 패턴들(201) 및 제1 도전층(300)이 중첩하는 영역으로 정의될 수도 있다.
반면, 제2 도전층(400)은 액티브 영역(A1, A2) 중 일부만을 커버하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 제2 도전층(400)은 제1 액티브 영역(A1)만을 커버하고, 제2 액티브 영역(A2)과는 비중첩하도록 배치될 수 있다. 다시 말해서, 제2 도전층(400) 및 제1 도전층(300)이 모두 중첩하는 위치는 제1 액티브 영역(A1)으로 정의되고, 제1 도전층(300)이 위치하되 제2 도전층(400)이 위치하지 않는 영역은 제2 액티브 영역(A2)으로 정의될 수 있다. 제2 도전층(400)의 평면상 면적은 제1 도전층(300)의 평면상 면적 보다 작을 수 있다. 도 2 등은 상부 도전 패턴들(101)과 하부 도전 패턴들(201)의 교차점 중 32개와 중첩하고, 나머지 32개와 비중첩한 경우를 예시한다.
또, 제1 액티브 영역(A1) 내의 상부 도전 패턴들(101), 예컨대 제2 도전층(400)과 중첩하는 제1 상부 도전 패턴(110) 내지 제4 상부 도전 패턴(140)은 제1 저항 측정부(510)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또, 제2 액티브 영역(A2) 내의 상부 도전 패턴들(101), 예컨대 제2 도전층(400)과 비중첩하는 제5 상부 도전 패턴(150) 내지 제8 상부 도전 패턴(180)은 제2 저항 측정부(520)와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 2는 제1 저항 측정부(510) 및 제2 저항 측정부(520)와 전기적으로 연결되는 상부 도전 패턴들(101)이 각각 4개씩인 경우를 예시하나, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
제1 액티브 영역(A1)은 전술한 탑승자의 요추에 가까운 부분으로서, 탑승자의 무게 중심이 위치하며 상대적으로 강한 압력이 가해지는 영역에 상응하고, 제2 액티브 영역(A2)은 탑승자의 대퇴부에 가까운 부분으로서, 상대적으로 약한 압력이 가해지는 영역에 상응할 수 있다.
본 실시예에 따른 체압 센서(11)가 액티브 영역(A1, A2)을 제1 액티브 영역(A1)과 제2 액티브 영역(A2)으로 분류하고, 이들의 저항 측정부들(510, 520)을 제1 저항 측정부(510)와 제2 저항 측정부(520)로 구별한 이유는 하기와 같다.
비제한적인 예시로서, 체압 프로파일의 생성을 위한 압력의 단계 내지는 레벨(level)이 10개가 요구되는 경우, 상부 도전 패턴과 하부 도전 패턴을 따라 흐르는 전류의 저항 값의 구간 또한 10개, 또는 그 이상이 요구된다. 이 경우 적어도 10개의 저항 구간(또는 압력 구간)을 정의하여 계산하고 이들의 신호 처리를 위해서 상대적으로 높은 데이터 처리 능력이 요구되는 CPU 등이 필요할 수 있다.
그리고 10개의 저항 구간의 정밀한 분류를 위해 가장 높은 저항 구간, 예컨대 10단계 저항 구간의 상한과 가장 낮은 저항 구간, 예컨대 1단계 저항 구간의 하한이 브로드하게 분포될 필요가 있고, 이는 더 높은 저항 센싱 특성을 요구하게 된다.
그러나 전술한 바와 같이, 차량의 시트, 의자의 시트 등 사람이 앉기 위한 물품에 적용되는 체압 센서(11)의 경우, 통상적인 착석 자세에 의해 요추에 가까운 부분에 많은 무게가 실리고 무게 중심이 위치하게 된다. 따라서 특수한 상황이 아닌 한, 비제한적인 일례로 요추에 가까운 부분에는 1단계 저항 구간 내지 5단계 저항 구간이 적용되고, 대퇴부에 가까운 부분에는 6단계 저항 구간 내지 10단계 저항 구간이 적용된다.
만일 요추에 가까운 부분과 대퇴부에 가까운 부분에 저항 변화에 따른 압력 센싱의 기준 또는 가중치가 동일하게 적용될 경우, 전술한 바와 같이 10단계로 구별되는 구간이 필요하며 많은 신호 처리를 필요로 한다.
이를 해결하기 위해 본 실시예에 따른 체압 센서(11)는 요추에 가까운 부분, 즉 제1 액티브 영역(A1)에서 적용되는 제1 저항 측정부(510)에 의한 저항 변화에 따른 압력 간의 상관 관계와 대퇴부에 가까운 부분, 즉 제2 액티브 영역(A2)에서 적용되는 제2 저항 측정부(520)에 의한 저항 변화에 따른 압력 간의 상관 관계를 상이하게 정의하였다.
이 경우 제1 저항 측정부(510)와 제2 저항 측정부(520)가 각각 5단계의 저항 구간만을 설정하는 경우에도 우수한 체압 프로파일을 생성할 수 있다.
즉, 제1 저항 측정부(510)의 1단계 저항 구간은 제2 저항 측정부(520)의 1단계 저항 구간과 의미가 상이하며, 예를 들어 제1 저항 측정부(510)의 1단계 저항은 제2 저항 측정부(520)의 1단계 저항에 비해 낮은 저항을 의미할 수 있다. 이와 같이 구성할 경우 제1 액티브 영역(A1) 및 제2 액티브 영역(A2) 각각에서의 저항 구간의 개수를 감소시킬 수 있고, 가장 높은 저항 구간, 예컨대 5단계 저항 구간의 상한과 가장 낮은 저항 구간, 예컨대 1단계 저항 구간의 하한 간의 차이를 감소시킬 수 있다.
또한 제1 액티브 영역(A1)에서의 1단계 저항과 제2 액티브 영역(A2)에서의 1단계 저항을 차별화하기 위해 제1 액티브 영역(A1)에는 제2 도전층(400)을 추가로 삽입하였다. 제2 도전층(400)을 추가로 개재할 경우, 그렇지 않은 경우에 비해 전류의 흐름 양이 감소하고 저항이 높게 측정될 수 있다. 그러나 전술한 바와 같이 제1 액티브 영역(A1)에 상응하는 위치에는 제1 액티브 영역(A1)에 비해 기본적으로 높은 압력이 가해지고, 낮은 저항이 측정되기 때문에 제2 도전층(400)을 개재하여 이를 상쇄하고, 결과적으로 제1 액티브 영역(A1)에서의 제1 저항 측정부(510)와 제2 액티브 영역(A2)에서의 제2 저항 측정부(520)에서 측정되는 저항 값은 유사해질 수 있으며, 제1 저항 측정부(510) 및 제2 저항 측정부(520) 각각이 처리하는 데이터의 양과 범위를 좁힐 수 있는 장점이 있다.
한편, 제2 도전층(400)은 제1 도전층(300)과 상부 도전 패턴층(100) 사이에 배치될 수 있다. 전술한 바와 같이 압력은 상부 도전 패턴층(100) 측으로부터 가해질 수 있다. 이 때 제2 도전층(400)을 제1 도전층(300)의 상부에 개재하여 제2 액티브 영역(A2) 내에서 상부 도전 패턴층(100)과 제1 도전층(300) 사이에 이격 공간(V)을 확보할 수 있고, 적어도 제2 액티브 영역(A2) 내에서, 의도치 않은 전류의 흐름이 발생하는 문제를 완화할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 상부 도전 패턴들(101)의 폭(W101)은 하부 도전 패턴들(201)의 폭(W201) 보다 클 수 있다. 본 실시예에 따른 체압 센서(11)는 상부 도전 패턴층(100), 하부 도전 패턴층(200) 및 그 사이에 개재된 제1 도전층(300)과 제2 도전층(400)이 모두 섬유의 직조물로 이루어지고, 압력이 적어도 부분적으로 횡 방향 내지는 수평 방향의 성분을 포함할 경우 쓸림 현상이 발생할 수 있다. 즉, 필름형 체압 센서와 달리 섬유형 체압 센서(11)는 어느 층의 오정렬(miss-align)이 발생할 수 있다. 이 경우 상부 도전 패턴들(101)과 하부 도전 패턴들(201)이 정확한 위치에서 교차하지 않을 수 있다. 그리고 이러한 현상은 탑승자의 신체에 우선적으로 밀착되는 상부 도전 패턴층(100)에서 더 크게 발생할 수 있다. 그러나 도전성 패턴들의 폭이 지나치게 커질 경우 저항이 낮아지고, 정밀한 압력의 분류가 곤란할 수 있다. 따라서 상부 도전 패턴들(101)과 하부 도전 패턴들(201)이 적정한 수준의 폭을 갖도록 하되, 쓸림 현상으로 인해 오정렬이 발생하기 쉬운 상부 도전 패턴들(101)의 폭(W101)만을 상대적으로 크게 하여 위와 같은 오정렬 문제를 완화할 수 있다.
이하, 전술한 실시예에 따른 체압 센서(11)를 이용하여 체압 프로파일을 생성하는 방법에 대해 설명한다. 도 9는 도 2의 체압 센서를 이용하여 측정된 정보를 기초로 그리드 셀을 생성하는 과정을 설명하기 위한 모식도이다. 도 10은 도 9의 방법에 따라 생성된 그리드 셀에 기초하여 체압 프로파일을 생성하는 과정을 설명하기 위한 모식도이다.
도 9 및 도 10을 더 참조하면, 본 실시예에 따른 체압 프로파일을 생성하는 방법은 제1 그리드 셀(GR1)을 생성하는 단계, 제2 그리드 셀(GR2)을 생성하는 단계 및 제3 그리드 셀(GR3)을 생성하는 단계를 순차적으로 포함할 수 있다.
제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)으로 연장된 상부 도전 패턴들(101)과 하부 도전 패턴들(201)은 평면상 대략 그리드를 형성할 수 있다.
이 때 제1 그리드 셀(GR1)은 상부 도전 패턴들(101) 및 하부 도전 패턴들(201)과 모두 중첩하는 영역, 즉 상부 도전 패턴들(101)과 하부 도전 패턴들(201)의 교차 영역 내에 위치한 그리드 셀로 정의될 수 있다.
복수의 제1 그리드 셀(GR1)은 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)을 따라 대략 매트릭스 배열되며, 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)을 따라 실질적으로 동일한 이격 거리를 갖는 지점이 정의될 수 있다.
제1 그리드 셀(GR1)에서 표현되는 압력 프로파일은 전술한 과정을 통해 측정된 저항 변화로부터 계산된 압력 레벨, 즉 실측정 값에 기초하여 도출된 압력 레벨일 수 있다.
한편, 도 9로 표현하지 않았으나, 제1 액티브 영역(A1) 내에서 저항 변화로부터 계산된 제1 그리드 셀(GR1)과 제2 액티브 영역(A2) 내에서 저항 변화로부터 계산된 제1 그리드 셀(GR1)에 있어서, 이들의 저항 변화와 압력 간의 상관 관계는 상이할 수 있음은 전술한 바와 같다.
또 본 단계에서, 제1 액티브 영역(A1) 내의 제1 그리드 셀(GR1)이 표현하는 압력 레벨과 제2 액티브 영역(A2) 내의 제1 그리드 셀(GR1)이 표현하는 압력 레벨이 실질적으로 동일한 경우, 양 위치에는 실질적으로 동일한 정도의 압력이 가해진 것을 의미할 수 있다. 다시 말해서, 제1 액티브 영역(A1)의 어느 위치와 제2 액티브 영역(A2)의 어느 위치에서 실질적으로 동일한 정도의 압력이 가해지는 경우, 전술한 바와 같이 제2 도전층(400)으로 인해 양 위치에서 저항은 다르게 측정될 수 있으나, 제1 저항 측정부(510) 및 제2 저항 측정부(520), 그리고 이들의 제어부에 의해 압력의 레벨은 보정되어 실질적으로 동일한 수준의 압력 프로파일로 표현될 수 있다.
이어서, 제2 그리드 셀(GR2)은 상부 도전 패턴들(101)과 하부 도전 패턴들(201) 중 오직 어느 하나와 중첩한 그리드 셀로 정의될 수 있다. 즉, 제2 그리드 셀(GR2)은 제1 방향(X)으로 인접한 두개의 제1 그리드 셀(GR1)의 사이, 또는 제2 방향(Y)으로 인접한 두개의 제1 그리드 셀(GR1)의 사이에 위치한 그리드 셀로 정의될 수 있다. 도 9 등은 두개의 제1 그리드 셀(GR1) 사이에 두개의 제2 그리드 셀(GR2)이 정의된 경우를 예시한다.
제2 그리드 셀(GR2)에서 표현되는 압력 프로파일은 측정된 저항 변화로부터 계산된 압력 레벨이 아니라, 인접한 제1 그리드 셀(GR1)들의 압력 정보를 기초로 생성되는 값, 즉 추정 값에 기초하여 도출된 압력 레벨일 수 있다.
예를 들어, 제1 방향(X)으로 인접한 두개의 제1 그리드 셀(GR1) 사이에 위치하는 두개의 제2 그리드 셀(GR2)들의 압력 레벨은, 상기 두개의 제1 그리드 셀(GR1)의 압력 레벨의 평균치일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
이어서, 제3 그리드 셀(GR3)은 상부 도전 패턴들(101) 및 하부 도전 패턴들(201)과 비중첩한 위치의 그리드 셀로 정의될 수 있다. 즉, 제3 그리드 셀(GR3)은 제1 그리드 셀(GR1)의 대각 방향에 인접 위치한 그리드 셀일 수 있다. 다시 말해서, 제3 그리드 셀(GR3)의 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)으로 바로 인접한 셀에는 제2 그리드 셀(GR2)이 위치할 수 있다.
제3 그리드 셀(GR3)에서 표현되는 압력 프로파일은 측정된 저항 변화로부터 계산된 압력 레벨이 아니라, 인접한 제2 그리드 셀(GR2)들의 압력 정보를 기초로 생성되는 값, 즉 추정 값에 기초하여 도출된 압력 레벨일 수 있다.
예를 들어, 어느 제3 그리드 셀(GR3)의 압력 레벨은, 제1 방향(X)으로 최인접(most-adjacent)한 제2 그리드 셀(GR2) 및 제2 방향(Y)으로 최인접한 제2 그리드 셀(GR2)의 압력 레벨의 평균치일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
도면으로 표현하지 않았으나, 다른 실시예에서, 제4 그리드 셀을 생성하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 이 경우 제4 그리드 셀은 제3 그리드 셀(GR3)에 의해 둘러싸이는 영역의 그리드 셀을 의미할 수 있다.
섬유형 체압 센서(11)는 종래의 필름형 체압 센서에 비해 낮은 비용으로 사용자 친화적인 설계를 달성할 수 있는 장점이 있으나, 공정의 차이로 인해 상대적으로 낮은 배열 밀도를 가지고, 상대적으로 큰 폭을 갖는 도전 패턴을 형성하는 한계가 있을 수 있다.
그러나 본 실시예와 같이 제1 그리드 셀(GR1)의 압력 레벨은 실측정값에 기초하되, 제2 그리드 셀(GR2), 제3 그리드 셀(GR3) 등은 실측정값을 기초로 정의함으로써 높은 해상도의 체압 프로파일을 생성할 수 있다.
또, 전술한 바와 같이 적어도 시트(seat)를 위한 체압 센서(11)에 있어서, 불필요한 저항 구간과 압력 구간을 최소화할 수 있는 구조적 설계를 통해 제어부에 의한 데이터 처리의 부담을 감소시키고, 대신에, 또는 보충적으로 그리드 셀의 분화를 통해 높은 해상도를 구현함으로써 유의미한 착석 체압 프로파일을 도출할 수 있다.
이러한 관점에서, 상부 도전 패턴들(101) 및/또는 하부 도전 패턴들(201)의 개수는 각각 약 6개에서 10개를 제안한다. 만일 도전 패턴들의 개수가 이보다 작을 경우 전술한 방법을 통해서도 유의미한 정보를 도출할 수 있는 해상도를 구현하기 어렵고, 반대로 이보다 많을 경우 도전 패턴들의 폭 증가로 인한 도전 패턴들 간의 크로스-토크(cross-talk) 문제 및 데이터 처리 양의 증가 문제가 발생할 수 있다.
본 실시예에 따른 체압 센서(11)를 이용할 경우 차량 내 다양한 사용자 편의 및/또는 안전을 위한 활용이 가능할 수 있다.
예를 들어, 차량의 좌석에 가해지는 압력이 사람에 의한 것인지, 또는 사물에 의한 것인지를 구별할 실익이 있다. 만일 사물에 의한 압력에 불과할 경우 부가적인 기능을 제공하는 것이 불요하기 때문일 수 있다.
이 경우 제1 액티브 영역(A1)에 표현되는 압력의 합이 제2 액티브 영역(A2)에 표현되는 압력의 합 보다 클 경우, 좌석에 놓인 것이 사람, 즉 탑승자인 것으로 판단할 수 있다. 이는 전술한 통상적인 사람의 탑승 자세 정보에 기초한 것일 수 있다.
또, 위와 같은 판단에 대체적으로, 또는 보완적으로, 액티브 영역(A1, A2)을 제2 방향(Y)으로 가로지르는 가상의 선을 기준으로, 제1 방향(X) 일측(예컨대, 좌측 방향)과 제1 방향(X) 타측(예컨대 우측 방향)에 표현되는 압력의 합의 차이가 소정의 범위 내에 있을 경우, 사람이 탑승한 것으로 판단할 수 있다. 사람은 통상적으로 좌석에서 좌우 대칭을 맞추어 체압이 분포되기 때문일 수 있다.
또, 좌석에 사람이 탑승한 것으로 판단되는 경우에도, 탑승자의 성별과 연령을 구별하는 것에 실익이 있을 수 있다.
예를 들어 좌석에 사람이 탑승한 것으로 판단되는 경우, 액티브 영역(A1, A2) 전체에서의 체압 프로파일의 면적, 체압 프로파일에 따른 전체 압력의 합, 그리고 각 그리드 셀에서의 압력의 밀도를 기초로 탑승자의 성별과 압력을 판단할 수 있다.
비제한적인 예시로, 체압 프로파일 내의 전체 압력의 합이 소정 기준 이상일 경우 성인 남성으로 판단할 수 있다. 다른 예시로, 체압 프로파일의 면적이 소정 기준 미만이거나, 또는 전체 압력의 합이 소정 기준 미만일 경우 영유아로 판단할 수 있다. 또 다른 예시로, 전체 압력의 합이 소정 기준 미만이되, 면적이 소정 기준 이상일 경우 성인 여성으로 판단할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
이러한 성별 및 연령 분류를 토대로 체압에 의한 사용자의 지문(finger print)와 같은 기능을 수행할 수 있다. 예컨대 해당 차량의 운전자가 미리 등록된 실제 소유자와 일치하는지를 비교하여 차량의 도난 등을 방지할 수 있다. 또는 차량에 의한 사고 발생 후, 어떠한 이유로 운전자를 바꾸어 진술하는 소위 운전자 바꾸기 등의 범죄를 방지할 수 있다. 또는 차량의 시트 마다 구비된 체압 센서로부터 정보된 체압 프로파일에 관한 정보를 저장함으로써, 해당 차량에 몇 명이 탑승하였는지, 누가 탑승하였는지 등의 이력 정보를 저장 및 활용할 수 있다. 또는 최근 개발 중인 드라이브-스루 시스템 또는 주유소 등에서 활용 가능한 착석 상태에서 차량 내 모듈을 이용하여 결제하는 서비스에 보완적으로 활용될 수도 있다.
위와 같은 사용자의 지문과 같은 기능 외에도 다양한 사용자 편의 및/또는 안전 상의 편리함을 제공할 수 있다.
예를 들어, 탑승자가 영유아로 판단되고, 차량이 운행 중인 경우, 체압 센서에 소정의 시간 동안 압력이 감지되지 않을 경우, 알람을 통해 보호자에게 영유아가 올바른 자세로 앉아 있지 않음을 알릴 수 있다. 또는 영유아의 체압 프로파일이 오랜 시간 변화가 없는 경우 영유아가 수면 상태일 수 있고, 이를 보호자에게 알리거나, 또는 시트 내에 임베딩된 에어 팩을 이용하여 주기적으로 자세를 바꿔줌으로써 같은 자세로 장시간 수면을 취하고 이로 인해 관절에 무리가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
다른 예를 들어, 차량의 좌석이 탑승자의 대퇴부를 충분히 받치지 못할 경우, 즉 대퇴부가 좌석에 충분히 밀착되지 않고 떠있을 경우 탑승자의 요추 통증과 손상을 유발할 수 있다. 그러나 대부분의 차량 탑승자는 이러한 사실을 인식조차 하지 못하고, 차량에서 하차한 후, 또는 이러한 습관이 누적된 후에 비로소 요추 통증을 느끼는 경우가 많다.
따라서 제1 액티브 영역(A1)의 압력의 합과 제2 액티브 영역(A2)의 압력의 합의 차이가 소정 범위를 벗어나는 경우, 즉 제2 액티브 영역(A2)의 압력의 합이 지나치게 작게 측정되어 대퇴부가 떠있는 것으로 판단되는 경우, 시트에 내장되어 수축과 팽창이 가능한 에어 팩을 이용하여 시트의 대퇴부 받침부를 팽창시킬 수 있다. 이러한 팽창은 제1 액티브 영역(A1)의 압력 합과 제2 액티브 영역(A2)의 압력 합의 차이가 소정 범위 내에 들어올 때까지 수행될 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 대하여 설명한다. 다만 전술한 실시예와 동일하거나, 극히 유사한 구성에 대한 설명은 생략하며 이는 첨부된 도면으로부터 본 기술분야에 속하는 통상의 기술자에게 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 체압 센서의 평면 레이아웃이다. 도 12는 도 11의 체압 센서를 제1 방향으로 절개한 단면도이다. 도 13은 도 11의 체압 센서를 제2 방향으로 절개한 단면도이다.
도 11 내지 도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 체압 센서(12)는 스페이서들(710, 720)을 더 포함하는 점이 전술한 실시예에 따른 체압 센서와 상이한 점이다.
스페이서들(710, 720)은 액티브 영역(A1, A2) 내에 배치되는 제1 스페이서(710) 및 비액티브 영역, 예컨대 비액티브 영역 중에 더미 영역(DM) 내에 배치되는 제2 스페이서(720)를 포함할 수 있다. 더미 영역(DM)은 실질적인 압력의 센싱이 이루어지지 않으나, 상부 도전 패턴들(101) 및 하부 도전 패턴들(201)의 적어도 일부가 배치되는 영역일 수 있다.
예를 들어, 상부 도전 패턴들(101)은 제1 상부 더미 도전 패턴(191) 및 제2 상부 더미 도전 패턴(192)을 더 포함할 수 있다. 마찬가지로, 하부 도전 패턴들(201)은 제1 하부 더미 도전 패턴(291) 및 제2 하부 더미 도전 패턴(292)을 더 포함할 수 있다. 전술한 상부 더미 도전 패턴들(191, 192) 및 하부 더미 도전 패턴들(291, 292)은 저항 측정부들(510, 520) 및 스캔 구동부(미도시)와 전기적으로 연결되지 않을 수 있다.
액티브 영역(A1, A2) 내에 배치되는 제1 스페이서(710)는 오직 제2 액티브 영역(A2) 내에만 배치되고, 제1 액티브 영역(A1)에는 배치되지 않을 수 있다. 도 11은 제1 스페이서(710)가 2개 배치되고, 제2 스페이서(720)가 33개 배치된 경우를 예시하고 있으나 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
제1 스페이서(710) 및 제2 스페이서(720)는 제1 도전층(300) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 스페이서(710) 및 제2 스페이서(720)는 제1 도전층(300)과 상부 도전 패턴층(100) 사이에 배치될 수 있다. 제1 스페이서(710) 및 제2 스페이서(720)는 제2 도전층(400)과 수평 방향, 예컨대 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)으로 중첩할 수 있다.
제1 스페이서(710) 및 제2 스페이서(720)는 평면 시점에서 상부 도전 패턴들(101) 및 하부 도전 패턴들(201)과 비중첩하는 위치에 배치될 수 있다. 즉, 제1 스페이서(710) 및 제2 스페이서(720)는 전술한 제3 그리드 셀이 생성되는 위치와 대응하는 영역에 배치될 수 있다.
제2 스페이서(720)는 제1 액티브 영역(A1)과 제2 액티브 영역(A2)을 둘러싸는 위치에 배치될 수 있다. 제2 스페이서(720)는 비액티브 영역 내에서 상부 도전 패턴들(101)과 하부 도전 패턴들(201) 간에 불필요한 신호가 발생하는 것을 완화하는 기능을 할 수 있다. 즉, 제2 스페이서(720)는 이격 부재, 즉 스페이서로서의 주된 기능을 가질 수 있다.
예시적인 실시예에서, 제1 스페이서(710)는 제2 액티브 영역(A2) 중에서도, 특정 위치에만 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 스페이서(710)는, 제1 방향(X)으로 절개한 단면에 있어서, 상대적으로 중앙부에 위치한 하부 도전 패턴들(201) 사이에 배치되고, 상대적으로 가장자리부에 위치한 하부 도전 패턴들(201) 사이에는 배치되지 않을 수 있다.
구체적으로, 제1 스페이서(710)는 제4 하부 도전 패턴(240)과 제5 하부 도전 패턴(250) 사이의 위치에 배치될 수 있다. 반면 제1 하부 도전 패턴(210) 내지 제4 하부 도전 패턴(240) 사이의 위치들에는 제1 스페이서(710)가 배치되지 않을 수 있다. 마찬가지로, 제5 하부 도전 패턴(250) 내지 제8 하부 도전 패턴(280) 사이의 위치들에는 제1 스페이서(710)가 배치되지 않을 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제1 스페이서(710)는, 제2 방향(Y)으로 절개한 단면에 있어서, 상대적으로 하측(도 11 기준)에 위치한 상부 도전 패턴들(101) 사이에 배치되고, 상대적으로 상측에 위치한 상부 도전 패턴들(101) 사이에는 배치되지 않을 수 있다.
구체적으로, 제1 스페이서(710)는 제6 상부 도전 패턴(160)과 제7 상부 도전 패턴(170)의 사이, 및 제7 상부 도전 패턴(170)의 사이와 제8 상부 도전 패턴(180)의 사이의 위치에 배치될 수 있다. 반면 제1 상부 도전 패턴(110) 내지 제6 상부 도전 패턴(160) 사이의 위치들에는 제1 스페이서(710)가 배치되지 않을 수 있다.
제1 스페이서(710)가 배치되는 위치는 탑승자의 대퇴부와 인접하되, 특히 두개의 대퇴부 사이, 즉 사타구리가 위치하는 영역일 수 있다. 이 부분에는 통상적인 탑승 자세에 비추어 볼 때, 압력이 가해지지 않거나, 미약한 정도의 압력이 가해지며, 특히 해당 부분의 압력 프로파일은 큰 의미를 갖지 못하는 경우가 많을 수 있다.
따라서 제2 액티브 영역(A2) 중에서도, 정밀한 압력 측정이 불필요한 부분에 제1 스페이서(710)를 배치하여, 다른 제2 액티브 영역(A2) 부분에 비해 저항을 높게 형성함으로써 처리해야 하는 데이터의 양을 감소시킬 수 있다. 이를 위해 제1 스페이서(710)의 두께(T710)는 제2 도전층(400)의 두께(T400) 보다 클 수 있다.
전술한 제2 스페이서(720)는 더미 영역(DM) 내에서 상부 도전 패턴층(100)과 하부 도전 패턴층(200) 간의 이격 거리를 충분히 확보하는 기능을 할 수 있다. 이를 위해 제2 스페이서(720)의 두께(T720)는 제1 스페이서(710)의 두께(T710) 보다 클 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 범위는 이상에서 예시된 기술 사상의 변경물, 균등물 내지는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성요소는 변형하여 실시할 수 있다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
11: 체압 센서
100: 상부 도전 패턴층
200: 하부 도전 패턴층
300: 제1 도전층
400: 제2 도전층
510: 제1 저항 측정부
520: 제2 저항 측정부
600: 스캔 구동부

Claims (20)

  1. 액티브 영역 및 비액티브 영역을 갖는 체압 센서로서,
    제1 방향으로 연장된 복수의 상부 도전 패턴을 포함하는 상부 도전 패턴층;
    상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장된 복수의 하부 도전 패턴을 포함하는 하부 도전 패턴층;
    상기 상부 도전 패턴과 하부 도전 패턴 사이에 개재되고, 상기 액티브 영역 전체를 커버하는 제1 도전층; 및
    상기 상부 도전 패턴과 하부 도전 패턴 사이에 개재되고, 상기 액티브 영역의 일부만을 커버하는 제2 도전층을 포함하는 체압 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상부 도전 패턴층 및 상기 하부 도전 패턴층은 각각,
    일 방향으로 연장된 제1 섬유로서, 도전사와 비도전사를 포함하는 제1 섬유, 및 상기 일 방향과 교차하는 방향으로 연장된 제2 섬유로서, 비도전사만으로 구성된 제2 섬유의 직조물인 체압 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하부 도전 패턴에는 스캔 신호가 인가되어 상기 하부 도전 패턴에서 상기 상부 도전 패턴 방향으로 전류가 흐르도록 구성되고,
    상기 복수의 상부 도전 패턴 중 일부는 제1 저항 측정부와 전기적으로 연결되고, 다른 일부는 제2 저항 측정부와 전기적으로 연결되고,
    상기 제1 저항 측정부와 상기 제2 저항 측정부는, 저항 변화와 압력 간의 상관 관계가 상이하게 정의되는 체압 센서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 도전층과 중첩하는 상부 도전 패턴들은 상기 제1 저항 측정부와 연결되고,
    상기 제2 도전층과 비중첩하는 상부 도전 패턴들은 상기 제2 저항 측정부와 연결되는 체압 센서.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 체압 센서는 상기 상부 도전 패턴 측으로부터 압력이 가해지도록 구성되고,
    상기 상부 도전 패턴의 폭은 상기 하부 도전 패턴의 폭 보다 큰 체압 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방향으로 가로지르는 가상의 선을 기준으로 상기 체압 센서의 액티브 영역은 제1 액티브 영역과 제2 액티브 영역으로 분할되고,
    상기 제2 도전층은 상기 제1 액티브 영역 내에만 위치하는 체압 센서.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 액티브 영역은 상기 제1 액티브 영역의 상기 제2 방향 일측에 위치하고,
    사용자는 상기 제2 방향의 상기 일측 방향을 바라보고 착석하도록 구성된 체압 센서.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 체압 센서는 상기 상부 도전 패턴 측으로부터 압력이 가해지도록 구성되고,
    상기 제1 도전층의 평면상 면적은 상기 제2 도전층의 평면상 면적 보다 크고,
    상기 제2 도전층은 상기 상부 도전 패턴층과 상기 제1 도전층 사이에 배치되는 체압 센서.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방향으로 가로지르는 가상의 선을 기준으로 상기 체압 센서의 액티브 영역은 제1 액티브 영역과 제2 액티브 영역으로 분할되고,
    상기 체압 센서는, 상기 제2 액티브 영역 내에서 상기 제1 도전층 상에 배치되는 제1 스페이서를 더 포함하되,
    상기 제1 스페이서는 상기 제2 도전층과 평면 방향으로 중첩하는 체압 센서.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 스페이서는 상기 상부 도전 패턴 및 상기 하부 도전 패턴과 비중첩한 위치에 배치되는 체압 센서.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 스페이서의 두께는 상기 제2 도전층의 두께 보다 큰 체압 센서.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제1 방향으로 절개한 단면에서,
    상기 제1 스페이서는, 상대적으로 중앙부에 위치한 인접한 하부 도전 패턴 사이에 배치되되, 상대적으로 가장자리부에 위치한 인접한 하부 도전 패턴 사이에 배치되지 않는 체압 센서.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 액티브 영역을 둘러싸는 상기 비액티브 영역 중 더미 영역 내에서, 상기 제1 도전층 상에 배치되는 제2 스페이서를 더 포함하되,
    상기 제2 스페이서의 두께는 상기 제1 스페이서의 두께 보다 큰 체압 센서.
  14. 제1 방향으로 연장된 복수의 제1 도전 패턴, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장된 복수의 제2 도전 패턴 및 그 사이에 개재된 하나 이상의 도전층을 포함하는 체압 센서를 이용하여 체압 프로파일을 생성하는 방법으로서,
    서로 교차하는 상기 제1 도전 패턴과 상기 제2 도전 패턴의 교차 영역에 의해 정의되는 제1 그리드 셀을 생성하는 단계를 포함하되,
    상기 제1 그리드 셀을 생성하는 단계는, 상기 제1 도전 패턴과 상기 제2 도전 패턴을 따라 흐르는 전류의 저항 변화에 기초하여 수행되고,
    상기 복수의 제1 도전 패턴 중 적어도 일부는 제1 액티브 영역 내에 위치하고, 다른 일부는 제2 액티브 영역 내에 위치하고,
    상기 제1 액티브 영역 내의 제1 그리드 셀을 생성하는 단계와, 상기 제2 액티브 영역 내의 제2 그리드 셀을 생성하는 단계에서, 저항 변화와 압력 간의 상관 관계는 상이하게 정의되는 체압 프로파일을 생성하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 그리드 셀을 생성하는 단계 후에,
    상기 제1 도전 패턴과 상기 제2 도전 패턴 중 오직 어느 하나와 중첩하고, 상기 제1 방향으로 이격된 복수의 제1 그리드 셀 사이, 또는 상기 제2 방향으로 이격된 복수의 제1 그리드 셀 사이에 위치하는 하나 이상의 제2 그리드 셀을 생성하는 단계; 및
    상기 제1 도전 패턴 및 상기 제2 도전 패턴과 비중첩하고, 상기 제2 그리드 셀과 상기 제1 방향 또는 상기 제2 방향으로 인접한 위치의 제3 그리드 셀을 생성하는 단계를 순차적으로 더 포함하는 체압 프로파일을 생성하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제2 그리드 셀을 생성하는 단계는, 서로 제1 방향으로 인접한 두개의 제1 그리드 셀의 정보, 또는 서로 제2 방향으로 인접한 두개의 제2 그리드 셀의 정보를 기초로 생성되고,
    상기 제3 그리드 셀을 생성하는 단계는, 상기 제3 그리드 셀과 상기 제1 방향으로 인접한 제2 그리드 셀, 및 상기 제2 방향으로 인접한 제2 그리드 셀의 정보를 기초로 생성되는 체압 프로파일을 생성하는 방법.
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