KR20010076180A

KR20010076180A - 스트레스 자동인식 컴퓨터 주변장치 및 이를 이용한스트레스 측정 시스템

Info

Publication number: KR20010076180A
Application number: KR1020000049896A
Authority: KR
Inventors: 김현
Original assignee: 김현
Priority date: 2000-01-21
Filing date: 2000-08-26
Publication date: 2001-08-11
Also published as: KR100418434B1; WO2001054043A1; CN1361895A

Abstract

본 발명은 스트레스 자동인식 컴퓨터 주변장치 및 스트레스 측정 시스템에 관한 것으로, 컴퓨터 사용자의 맥박, 체온 그리고 피부전도도 및/또는 근전도와 같은 신체정보를 측정하고 이러한 정보를 받아들여 각각의 정보와 더불어 인체의 스트레스 정도를 파악해 모니터 상에 디스플레이 해주는 스트레스 자동인식 컴퓨터 주변장치에 관한 것이다. 즉, 본 발명에 관한 컴퓨터를 이용한 스트레스 측정 시스템은, 컴퓨터 사용자의 생체정보를 측정하는 생체정보 측정부와, 상기 측정된 생체정보를 신호처리하는 수단(400)과, 상기 신호처리된 생체정보신호를 컴퓨터 본체로 전송하는 수단(800)을 포함하는 컴퓨터 주변장치(300); 및 상기 전송된 생체정보신호로부터 생체정보 변화계수들을 산출하고 이들 각각에 가중치를 부여하여 연산하여 스트레스 지수를 산출하는 스트레스 인식 프로그램을 구비하는 컴퓨터 본체(200)를 포함한다. 따라서, 기존의 주변장치에 간단한 회로를 삽입함으로써, 각종 인체정보들을 주변장치가 자동으로 측정하여 스트레스나 피로의 정도를 체크해 줌으로써, 컴퓨터 사용자가 작업 도중에 받는 스트레스를 완화 내지 해소할 수 있는 자료를 제공하는 것이 가능하다.

Description

스트레스 자동인식 컴퓨터 주변장치 및 이를 이용한 스트레스 측정 시스템{PERIPHERAL DEVICE OF COMPUTER FOR AUTOMATICALLY RECOGNIZING STRESS AND SYSTEM FOR DETERMINING STRESS USING THE SAME}

본 발명은 컴퓨터 사용자의 스트레스를 자동으로 인식할 수 있는 컴퓨터 주변장치 및 스트레스 측정시스템에 관한 것으로, 특히 컴퓨터 사용자의 맥박, 체온, 피부전도도 및/또는 근전도를 마우스와 같은 컴퓨터 주변장치에 의해 측정하고, 이러한 정보를 컴퓨터로 받아들여 각각의 정보와 더불어 인체의 스트레스 정도를 파악해 모니터 상에 디스플레이 해주는 스트레스 자동인식 컴퓨터 주변장치 및 이를 이용한 스트레스 측정시스템에 관한 것이다.

최근 들어, 컴퓨터를 이용하는 사람들이 급격히 증가하면서 그 이용시간이 엄청나게 증가해가고 또 이용시간 급증으로 인하여 컴퓨터로부터 발생될 수 있는 스트레스나 VDT 증후군이 심각한 문제가 되고 있다.

또한, 현대사회를 사는 사람들은 피할 수 없는 많은 스트레스에 시달리고 있다. 이러한 스트레스는 인간에게 많은 질병과 고통을 주고 있는데, 흔히 원인 불명의 질환 대부분이 스트레스에 기인한 것이라고 말해도 무방할 정도이다. 이렇듯 스트레스는 만병의 근원으로 스트레스의 원인, 스트레스와 질병의 관계 등 세계 여러 곳에서 많은 연구들이 진행되고 있다.

스트레스란 일반적으로 생체의 평형을 깨뜨릴 수 있는 모든 자극을 의미하며, 신체적, 생리적 변화를 수반한다. 스트레스를 받으면 맨 처음 인체의 항상성을 조절하는 뇌의 시상하부에서 이를 인식한다. 시상하부는 곧바로 교감신경을 자극하여 스트레스 호르몬(카테콜라민)의 분비가 일어나 혈관이 수축하고, 동공확대, 심박 증가, 호흡증가, 위장 활동의 일시 정지 등의 특징이 인체에 나타나게 된다. 또한 시상하부는 뇌하수체를 자극하여 부신피질자극호르몬을 분비하여 간에서 포도당 생성을 증가시키는 코티졸이라는 호르몬을 분비시킨다. 증가된 포도당은 산소와 함께 수축된 혈관을 통해 빠르게 뇌와 근육으로 집중되어 외부자극에 적절히 적응하게 하며, 말초혈관으로는 잘 가지 않아서 손발이 차지는 현상이 나타난다. 뇌하수체는 또한 아드레날린 선에서 아드레날린을 혈액 속으로 배출하는 기능을 강화한다. 아드레날린은 부신피질에서 분비한 스테로이드와 함께 각성 수준을 높이게 된다. 이러한 모든 스트레스에 관한 화학물질은 신경계, 심장혈관, 근육기관을 자극한다. 외부의 일시적인 스트레스에 대한 위에 같은 반응은 자연스런 현상이지만, 스트레스 반응이 지속되고 특히 정신적인 것일 때, 인체에 치명적인 손상을 유발시킨다.

이러한 문제점들을 해결하기 위하여, 본 발명자는 1999년 9월 9일자 한국특허출원 제 99-38330 호의 출원의 주제인 스트레스 해소 가능한 컴퓨터 시스템을 개발하였는 바, 상기 출원 내용은 본 명세서의 일부로 삽입된다.

도1에서 보는 바와 같이, 본 발명자의 상기 한국출원에 의하면, 컴퓨터에 프로그램 전달매체나 원격제어장치를 통하여 스트레스 해소를 위한 응용 프로그램인 재생 및 제어 프로그램을 설정하고, 홈페이지에 준비된 데이터 프로그램을 컴퓨터 네트워크를 통해 다운 받아 완전한 자연요법 프로그램이 만들어지도록 하되, 재생 및 제어 프로그램은 컴퓨터 본체(200) 내의 재생 및 제어 프로그램 저장부(210)에, 그리고 데이터 프로그램은 데이터 프로그램 저장부(220) 에, 그리고 스트레스 인식 프로그램은 스트레스 인식 프로그램 저장부(230)에 저장되도록 하고, 작업자가 작업할 때 이용하는 키보드나 마우스와 같은 컴퓨터 주변기기(300)에 스트레스 인식 센서(320) 및 센서변환기(310)에 의해 작업자의 스트레스 상태를 인지할 수 있는 장치를 부착시켜 작업자의 스트레스 정도에 따라 스트레스 완화용 프로그램이 작동 할 수 있도록 하여, 마우스나 키보드와 같은 주변장치(300)로부터의 스트레스 인식신호가 입력되면, 마이크로프로세서로부터의 신호가 출력부(100)의 변환기(110)를 통해 적절한 데이터 및 제어신호로서 변환되어져, 소리 요법은 스피커(130)를 통해 출력이 되도록 함으로서, 색채 요법은 모니터(120)를 통해 화면이 출력되도록 함으로써, 그리고 냄새 요법은 분사 장치(140)를 통해 향기가 분사되도록 함으로써, 스트레스를 완화 또는 해소할 수 있도록 한다. 스피커 및 모니터는 종래의 공지된 장치를 이용할 수 있으며, 분사 장치는 일례로 본 발명자의 2000. 5. 23.자 특허출원 제 27636 호의 분사장치를 활용할 수 있을 것이다.

즉, 스트레스 자동인식이 가능한 스트레스 완화용 컴퓨터 시스템에서, 작업자가 작업할 때 이용하는 키보드나 마우스와 같은 주변기기(300)에 작업자의 스트레스 상태를 인지할 수 있는 스트레스 인식센서(320)를 부착시켜 작업자의 스트레스 정도에 따라 인지되는 맥박, 체온이나 피부전도도와 같은 생체 상태가 센서 변환기(310)를 통해 컴퓨터나 마이크로 프로세서에 전달되도록 하여 스트레스 완화용 프로그램이 작동할 수 있도록 함으로써, 컴퓨터 사용자가 컴퓨터를 사용하는 데에 따른 스트레스에 대처할 수 있도록 하여 결국 전체적으로는 작업의 효율성을 높일 수 있다.

그리고, 스트레스 상황에 처하게 되면 사람마다 다소 차이가 있겠지만 집중력 감소가 나타나고 단순한 결정을 내리는데 어려움을 느낀다거나, 자신감 상실, 쉽게 짜증을 내거나 자주 화를 내고, 걱정과 불안, 식욕 증가 또는 감소, 비합리적인 공포나 갑작스런 발작, 동맥경화, 불임 등의 증세가 나타날 수 있다. 또한 신체의 신경계통과 내분비계통이 스트레스 반응의 대처에 깊이 관계하게 되는데 여러 생리신호들을 통해 이것을 관찰할 수 있다.

한편, 인체정보를 측정하는 방법은 수없이 많고 인체정보를 측정하는 장비나기기 또한 셀 수 없이 많은 실정이다. 하지만 인체정보만을 측정할 뿐이지 그러한 정보가 효율적으로 활용되지는 못하고 있다.

일면으로는 사람들이 편리하게 사용할 수 있도록 휴대용으로 생산되는 많은 기기가 있지만, 측정하는 사람이 맥박과 같은 측정 수치를 보고 임의의 판단을 한다는 것에 그치고 인체정보로 하여금 스트레스의 정도를 파악한다는 것은 일반인들로서는 쉬운 일이 아니였다. 즉, 어떤 몇몇 측정장치는 단순히 사람의 맥박만을 측정하여 맥박수에 있어서의 변화량을 개인의 스트레스 지수로 파악하려는 오류를 범하고 있었다.

다른 일면으로 어떤 장치들은 인체의 많은 신체정보를 얻기는 하지만 너무 복잡하고 고가의 장치들을 사용함으로써 일반인들이, 특히 컴퓨터 사용자들이 실질적으로 활용할 수 없는 장치로서 개발되어 온 실정이다.

본 발명은, 이상의 스트레스 완화용 컴퓨터 시스템에 사용되는, 또는 최소한 컴퓨터가 사용자의 현재의 스트레스 지수를 자동으로 인식하여 사용자에게 경고를 줄 수 있는, 스트레스 자동인식 가능한 컴퓨터 주변장치 (특히 마우스) 를 제공함을 그 목적으로 하는 것으로, 컴퓨터 이용시 마우스와 접촉하고 있는 동안 체온, 맥박, 피부전도도 및/또는 근전도를 마우스 자체에서 측정하고 각 정보의 수치를 마우스에 내장된 CPU로 보내지게 되어 이것을 측정, 판단, 기억하게 되는 시스템에 관한 것으로, 측정 데이터를 최종적으로 컴퓨터 본체에서 받아들여 모니터 상에 각각의 정보뿐 아니라 이를 종합 해석하여 스트레스나 피로의 정도를 보여주도록 하는 것이다.

본 발명은 컴퓨터를 사용하고 있는 동안 손과 마우스의 접촉 시에 손에서 얻을 수 있는 인체 정보, 즉 체온, 맥박, 피부전도도 뿐만 아니라 땀의 정도, 근전도, 혈류량, 혈압, PO₂등을 마우스 표면에 장착된 센서를 통해 감지하고 이러한 정보들을 모니터 상에 디스플레이해 주면서 동시에 여러 인체정보를 해석하여 스트레스나 피로의 정도를 체크해주고자 한다.

결론적으로 본 발명의 제 1 목적은, 인체정보들을 측정하여 스트레스나 피로의 정도를 체크해 주는 것이다. 일반인들이 컴퓨터를 이용하고 있는 동안에 쉽고 편리하게 측정 가능하도록 설계된 이 시스템은 여러 인체정보를 얻을 수 있다는 것과 이러한 정보들로 하여 종합적인 데이터, 즉 스트레스 여부를 판단할 수 있다는 것이다.

본 발명의 제 2 목적은, 기본적으로 마우스와 같은 컴퓨터 주변장치의 기능 아래에서 이러한 스트레스나 피로의 정도를 체크한다는 것이다. 컴퓨터 앞에서 많은 시간을 보내는 직장인이나 학생들이 컴퓨터를 이용하고 있는 동안에 언제든지 자신의 상태를 체크할 수 있도록 하고자 한다.

본 발명의 또다른 목적은, 가능한 한 간단한 장치를 부가하면서 최대한 신뢰성 있는 스트레스 측정이 가능한 컴퓨터 마우스를 제공하는 것이다.

도1은 본 발명과 관련된 스트레스 인식 향 발생 컴퓨터 시스템을 도시하는 블록도,

도2는 본 발명에 관한 일 실시예인 스트레스 자동인식 마우스의 구조도,

도3은 본 발명에 관한 일 실시예인 스트레스 자동인식 마우스의 블록회로도,

도4는 도3의 신호처리부 및 전송부의 상세회로도,

도5a 내지 도5d는 도3의 피부전도도/근전도 측정부의 상세회로도,

도5e는 도5a 내지 도5d의 등가회로도,

도6은 도3의 체온측정부의 상세회로도,

도7a 내지 도7d는 도3의 맥박측정부의 상세회로도,

도8은 도1의 스트레스 인식프로그램의 구조도,

도9는 본 발명에 의해 측정된 스트레스 정보를 디스플레이하는 컴퓨터 모니터 화면의 일례,

도10 내지 도12는 본 발명에 관한 스트레스 측정 마우스의 다른 일예를 나타내는 회로도로서, 도10은 종래의 마우스의 포인팅 기능부 및 제어부이고, 도11은피부전도도 측정부이며, 도12는 맥박 측정부,

도13은 도12의 비교기 입출력 신호의 파형도,

도14는 마우스 신호의 처리를 나타내는 개략도, 및

도15a 및 도15b는 도14의 마우스 신호 데이터의 구조도로서, 도15a는 마우스의 포인팅 신호를 나타내는 데이터의 일례이고, 도15b는 생체측정 신호를 나타내는 데이터의 일례이다.

도16은 도12 내지 도14의 실시예의 마우스 동작을 나타내는 플로우챠트,

도17은 도16의 생체정보 판독.전송 동작을 나타내는 서브루틴,

도18은 본 발명에 관한 스트레스 측정 마우스의 전체적인 실험 테스트의 블록다이어그램,

도19는 도18의 실험에 사용된 연산 테스트 자극 프로그램의 일예를 보인 컴퓨터 화면,

도20a 및 도20b는 각각 연산 테스트 실험 및 CPT 실험의 진행과정을 보인 흐름도,

도21은 실험에 의해 수집된 생리신호,

도22a 및 도22b는 도20a 및 도20b에서 사용되는 설문지의 예로서, 각각 심리 스트레스 및 육체 스트레스 주관 평가서의 일예,

도23a 및 도23b는 각각, 심박수 및 GSR 분석 프로그램의 일예,

도24a 내지 도24c는, 연산 및 CPT 테스트에 있어서 시간 변화에 따른 심박수, GSR 및 피부온도 변화들을 각각 나타낸다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

100 : 출력부 10 : 변환기

120 : 모니터 130 : 스피커

140 : 분사장치 150 : 촉각 자극장치

200 : 컴퓨터 본체 210 : 재생 및 제어 프로그램 저장부

220 : 데이터 프로그램 저장부 230 : 스트레스 인식 프로그램 저장부

231 : 생체신호변화 계수산출부 236 : 연산부

237 : 스트레스 지수 표시부 240 : 장치 드라이버

250 : 윈도우 프로그램 처리부 260 : 스트레스인식 프로그램 처리부

300 : 컴퓨터 주변기기 310 : 센서 변환기

320 : 스트레스 인식 센서 330 : X-Y축방향 이동검출부

340 : 스위칭부 350 : Z축방향 이동검출부

360 : 작동표시부 370 : 전송부

400 : 신호처리부 410 : 제어부

420 : A/D 컨버터 430 : EEPROM

500, 500' : 피부전도도/근전도 측정부 510 : D/A 컨버터

520 : 타이머 530, 530' : 제1 증폭부

540 : 제2 증폭부 550 : 바이어스부

560 : 근전도 신호출력부 570, 570' : 피부전도도 신호출력부

580 : 버퍼 590, 590' : 릴레이부

600 : 체온측정부 610 : 기준신호발생부

620 : 비교부 630 : 오프셋 조절부

640 : 증폭부

700 : 맥박측정부 710 : 발광 및 수광부

720, 720' : 제1 증폭부 730 : 제1 필터부

740 : 제2 필터부 750, 750' : 제2 증폭부

760 : 트리거회로부 770 : 제3 증폭부

780 : 경고부 790 : 비교부

800 : 전송부

910 : 컴퓨터 모니터 920 : 바이오팩

930 : MP100WS 프로그램 940 : 분석장치

이상의 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면인 컴퓨터를 이용한 스트레스 측정 시스템은, 컴퓨터 사용자의 생체정보를 측정하는 생체정보 측정부와, 상기 측정된 생체정보를 신호처리하는 수단(400)과, 상기 신호처리된 생체정보신호를 컴퓨터 본체로 전송하는 수단(800)을 포함하는 컴퓨터 주변장치(300); 및 상기 전송된 생체정보신호로부터 생체정보 변화계수들을 산출하고 이들 각각에 가중치를 부여하여 연산하여 스트레스 지수를 산출하는 스트레스 인식 프로그램을 구비하는 컴퓨터 본체(200)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 생체정보 측정부는 피부전도도측정부 및 맥박측정부를 적어도 포함하며, 더욱 바람직하게는, 상기 생체정보 측정부는 체온측정부 및 근전도측정부를 더 포함한다.

또한, 상기 신호처리하는 수단은, 검출된 생체신호를 A/D 변환하는 수단(420)과, 검출된 생체신호정보를 일시 저장하는 수단(430)과, 제어부(410)를 포함하는 것이 바람직하며, 상기 스트레스 인식 프로그램은 산출된 스트레스 지수를 디스플레이하도록 하는 스트레스 지수 표시부를 더 포함하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 컴퓨터 본체는, 일반적인 컴퓨터 입출력을 처리하는 윈도우 프로그램 처리부(250) 외에도 스트레스 인식 프로그램 처리부(260)를 포함하며, 주변장치로부터의 데이터가 입력되었을 경우에 입력 데이터가 생체정보 데이터이면 스트레스 인식 프로그램 처리부(260)로 스위칭하는 장치 드라이버(240)를 더 구비할 수도 있다.

이상의 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면인 컴퓨터 주변장치는, 컴퓨터 사용자의 생체정보를 측정하는 생체정보 측정부와, 상기 측정된 생체정보를 신호처리하는 수단(400)과, 상기 신호처리된 생체정보신호를 컴퓨터 본체로 전송하는 수단(800)을 포함하는 컴퓨터 주변장치(300)로서, 상기 생체정보 측정부는, 피부전도도 측정부(500; 500')와 맥박측정부(700; 700')를 포함하며, 상기 피부전도도 측정부는, 테스팅 신호를 피부에 인가하는 제1 전극(501), 피부로부터 생체정보 신호를 감지하는 제2 전극(502) 및 제2 전극으로부터 감지된 신호를 신호처리부(400)로 출력하는 출력부(570; 570')를 포함하며, 상기 맥박측정부는, 발광 및 수광부(710), 상기 수광부로부터 검지된 신호를 증폭하여 신호처리부로 출력하는 증폭부 및 상기 증폭된 신호를 일정 기준 전압(Vref)과 비교하여 디지털화함으로써 카운팅을 위한 비교부(790)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 주변장치는 마우스와 같은 포인팅 수단을 갖는 장치이다.

이하, 도2 내지 도9를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대해 설명한다.

도2 및 도3은 본 발명의 일 실시예인 스트레스 자동인식 마우스의 구조도이다.

도2에 의하면, 마우스(320)를 파지하였을 때에, 신체가 접촉하는 각 부위에 각종 신체정보를 체크할 수 있는 센서를 설치한다. 예를들면, 엄지손가락 끝마디가 접촉하는 부위에 맥박 측정 센서(322)를, 손바닥 중심 부위가 접촉하는 지점에 체온 측정 센서(323)를, 그리고 사용자의 피부전도도 및/또는 근전도를 측정하기 위한 제1 및 제2 전극으로 이루어지는 피부전도도/근전도 측정센서(321)를 마우스의 키를 클릭하는 검지 및 중지(혹은 약지)의 끝마디가 접촉하는 지점에 설치한다. 마우스의 내부에는 통상의 주변장치(여기서는 마우스)의 기능을 하는 회로 외에도,본 발명에 관한 신체정보를 인식하고 그러한 신체정보신호를 신호처리할 수 있는 전자회로(311)가 내장된다.

도3은 본 발명에 관한 일 실시예인 스트레스 자동인식 마우스의 블록회로도이다. 상기 마우스의 맥박측정센서, 체온측정센서 및 피부전도도/근전도 측정센서에 각각 접속된 맥박측정부(700), 체온측정부(600) 및 피부전도도/근전도 측정부(500)로부터 입력된 전기신호는 신호처리부(400)의 A/D 컨버터(420)로 입력되어 디지탈 신호로 변환되고 신호처리 및 제어부(410)에 의해 적절히 신호처리된 후, 전송부(800)를 통해 컴퓨터 본체의 마이크로 프로세서로 입력되어, 모니터 상에 출력되도록 함으로써 사용자에게 현재의 스트레스 상태를 알려주게 된다. 따라서, 사용자에게 휴식을 취하도록 권장하거나, 또는 스트레스를 해소하기 위한 적절한 화면이나 소리 또는 향기를 발하게 하거나 사용자의 촉감을 적절하게 자극하게 함으로서, 궁극적으로 스트레스를 경감시키도록 한다. 이때, 상기 A/D 컨버터(420)의 출력은 EEPROM(430)에 임시로 저장되어, 단전이나 기타 필요시 재사용할 수 있도록 한다. 또한, 상기 맥박측정부(700)의 출력 중 디지털 변환이 필요치 않는 타이머값(후술함)은 제어부(410)의 신호처리 및 제어용 칩(IC1)의 단자(INTO)(도4 참조)로 직접 전송되기도 한다.

도4는 도3의 신호처리부(400) 및 전송부(800)의 상세회로도이다. 후술할 측정된 맥박측정부(700) 및 체온측정부(600)의 출력과 피부전도도/근전도 측정부(500)의 출력은, A/D컨버터(일례로 MAX186(AD1)이 사용됨)(420)에 의해 제어부(410)의 컨트롤러가 취급할 수 있는 디지탈 신호로 변환되며, 변환된 디지탈 신호는 신호처리 및 제어용 컨트롤러(일례로 89C52(IC1)가 사용됨)로 제1 입출력 단자(P1.0 내지 P1.7)를 통해 입력되어 신호처리된 후, 전송부(일례로 MAX232C(U1)가 사용됨)(80)에 의해 송신단자 (TXD)(801)를 통해 컴퓨터 본체로 송신된다. 한편, 컴퓨터 본체로부터의 제어신호는 수신단자 (RXD)(802)를 통해 상기 전송부(800)를 거쳐 상기 프로세서(IC1)로 입력된다. 한편, 임시저장부(430)의 EEPROM(일례로 93C46(U2)을 사용함)에는 A/D 컨버터의 디지털 데이터가 임시 저장되는 바, 이는 정전이 되었거나 과거의 측정값을 사용하고자 할 때에 제어부(410)에 의해 재사용되도록 하기 위함이다. 설명의 편의상 상기 프로세서에 부수적인 클럭신호 발생부(Y1) 및 리셋신호 발생부(U4), 그리고 상기 각 칩에 부수적으로 사용되는 회로 소자(C1-C10, R1) 및 인가전압에 대해서는 설명을 생략한다.

도5a 내지 도5d는 도3의 피부전도도/근전도 측정부(500)의 상세회로도이다.

도5a에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(410)의 제어프로세서(IC1)의 제2 입출력 단자(P0.0 내지 P0.7)는 타이머(520)로서 기능하는 다링톤 드라이버(일례로 ULN2803(U3)가 사용됨)의 입력측 단자들에 접속되고, 상기 칩의 출력측 단자들이 릴레이 단자 RY1 내지 RY7에 접속되어 있는 바, 예를들면 매 5초마다 피부전도도를 측정하기 위해 릴레이들(RLY_1 내지 RLY_7)이 5초마다 스위칭되도록 한다. 상기 달링톤 드라이버의 각 출력단자와 릴레이 간에는 안정된 제어를 위해 다이오드(D1-D7)가 병렬접속되도록 한다.

한편, 상기 제어프로세서(IC1)의 제3 입출력 단자(P0.0 내지 P0.7)는 병렬접속 어레이 저항(AR1)을 통해 D/A컨버터(일례로 DAC0808(DA1)이 사용됨)의 입력단자에 접속되어 있는 바, 출력되는 디지탈 신호는 상기 D/A 컨버터(510)에 의해, 일례로 사인파의 아날로그 신호로 변환된 후, 제2 및 제3 릴레이(RLY_2 및 RLY_3)(도5b 참조)에 테스팅 신호로서 인가된다. 다만, 상기 D/A 컨버터(510)의 출력 아날로그 신호는, 도5b에서 보는 바와 같이, 제1 및 제2 증폭부(530, 540)에 의해 신호증폭되고, 바이어스부(550)에 의해 적당한 동작 바이어스 전압으로 조절된 후, 인가된다. 역시 설명의 편의상 D/A 컨버터부의 칩에 부수적으로 사용되는 소자(R2, VR1, C11)나 인가전압에 대해서는 설명을 생략하며, 제1 및 제2 증폭부(530, 540)는 연산증폭기(OP1, OP2)와 저항 및 커패시터소자(R3-R5, C12-C14)를 사용하는 공지의 증폭회로를 사용하여 구현가능하며, 바이어스부(550) 역시 공지의 바이어스 저항(R6, R7)을 사용하여 구현가능하므로, 상세한 설명은 생략한다. 다만, 동작 바이어스 전압은 1.2V가 되도록 바이어스 저항이 선택되는 것이 바람직하다.

계속해서 출력된 아날로그 신호(Vout)는 제2 및 제3 릴레이(RLY_2, RLY_3)의 입력단(COM_2)에 인가되며, 상기 제2 릴레이의 출력단(NO_2)은 다시 제7 릴레이(RLY_7)의 입력단(COM_1) 및 제1 전극(501)에, 그리고 상기 제3 릴레이의 출력단(COM_2)은 다시 제6 릴레이(RLY_6)의 입력단(NO_1) 및 제2 전극(502)에 접속된다. 한편, 제1 및 제2 전극(501, 502)은 제1 릴레이(RLY_1)의 제1 및 제2 입력단자(COM_1, COM_2)에 접속되며, 각 입력단자에 대응하는 제1 및 제2 출력단자(NO_1, NO_2)는 도5c에 도시된 근전도 신호출력부(560)의 입력단(D, E)에 접속된다. 아울러, 상기 제1 및 제2 전극(501, 502)은 제4 릴레이(RLY_4) 및 제5 릴레이(RLY_5)의 입력단자(COM_1)에 각각 접속되며, 상기 제4 릴레이들의 출력단(NO_1) 및 제5 릴레이의 반전출력단(N.C.)은 피부전도도 신호출력부(570)의 입력단(F, G)에 접속된다.

도5c에 근전도신호 출력부(560)의 상세한 회로도가 도시되어 있는 바, 증폭부(R8-R18, C15-18, OP3-OP5), 필터부(R19-R24, C19-C26, OP6-OP7) 및 증폭부(R26-R28, C27-C28)로 이루어지며, 최종 검출신호가 단자(MUSCLE)(503)를 통해 A/D 컨버터(AD1)에 접속된다.

도5d에는 피부전도도 신호 출력부(570)의 상세한 회로도가 도시되어 있는 바, 입력단자(F, G)에는 각각 제1 전극 및 제2 전극을 흐르는 전류(i₁, -i₂)가 흐르게 되어, 그 접점에는 양 전류의 차(i₁-i₂)에 해당하는 신호가 입력된다. 상기 입력 신호는, 다이오드 리미터(D9, D10)와 분압저항(R29, R30)과 전압폴로워(OP9)로 이루어지는 버퍼(580)로 입력되며, 버퍼는 다시 증폭회로(R31-R33, C91, OP10)에 접속된다. 증폭된 최종 검출신호는 단자(SKIN)(504)를 통해 A/D 컨버터(AD1)에 접속된다. 참고로, 상기 증폭회로에서 피드백되는 RC병렬회로(R33, C91)에서의 커패시터는 없어도 되나, RC병렬로 이루어질 때에 고주파 잡음과 발진을 막을 수 있어 바람직하다.

상기 도5b 내지 도5d의 등가회로를 도5e에 도시하였다. 도5e를 참조하여, 상기 피부전도도/근전도 측정부(500)의 동작을 설명하면, 테스팅을 위해 D/A 컨버터(510)로부터 입력되는 아날로그 신호가 증폭 및 바이어스 조정되는 바(530-550), 증폭 및 조정된 신호(Vout)는 제2 및 제3 릴레이(RLY_2, RLY_3)의 스위칭 여부에 따라 제1 또는 제2 전극(501, 502)에 인가된다. 각 전극으로부터의 전류는 제1 릴레이(RLY_1)가 오프일 경우, 제4 및 제5 릴레이(RLY_4, RLY_5)를 통해 피부전도도 신호출력부(570)에만 인가되며, 양 전극으로부터 측정된 전류신호의 차(i₁-i₂)가 증폭되어 피부전도도 측정단자(504)를 통해 A/D변환기(420)에 인가되고, 제1 릴레이(RLY_1)가 온이고 제4 및 제5 릴레이(RLY_4, RLY_5)가 오프일 경우, 양 전극으로부터 측정된 신호는 근전도 신호출력부(560)에만 인가되며, 증폭 및 필터링되어 근전도 측정단자(503)를 통해 A/D변환기(420)에 인가된다.

다시 말해서, 증폭 및 바이어스 조정된 신호는 제2 릴레이칩 (RLY_2)으로 입력되며, 상기 릴레이칩의 출력은 다시 제7 릴레이칩 (RLY_7)으로 입력되는 바, 상기 제2 및 제7 릴레이칩들은 제2 릴레이 단자(RL2) 및 제7 릴레이 단자(RL7)의 스위칭 신호에 의해 입력 아날로그 신호를 간헐적으로 스위칭하여 제1 전극의 저항 신호를 검출한다. 한편, 상기 변환된 아날로그 신호는 증폭 및 바이오스 조정된 후, 제3 릴레이칩 (RLY_3)으로도 입력되며, 상기 제3 릴레이칩의 출력은 다시 제6 릴레이칩 (RLY_6)으로 입력되는 바, 상기 제3 및 제6 릴레이칩들은 제3 릴레이 단자(RL3) 및 제6 릴레이 단자(RL6)의 스위칭 신호에 의해 입력 아날로그 신호를 간헐적으로 스위칭하여 제2 전극의 저항 신호를 검출한다. 상기 제1 전극 및 제2 전극의 검출 신호는 제1 릴레이에 의해 동작하는 제1 릴레이칩에 의하여 브릿지되어 있기 때문에, 다른 한편, 상기 제1 전극 및 제2 전극의 검출신호는 제5 릴레이 및 제4 릴레이 전극 신호에 의해 동작하는 제5 및 제4 릴레이칩에 접속되는 바, 따라서 상기 제5 릴레이칩의 출력단자(N.C.) 및 상기 제4 릴레이칩의 출력단자(NO_1)에접속된 접점에는, 상기 제1 전극 및 제2 전극의 차 신호가 인가된다. 상기 차 신호는 버퍼를 통해 또다른 증폭부에 접속되며, 상기 증폭부에 의해 증폭된 신호가 피부전도도의 특성을 검출하여, 상기 A-D컨버터에 입력된다.

최종적으로, 상기 신호는 EEPROM(420)에 임시저장됨과 동시에 신호처리 및 제어부(410)에 의해 신호처리되고, 전송부에 의해 컴퓨터 본체로 전송됨으로써 컴퓨터 사용자의 스트레스 상태를 검출할 수 있는 신체 지수를 주기적으로 체크하고 모니터를 통해 디스플레이하게 된다.

도6은 도3의 체온측정부(600)의 상세회로도이다. 체온측정부(600)는, 도6에 도시된 바와 같이, 체온측정센서(THERMIST)(601)에 의해 측정된 신호가 기준신호발생부(610)로부터 발생된 기준신호와 비교부(620)에 의해 비교 및 증폭됨으로서 구현된다. 기준신호 발생부(610)는, 저항(R34)과 직렬접속되고 커패시터(C29)와 병렬접속된 제너다이오드(ZD1) 및 저항(R35)과 접속된 가변저항(VR2) 그리고 그외 저항(R36)에 의해 이루어지며, 비교부(620)는, 연산증폭기(OP11), 기준신호발생부(610)와 연산증폭기의 반전단 입력단자에 접속된 저항(R37) 및 체온측정센서(601)와 비반전단 입력단자에 접속된 저항(R38) 및 콘덴서(C30) 그리고 피드백 루프를 구성하는 저항(R39)으로 구성된다.

증폭된 신호는, 가변저항(VR3)과 저항(R41, R42)으로 이루어지는 오프셋 조절부(630)에 의해 오프셋 조절되며, 연산증폭기(OP12)와 입력단 저항(R40)과 피드백 RC병렬회로(R43, C92)에 의해 이루어지는 통상의 증폭부(640)에 의해 증폭된 후, 체온측정단자(TEMP)(602)를 통해 다음 단의 신호처리부(400)의 A/D컨버터(420)의 입력으로 되어 피부전도도 측정 신호와 같이 처리된다.

도7a 내지 도7d는 도3의 맥박측정부(700)의 상세회로도이다. 맥박측정부(700)는, 도7a에 도시된 바와 같은 발광 및 수광부(710)와 제1 증폭부(720), 상기 제1 증폭부의 출력단(A)에 접속된 도7b에 도시된 제1 및 제2 필터부(730, 740), 다시 상기 제2 필터부의 출력단(B)에 접속된 도7c에 도시된 제2 증폭부(750), 그리고 상기 제2 증폭부의 단자 C에 접속되어 있는 도7d에 도시된 트리거회로부(760) 및 제3 증폭부(770)로 이루어진다.

좀더 상세히 설명하면, 도 7a에서 보는 바와 같이, 발광 및 수광부의 LED(701)에 의해 일정 레벨의 광을 방출하게 하고, 포토 트랜지스터(PHOTO TR)(702)에 의해 상기 LED로부터 방출된 광을 수광함으로써 구현될 수 있다. 이때 수광되는 광의 세기는, 손가락의 맥박에 의해 손가락이 마우스 표면과 접촉하는 압력이나 표면적의 변화가 오게 됨으로, 이러한 변화에 의해 상기 LED로부터 방출된 광이 수광소자에 의해 다르게 인식되고, 이러한 변화를 인지함으로써 용이하게 맥박을 검출하는 것이 가능하게 되는 것이다. 저항 R44 및 R45는 바이어스 저항이다.

수광소자(702)에 의해 검출된 신호는 제1 증폭기(720)에 의해 증폭되는 바, 제1 증폭기는, 커플링 커패시터(C31)를 통해 수광소자(702)에 일측 입력단이 접속되어 이루어지는 연산증폭기(OP13) 및 바이어스 저항 (R46 내지 R48) 그리고 피드백 컨덴서 (C32)에 의해 구성된다.

상기 제1 증폭부(720)는 단자 A를 통해 제1 및 제2 필터링부(730, 740)에 접속되는 바, 단자 A를 통과하는 증폭된 측정신호는 제1 필터(730) 및 커플링 저항(R55)에 의해 접속된 제2 필터(740)에 의해 필터링되어져서(도7b 참조), 이윽고 단자 B를 통해 계속하여 접속된 제2 증폭부(750)에 의해 재 증폭된 후(도7c 참조), 커플링용 커패시터(C25) 및 맥박측정센서(PULSE)(703)를 통해 다음 단의 신호처리부(400)의 A/D 변환기(420)로 입력된다. 상기 제2 증폭부(750)의 일측 단자 입력은 가변저항(VR4)에 의해 오프셋 조절되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 필터링이 필요한 이유는, 컴퓨터 모니터나 형광등으로부터의 광(일례로 60Hz의 조명광)을 필터링하여 상기 LED(701)로부터의 특정 파장의 광에 대해서만 반응하도록 하기 위해서이다.

상기 제2 증폭부(750) 역시, 제1 증폭부(720)와 마찬가지로, 커플링 커패시터(C33)를 통해 단자 B에 접속된 연산증폭기(OP14), 바이어스 저항(R49-R50) 및 피드백 루프를 구성하는 RC병렬회로(R48과 C32, R51과 C34)로 이루어진다. 다만, 상술하였듯이 제2 증폭부의 일측 입력단은 오프셋 조절회로(VR4)에 접속된다. 또한, 상기 제1 및 제2 필터링 회로(730, 740)는, 저항(R52-R54, R56-R58), 콘덴서(C36-C39, C40-C43) 및 증폭기(OP15, OP16)에 의해 공지의 방법으로 이루어져도 좋다.

한편, 상기 수광된 광은 일정 시간마다 선택적으로 측정되어지도록 상기 제2 증폭부(750)의 출력단자(C)에는 도 7d에서와 같은 슈미트 트리거 회로(760)가 부가되어, 측정된 맥박 측정 신호 중에서 정해진 피크값 이상이 되는 파형만을 리미팅한 후, 소정 시간(일례로 1분) 내에 그러한 파형의 개수를 카운팅함으로써 바로 맥박수를 산출할 수 있다. 슈미트 트리거 회로(760)는 도7d에 도시된 바와 같이, 접속단자 C 의 맥박측정 신호를 증폭한 증폭회로(C44, R59, Q1)의 신호를 입력으로 가지고 리미팅 신호 출력을 내는 타이머(일례로 HAI7555(U5)를 사용)와 부수적으로 접속되는 저항(R60-R61, C45)에 의해 이루어지며, 그의 출력은 다시 저항(R63-R64), 콘덴서(C46) 및 트랜지스터(Q2)로 이루어지는 증폭회로(770)에 의해 증폭된 후, A/D 컨버터를 거치지 않고 단자(704)를 통해 신호처리 및 제어부(410)의 프로세서(IC1)의 입력단자(INTO)에 직접 입력된다. 맥박수를 카운팅하는 동안 컴퓨터 사용자에게 주의를 주기 위해 슈미트 트리거 회로부에는 경고부(LED, R62)(780)가 병렬접속된다.

이하, 상술한 스트레스 측정장치의 동작을 도1 내지 도4 및 도8 내지 도9를 참조하여 설명한다. 도8은 본 발명에 관한 스트레스 인식프로그램의 구조도이고, 도9는 본 발명에 의해 측정된 스트레스 정보를 디스플레이하는 컴퓨터 모니터 화면의 일례이다.

먼저, 컴퓨터 사용자가 주변기기에 신체를 갖다 댈 때(예를들면, 마우스를 오른손으로 파지하여 도2의 각 생체신호 측정센서에 접촉할 때), 마우스의 맥박, 체온 및 피부전도도/근전도 측정부에 의해 일정 시간 간격으로 (예를들면 5초 간격으로) 컴퓨터 사용자의 맥박, 체온, 피부전도도 및 근전도 값이 측정되어지며, 측정된 각 생체신호인 맥박, 체온, 피부전도도 및 근전도 값은, 도3 및 도4에서 보는 바와 같이, A/D 컨버터(AD1)로 입력단자(CH0-CH3)를 통해 입력되어 디지털 값으로 변환된 후, 출력단자(Dout)를 통해 제어부(410)의 프로세서(IC1)로 입력되고 동시에 EEPROM(U2)에 임시저장되며, 전송부(800)를 통해 컴퓨터 본체(200)로 전송된다.상기 전송되는 신호는 각 생체 신호당 4비트를 할당하여 총 16비트의 데이터로 이루어지는 것이 가능하다. 다만, 피부전도도가 비교적 스트레스 상태를 근전도보다 더욱 잘 반영하는 관계로 근전도 측정 및 근전도변화계수 산출을 생략할 수 있으며, 이 경우에 전송신호는 12비트의 데이터로 이루어진다.

측정된 컴퓨터 사용자의 맥박, 체온 및 피부전도도를 1주 혹은 1달 간격으로 계속 측정하여, 컴퓨터 사용자에 대한 스트레스 표준치를 생성한다. 따라서, 이러한 표준치는 사람마다 또는 연령에 때라 달라질 수 있다.

컴퓨터 본체(200)로 전송되어진 데이터는 스트레스 인식 프로그램 저장부(230)(도1 참조) 내에 저장된 스트레스 인식 프로그램에 의해 해석되어 지는 바, 도8은 도1의 스트레스 인식프로그램의 구조도로서, 본 발명에 관한 스트레스 인식 프로그램은, 맥박변화계수(α) 산출부(232)와 체온변화계수(β) 산출부(233)와 피부전도도 변화계수(γ) 산출부(234)와 근전도변화계수(γ) 산출부(235)를 포함하는 생체신호변화계수 산출부(231), 연산부(236) 및 스트레스지수 표시부(237)로 구성된다.

생체신호변화계수 산출부(231) 내의 맥박변화계수(α) 산출부(232), 체온변화계수(β) 산출부(233), 피부전도도 변화계수(γ) 산출부(234), 및 근전도변화계수(γ) 산출부(235)에서는 각각, 전송되어온 4비트의 생체신호 데이터에 의해 맥박변화계수(α), 체온변화계수(β), 피부전도도 변화계수(γ), 근전도변화계수(δ)를 산출하게 되는 바, 일례로 어떤 특정인에 대한 표준치를 산출함으로써 만들어진 산출식은 다음과 같다.

(단, 여기에서 P는 4비트의 맥박측정값)

(단, 여기에서 T는 4비트의 체온측정값)

또한 피부전도도 및 근전도의 값(γ, δ)은 0에서 4095까지의 이산 값으로 인위적으로 정해지도록 프로그래밍할 수 있다.

다음, 연산부(236)에서는, 상기 수학식 및 산출방식에 의해 산출된 생체변화계수들을 조합하여 스트레스 지수(ST)를 최종적으로 계산하게 되는 바, 수학식 2와 같이 각 생체변화계수가 실제 스트레스에 대하여 갖는 중요도를 반영하도록 각 계수에 가중치를 곱하여 합산함으로써 이루어진다.

ST=aα+bβ+cγ+dδ (단, a, b, c 및 d는 가중치)

이상 산출된 생체변화계수, 즉 맥박변화계수(α: Pulse), 체온변화계수(β: Temp.), 피부전도도 변화계수(γ: GSR) 및 스트레스 지수(ST: Stress)가 스트레스 지수 표시부(237)에 의해 모니터에 디스플레이된 일례가 도9에 나타나 있다. 도9의 실시예에서는 상술한 바와 같은 이유로 근전도값에 대해서는 고려하지 않았다.이상 산출된 스트레스 지수(ST)는, 과거 1주일간의 스트레스 지수를 막대그래프 형태로 디스플레이하고, 또한 과거 1개월 치의 스트레스 지수를 막대그래프 형태로 디스플레이하여 컴퓨터 사용자가 스스로 현재의 스트레스 상태의 변화를 체크하여 볼 수 있도록 할 수도 있다.

그리하여, 컴퓨터 사용자가 스트레스를 받고 있다고 판단하게 되는 경우, 그에 적절한 자극을 사용자에 주게되거나, 또는 모니터에 경고하여 사용자가 스스로 작업을 일시중단하고 주의를 환기하게 하도록 하여, 궁극적으로 컴퓨터 사용자의 스트레스를 완화 내지 해소하는 것이 가능하게 한다.

예를들어, 최근 1주일 또는 1개월 간의 스트레스 상태를 비교하여, 편의상 A: 정상적인 상태의 단계, B: 다소 스트레스가 있는 상태, 및 C: 스트레스가 심한 상태로서 긴 시간의 휴식이 필요한 상태로 분류하여, B상태 및 C상태일 경우에는 향분사장치(140)가 자동으로 실행되되, B상태일 경우에는 분사량이 0.2로 실행되도록 그리고 C상태일 경우에는 분사량이 0.4로 실행되도록 프로그래밍 할 수도 있다.

한편, 도10 내지 도17에는, 본 발명에 관한 스트레스 자동 인식장치를 컴퓨터 마우스에 구현한 또다른 실시예를 보여준다. 도10은 종래의 마우스의 포인팅 기능부 및 제어부의 회로도이고, 도11은 피부전도도 측정부의 회로도이며, 도12는 맥박 측정부의 회로도이다.

도10에서 보는 바와 같이, 종래의 3차원 포인팅이 가능한 광마우스는, 발광/수광부(R101, D101, Q101)와 이동검출신호처리부(U101, XT101, C101-C103, Q102)로 이루어지는 X-Y축방향 이동검출부(330), 3개의 스위치(SW1-SW3)의 입력을 갖는 스위칭부(340), 휠의 회전을 감지하는 인코더(ENC1)를 갖는 Z축방향 이동검출부(350), 마우스의 동작 상태 여부를 알리는 발광다이오드(D102, D103)를 갖는 작동표시부(360), 컴퓨터 본체와 데이터를 주고받는 전송부(370) 및 이들을 제어하는 프로세서칩(IC2)과 그에 부수적인 소자(R102-R110, C104-C105, D104, XT102)들로 이루어진다. 이때, 상기 프로세서칩(IC2)은, 도4의 신호처리부(400)에 해당하는 회로를 원칩화한 것으로서 A/D 컨버터와 제어부 등을 포함하며, X-Y축방향 및 Z축방향 이동검출 및 마우스의 포인팅 기능을 제어하는 외에도, 피부전도도 및 맥박을 검출할 수 있는 기능을 갖는다. 상기 광마우스는 일례로 IBM 프로토콜(P/S2)을 따르게 된다.

이를 위해, 프로세서칩(IC2)은 피부전도도 측정부(500')의 입력단(R112)으로 테스팅 신호를 송출하며 측정된 신호를 상기 피부전도도 측정부(570')의 출력단(OP10)으로부터 프로세서칩(IC2)의 A/D 컨버터부를 통해 수신한다 (도11 참조). 또한, 맥박검출부(700')의 검출신호를 단자C로부터 프로세서칩(IC2) 내의 A/D 컨버터부를 통해 수신하며, 측정된 맥박신호의 비교신호(790; 후술함)를 프로세서칩(IC2) 내의 타이머부를 통해 수신한다 (도11 참조).

이제 본 발명의 제2 실시예에 관한 피부전도도 측정부(500')를 도11을 참조하여 설명한다. 도11에서 보듯이, 신호처리부의 프로세서칩으로부터 발생된 온/오프 신호는 저항(R111)을 통해 스위칭용 트랜지스터(Q103)의 베이스 단에 접속되어 릴레이부(590)의 동작을 제어하게 된다.

한편, 상기 프로세서칩으로부터의 신호는 증폭기(OP1)와 저항(R112,R114)으로 이루어지는 증폭부에 의해 증폭된 후, 출력저항(R114)을 통해 릴레이(RLY_1)의 일 단자(NO_1)에 입력된다. 상기 단자(NO_1)와 쌍을 이루는 다른 단자(COM_1)는 제1 전극(GSR1)(501)에 접속된다. 한편, 상기 쌍을 이루는 단자들(NO_1, COM_1)과 대응되는 제2 입출력 단자(NO_2, COM_2)에는 제2 전극(GSR2)(502) 및 출력부(570')가 접속된다.

따라서, 프로세서칩으로부터의 온/오프 신호가 '온'일 경우, 입력부로서 기능하는 증폭부(530')가 제1 전극(501)에 접속되어 수 볼트의 전압이 인체에 가해지며, 이는 제2 전극(502)에 컴퓨터 사용자의 피부전도도에 대응하는 크기의 전류를 흐르게 함과 동시에 제2 전극(502)은 출력부(570')에 접속되므로, 검출된 피부전도도 출력신호가 버퍼(580')와 증폭부로 이루어지는 출력부(570')를 통해 신호처리부 프로세서칩(IC2)의 A/D 컨버터부로 전송된다. 상기 제2 실시예의 출력부(570') 및 버퍼(580')는 각각, 도5d에 도시되어 있는 제1 실시예의 피부전도도 신호 출력부(570) 및 버퍼(580)와 거의 동일하며, 그 구성소자 역시 동일하므로 동일한 기능을 하는 소자는 동일한 참조부호로 표시되어 있다. 다만, 제1 실시예에서는 증폭회로의 반전입력단자가 접지되어 있으나, 본 실시예에서는 2.5V의 로우 전원에 접속되어 있는 점에서 상이할 뿐이다.

다음으로 본 발명의 제2 실시예에 관한 맥박 측정부(700')를 도12를 참조하여 설명한다. 도12에서 보듯이, 제2 실시예에 관한 맥박 측정부(700') 역시, 발광 및 수광부(710')와 제1 증폭부(720'), 상기 제1 증폭부의 출력단(A)에 접속된 제2 증폭부(750'), 그리고 상기 제2 증폭부의 출력단자에 접속되어 있는 비교부(790)로이루어진다. 즉, 제2 실시예의 맥박 검출부(700')는 제1 실시예의 맥박 검출부(700)에 비해 필터부(730, 740)를 사용하지 않고, 제1 증폭부(720')가 제2 증폭부(750')에 직접 접속되어 단순화되어 있다.

제2 실시예의 맥박 검출부(700')의 발광 및 수광부(710'), 제1 증폭부(720') 및 제2 증폭부(750')는, 역시 제1 실시예의 그것들(710, 720, 750)과 거의 동일하며, 그 구성소자 역시 동일하므로 동일한 기능을 하는 소자는 동일한 참조부호로 표시되어 있다. 다만, 제1 실시예에서는 제1 및 제2 증폭부의 반전입력단자가 접지되어 있으나, 본 실시예에서는 2.5V의 로우 전원에 접속되어 있으며, 또한 제2 실시예에서의 제2 증폭회로의 반전입력단자에 오프셋 조정을 위한 가변저항기(VR4)가 사용되지 않는다는 점에서 상이할 뿐이다.

상기 제2 증폭기(750')의 출력단(C)의 출력신호는 역시 신호처리부 프로세서칩(IC2)의 A/D 컨버터부로 전송된다.

본 발명의 제2 실시예의 동작을 도14 내지 도17을 들어 설명한다. 도13은 도12의 비교기 입출력 신호의 파형도이고, 도14는 마우스 신호의 처리를 나타내는 개략도이며, 도15a 및 도15b는 도14의 마우스 신호 데이터의 구조도로서, 도15a는 마우스의 포인팅 신호를 나타내는 데이터의 일례이고, 도15b는 생체측정 신호를 나타내는 데이터의 일례이다.

한편, 검출된 맥박 신호에 의해 맥박 변화를 측정하는 방법으로는 짧은 시간간격(예를들면 1/100-1/200 초 간격)으로 생체정보를 받아들어 최고값과 이후의 최고값과의 시간 간격을 한 주기로 하는 방법도 있으나, 도13의 (a)에서 보는 바와같이 노이즈로 인하여 파형에 있어 혼란이 발생할 수도 있다. 따라서, 도12에서 보는 바와 같이 비교기(OP101)와 분압저항(R115, R116)을 갖는 비교부(790)를 부가하여, 검출 신호가 기준전압(Vref) 이상이면 '하이' 신호를, 상기 기준전압 미만이면 '로우' 신호를 출력하도록 하여, 도13의 (b)에서 보는 바와 같이 디지털 처리를 행하는 방법도 있으며, 이러한 경우에는 다소 노이즈가 발생하더라도 맥박의 카운팅이 영향을 받지 않고 정확한 계수가 가능하게 된다. 이러한 디지털 신호는 A/D 컨버팅이 필요 없으므로 바로 프로세서칩(IC2) 내의 타이머로 인가되어도 좋다.

도14에는 마우스로부터 컴퓨터 본체로 전송된 신호의 처리에 관한 하드웨어 블록도가 도시되어 있다. 마우스(300)로부터 4바이트의 신호(도15 참조)가 컴퓨터 본체 내에 있는 장치 드라이버(240)로 전송된다. 장치 드라이버(240)로 전송되는 4바이트 신호는 두 가지 타입이 있으며, 이러한 데이터 형태는 최상위 비트가 "0"인가 "1" 인가에 의해 장치 드라이버(240)에 의해 판독하는 것이 가능하다. 일례로, 도15a에서 보는 바와 같이 최상위 비트가 "0"이면 장치 드라이버(240)는 전송되어 온 데이터를 통상의 마우스의 포인팅 데이터로 파악하여 데이터가 윈도우 프로그램 처리부(250)에서 처리되도록 스위칭하며, 윈도우 프로그램 처리부(250)는 이후 7비트를 마우스의 키상태 정보로, 다음 8비트 씩을 X축, Y축 및 Z축 방향 이동값으로 정할 수 있다. 만약 최상위 비트가 "1"이라면 장치 드라이버는 전송되어 온 데이터를 생체정보 데이터로 파악하여 데이터가 응용 프로그램의 일종인 스트레스인식 프로그램 처리부(260)에서 처리되도록 스위칭하며, 스트레스인식 프로그램 처리부(260)는 다음 7비트와 계속해서 8비트(15비트)를 맥박 타이머의 측정값으로,다음 8비트 씩을 각각 제2 전극의 전류값 및 피부전도도 값으로 파악하도록 정할 수 있다 (도15a의 (a) 참조). 다만, 본 발명의 제1 실시예에서처럼 체온 및 근전도 값도 측정하여 4개의 파라메터를 종합하여 스트레스를 측정하고자 할 경우에는, 도15b의 (b)에서처럼, 최상위의 모드 비트 이후의 7비트를 체온정보로, 이후 8비트 씩을 근전도, 제2 전극의 전류값 및 피부전도도 값으로 파악하도록 정할 수도 있을 것이다.

또한, 스트레스 인식 프로그램 처리부(260)에서 생체정보 데이터를 처리하는 방식은 제1 실시예에서와 동일하다. 즉, 먼저 맥박타이머 값에 의해 맥박변화계수(α)가 산출되고, 피부전도도값에 의해 피부전도도 변화계수(γ)가 산출되며, 이들을 조합하여 스트레스 지수(ST)가 다음 수학식4에 의해 결정된다.

ST=aα+cγ (단, a 및 c 는 가중치)

이 경우 피부전도도 변화계수가 스트레스를 더 잘 반영하므로, 바람직하게는 a<c 인 것이 바람직하다. 또한, 이상 산출된 생체변화계수, 즉 맥박변화계수(α: Pulse), 피부전도도 변화계수(γ: GSR) 및 스트레스 지수(ST: Stress)가 스트레스 지수 표시부(237)에 의해 모니터에 디스플레이된다.

이상의 본 발명의 제2 실시예의 동작을 도16 및 도17의 플로우챠트를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도16은 도12 내지 도14의 실시예의 마우스 동작을 나타내는 플로우챠트이고, 도17은 도16의 생체정보 판독.전송 동작을 나타내는 서브루틴의 플로우챠트이다.

먼저, 도16에서 보는 바와 같이, 마우스 동작이 시작되면(S1), 프로세서칩(IC1)은 마우스 타이머 및 변수지정과 같은 초기화를 행한다(S2). 그후 X-Y축방향 이동검출부(330)를 리셋하고(S3), 그후 X-Y축방향 이동검출부의 2개 펄스의 조합에 의한 4상(phase) 신호에 의해 X-Y축방향 이동을 검출하고, 휠의 회전에 의한 인코더(ENC1)의 출력에 의해 Z축방향 이동을 검사한다(S4).

한편, 이상의 일반적인 마우스의 동작 외에도 본 발명에 관한 마우스는, 일정 시간 간격으로 컴퓨터와의 통신을 체크하는 바(S5), 만약 컴퓨터 본체로부터 명령어 데이터의 입력이 없으면 전송부가 출력모드로 동작할 수 있으므로 컴퓨터로 마우스 데이터를 송출한다(S6). 그러나 이와는 달리 만약 컴퓨터 본체로부터 명령어 데이터가 입력되면 그 데이터를 처리하고(S7), 컴퓨터 사용자의 생체정보를 판독하여 전송하는 도17의 서브루틴을 수행하게 된다(S8).

컴퓨터 사용자의 생체정보를 판독하여 전송하는 서브루틴을 도17을 참조하여 설명한다. 생체정보 판독이 시작되면(S11), 마우스의 프로세서는 소정 시간 간격(예를들어 1/100초 내지 1/200초 간격)으로 피부전도도 측정부(500')로 릴레이 '온' 신호를 송출하여 릴레이(RLY_1)를 동작시키면서 제1 전극(501)에 1.2V의 전압을 인가하여 제2 전극(502)을 통해 전류신호를 입력받음으로써 신체의 피부전도도를 측정하게 되며, 아울러 맥박측정부(700')를 통해 상기 소정 시간 간격으로 발광 및 수광부(710)를 통해 검출된 신호를 수신한다. 한편, 이들 신호는 A/D 컨버터부로 받아들여져서 디지털 처리되며, 제어부는 이들 디지털 값을 판독하여 버퍼에 일시 저장하게 된다(S12, S13). 그리고 이러한 판독 및 일시저장 단계를 일정 시간 동안 반복하게 된다(S14). 한편, 맥박검출신호는 비교부(790)에 의해 도13에 도시되어 있는 바와 같이 디지털 값으로 처리된 후 직접 타이머부로 입력되어 마우스의 프로세서에서 직접 맥박의 카운팅이 이루어질 수도 있으며, 상기 타이머의 값도 아울러 판독된다(S15). 그리하여 이들 생체정보는 도15b에 도시되어 있는 바와 같이 프레임으로 만들어져서 컴퓨터 본체로 전송된다(S16). 이후 프로세스는 마우스 본래의 포인팅 기능을 할 수 있도록 S4 단계로 리턴한다(S17). 도17의 프로세스는 버퍼가 다 차면 자동적으로 마우스가 컴퓨터 본체로 생체정보 데이터를 전송하는 것으로 하였으나, 컴퓨터 본체가 전송 명령을 보내면 그에 응하여 생체정보 데이터를 전송하도록 하는 것도 가능하다.

도18 내지 도24c에서는 본 발명에 관한 스트레스 측정 장치를 이용하여 스트레스를 측정하는 것에 대한 실험 방법 및 결과데이터를 보여 줌으로써, 본 발명에 관한 스트레스 측정 장치 방법에 의해 스트레스의 측정이 충분히 신빙성이 있다는 것을 입증하고 있다.

도18은 본 발명에 관한 스트레스 측정 마우스의 전체적인 실험 테스트의 블록다이어그램이며, 도19는 도18의 실험에 사용된 연산 테스트 자극 프로그램의 일예를 보인 컴퓨터 화면이며, 도20a 및 도20b는 각각 연산 테스트 실험 및 CPT 실험의 진행과정을 보인 흐름도이고, 도21은 실험에 의해 수집된 생리신호이며, 도22a 및 도22b는 도 20에서 사용되는 설문지의 예로서, 각각 심리 스트레스 및 육체 스트레스 주관 평가서의 일예이고, 도23a 및 도23b는 각각 심박수 및 GSR 분석 프로그램의 일예이며, 도24a 내지 도24c는, 연산 및 CPT 테스트에 있어서 시간 변화에따른 심박수, GSR 및 피부온도 변화들을 각각 나타낸다.

도18에서 보는 바와 같이, 먼저 본 발명에 관한 감성 마우스(300) 및 본 발명과는 별개의 바이오팩(920) 장치가 컴퓨터 본체(200)와 연결되어 있으며, 여기에서 PPG, RSP, GSR, ECG, EEG 및 SKT와 같은 여러 가지 생체정보를 산출하게 된다. 실험과 동시에 별도의 컴퓨터 모니터(910)를 통해 피실험자에게 자극을 가하여 스트레스를 가하였으며, 피실험자의 생체정보는 MP100WS 프로그램(930)에 따라 분석장치(940)에서 분석되었다.

상기 실험은 20∼25세의 남자 대학생 10명과 여자 대학생 10명을 대상으로 하며, 제시되는 스트레스 자극으로는 연산 테스트 자극과 CPT(continuos performance Test)를 실시하였다. 측정하는 생리신호는, 본 발명과 별개의 바이오팩(BIOPAC) 장치로부터 측정된 PPG, RSP, EEG, ECG와, 동시에 본 발명에 관한 스트레스 자동인식 마우스를 통하여 측정된 GSR, 맥파 신호와, 써모미터(thermometer)를 이용하여 측정된 온도이다.

피험자들의 실제의 심리상태를 알아보기 위해 심리 스트레스에 대한 주관적 설문 조사와 육체 스트레스에 대한 주관적 설문 조사를 실시하였다. 데이터 분석은 측정된 생리신호들에 대해 각각 적절한 분석 기법을 통해 파라미터를 추출하고 스트레스 인덱스를 도출하기 위해 수행하였다.

스트레스 자극 방법의 하나인 연산테스트 방법은, ISO 10075-2에 제시된 규정들을 고려한 자극제시 방법이며, 전북대학교 전자공학과에서 비주얼 베이직으로 개발된 프로그램으로써, 화면에 제시된 숫자를 단순 덧셈하여 그 결과가 화면에 제시된 숫자와 같으면 3초 내에 발판 조이스틱의 버튼 1을, 다르면 버튼 2를 누르도록 하는 연산 작업을 수행하게 하였다. 숫자의 덧셈은 3자릿수 덧셈 15분, 4자릿수 덧셈 15분으로 하여 총 30분 간 스트레스 자극을 제시하게 되며, 연산 테스트 자극 화면의 한 예가 도19에 나타나 있다.

스트레스 자극 방법의 또다른 하나인 CPT(Continuous Performance Test) 방법은, 1956년 경미한 간질을 않는 환자들에게서 주의력이 감소되는 것을 탐지하기 위해 "Rosvold" 등에 의해 도입된 것으로, 실험의 연속적인 집중력 요구가 정신적 스트레스를 유발할 수 있으므로 본 연구에서 활용되었다. 컴퓨터 화면에 매초마다 연속적으로 "0" 에서 "9"까지의 숫자가 무작위로 나타나는데 이중에서 "0"이 나올 때 발판 조이스틱 버튼을 눌러서 카운트를 하도록 되어있다. 숫자가 제시되는 시간은 컴퓨터의 수직 주파수를 70Hz로 설정하였을 경우 29msec 동안 제시된다. 총 480개의 숫자 중에 "0"이 나오는 횟수는 120번이며, 8분 동안 자극을 제시하게 된다. 검사 결과는 제시된 자극에 대하여 피험자가 인식한 자극의 비율(%)에 의해 산출되어진다. 이런 경우 실험 참여도에 대한 집중력이 떨어진 경우에는 정답율이 상당히 저조하게 나타나기 때문에, CPT에서 제시된 자극회수의 ±10%의 오차 내에 있는 데이터 값에 대하여 실험의 적극적인 참여가 인정되고, 분석에 사용되어진다.

주관적 설문지는 고려대학교 부설 행동과학연구소에서 편찬한 "심리척도 핸드북"과 기존의 논문들을 참고로 해서 7점 척도법으로 심리 스트레스 설문지와 육체 스트레스 설문지를 제작하였으며, 도22a 및 도22b에 나타나 있다.

바이오팩 장비를 통해 검출한 생리신호의 샘플링 주파수는 512Hz로 설정하였으며, 본 발명에 관한 스트레스 자동인식 마우스를 통한 생리신호는 1초마다 한 번씩 생리신호가 저장되었다. 온도는 써모미터에 나타난 값을 1분마다 별지에 기록하였다.

생리신호는 20명의 피험자로부터 검출하였으며, 동일한 피험자가 첫째 날은 연산 테스트를 스트레스 자극으로 하였고, 둘째 날은 CPT를 스트레스 자극으로 하여 실험하였다.

생리신호 검출 시간과 실험 과정은 도20a 및 도20b에서와 같이 진행되었다. 즉, 연산 테스트 실험은 도20a에서 보는 바와 같이, 먼저 실험 목적 및 실험과정을 설명하고(S21), 전극부착 및 조정을 행한 다음(S22), 안정상태의 생리신호를 검출하고(S23), 안정상태의 설문지를 작성하도록 하였다(S24). 다음, 스트레스를 가하고 그것에 반응하는 데 대한 태스크 연습을 간단히 한 후(S25), 잠깐 휴식을 취하고(S26), 5분 후에 본격적인 태스크를 행하고 나서(S27), 스트레스 받았을 때에 대한 설문지를 작성하도록 하였다(S28).

한편, CPT 실험 역시 도20b에서 보는 바와 같이, 먼저 실험 목적 및 실험과정을 설명하고(S31), 전극부착 및 조정을 행한 다음(S32), 안정상태의 생리신호를 검출하고(S33), 안정상태의 설문지를 작성하도록 하였다(S34). 다음, 스트레스를 가하고 그것에 반응하는 데 대한 태스크 연습을 간단히 한 후(S35), 잠깐 휴식을 취하고(S36), 5분 후에 본격적인 태스크를 8분간 행하고 나서(S37), 스트레스 받았을 때에 대한 설문지를 작성하도록 하였다(S38).

도21의 (a) 내지 (e)는 차례대로, 수집된 다섯 가지 생리신호의 대표적인 신호의 예인 PPG, RSP, GSR, EEG, ECG 신호를 나타내고 있다.

전체 실험 시간을 볼 때, 스트레스 자극 시간에 있어서 연산자극방법은 30분이고, CPT방법은 8분이기 때문에 시간의 경과가 스트레스의 변수로 작용하여 생리신호에 영향을 미친다는 가정 하에 30분간 받은 연산 테스트 자극 데이터는 각 3분간 총 10개의 데이터로 나누어 분석하였고, 8분간 받은 CPT 자극에 대한 데이터는 각 1분간 총 8개의 데이터로 나누어 분석하였다. 따라서 시간경과에 따른 연산 테스트 자극 데이터는 3분 단위로 변화하는 생리신호를 관찰할 수 있고, CPT 자극 데이터는 1분 단위로 생리신호를 관찰할 수 있다. 이때 연산테스트 자극 데이터와 CPT 자극 데이터의 차이점은, 연산테스트는 자극 시간이 30분으로 길고, CPT는 8분으로 짧지만 연산 테스트는 단순한 암산 테스트이므로 시간이 경과함에 따라 자극에 어느 정도 적응이 되지만, CPT는 자극의 강도가 강하며 시간이 경과할수록 눈의 피로감이 증가함을 나타낸다.

본 실험에서는 데이터 분석을 위해 "Labview" 프로그램을 이용하였다. 이 프로그램은 데이터의 처리 및 DB화가 간편하고, 모든 처리를 그래픽 프로그램을 통해 구성할 수 있으므로 현재 생체신호처리 분석뿐만 아니라 다양한 신호처리 분야에서 널리 활용되고 있다.

ECG에서는 심박수를 변수로 하여 분석하였으며, 심박수의 변화를 안정상태에 대한 백분율로 나타내었다. 이는 사람마다 기준상태가 틀리기 때문에 단순한 절대값으로는 여러 사람들의 데이터를 비교하기가 불가능하기 때문이다. 도23a는 심박수 계산 프로그램을 나타낸 것이다.

GSR은 피부전기반응의 전반적인 변화 추세를 나타내는 것으로 교감신경계의 수준을 나타내는 지표로 이용되며, 시간 영역에서 전체적인 추세를 관찰함으로써 분석할 수 있다. 본 연구에서는 GSR의 진폭 값에 대한 평균을 구하고 이를 안정상태에 대한 백분율로 나타내었다. 도23b는 실험에서 사용된 GSR 분석 프로그램을 나타낸 것이다.

EEG는 주파수 분석을 통하여 분석을 하는데, δ파(4Hz 이하), θ파(4∼8Hz), α파(8∼13Hz), β파(13Hz 이상)로 주파수 대역을 나눈 후 대역별 파워 값을 구하고 α/(α+β)를 계산하여 각 시간대에서 안정상태에 대한 백분율로 나타내었다.

RSP는 호흡 시 흉곽근육이 수축, 팽창을 반복하는데 이 때문에 흉곽 근육의 변화를 저항의 변화를 통하여 감지하여 호흡측정에 이용한 것으로 호흡수, 또는 흡기, 호기시 파형의 피크값을 분석함으로써 스트레스로 인한 호흡률 상승 정도를 관찰하고자 이용하였다. 본 실험에서는 호흡수를 구하고 역시 안정상태에 대한 백분율로 나타내었다.

피부온도는 일반적으로 교감신경이 활성화되었을 때 혈관의 수축으로 인해 온도가 낮아지는 경향을 나타낸다. 피부온도 데이터 역시 안정상태에 대한 백분율로 나타내었다.

주관적 설문 평가에 의한 데이터는 각 항목별로 모든 피험자들이 표시한 점수의 평균을 구하여 안정상태일 때와 자극을 받았을 때의 값을 비교하였다.

설문 결과를 분석하여 과연 본 연구에 활용한 자극 방법이 스트레스를 유발하기에 적절하였는가를 확인하였는 바, 연산테스트에 있어서는 12문항의 심리적스트레스에 대하여 '머리가 멍멍하다', '지루하다'를 제외하고는 나머지 모든 문항에 대하여 안정상태인 자극 전에 비해 자극 후에 그 정도가 심해졌으며, 13문항의 육체적 스트레스에 대해서는 '눈꺼풀에 경련이 일어난다', '졸립다', '눈이 피로해진다'를 제외하고는 나머지 모든 문항에 대하여 자극 전에 비해 자극 후에 그 정도가 심해졌음을 나타냈다. 이는 연산테스트의 경우 안정상태 생리신호 검출 시간이 10분이고 그 시간 동안 눈을 감지 않은 상태에서 가만히 한 곳을 주시하는 경우이기 때문에 오히려 스트레스 자극을 받기 전에 지루한 정도가 더 클 수 있었을 것이기 때문으로 판단된다. 또한, 30분간의 연산테스트는 계속적으로 컴퓨터 화면에 나타나는 세 자리 혹은 네 자리 수를 주시하면서 암산하기 때문에 어느 정도의 눈동자의 움직임이 발생하게 되므로 가만히 한 곳만 응시하는 안정상태보다는 눈의 피로가 덜 하였을 것으로 해석될 수 있을 것이다.

그리고, 특히 주목할 점은 심리적 스트레스에서는 '초조하다', '짜증난다', '신경질적이 된다' 등에서 큰 변화를 나타냈으며, 육체적 스트레스에서는 '어깨가 뻐근하다', '입이 마른다', '팔다리가 쑤시고 아프다' 등에서 큰 변화를 나타냈다. 이는 본 설문이 연산 테스트 시에 피험자에게 심리적, 육체적 스트레스를 유발하고 있음을 나타내는 것으로써 시간 변화에 따른 생리신호의 변화를 찾아내면 스트레스 정도에 대한 지표로 활용될 수 있음을 의미한다 할 수 있다.

CPT 테스트에 있어서는 심리적 스트레스에 대하여 '지루하다'를 제외하고는 나머지 모든 문항에 대하여 안정상태인 자극 전에 비해 자극 후에 그 정도가 심해졌다. 그리고, 육체적 스트레스에 대해서는 '졸립다'를 제외하고는 나머지 모든문항에 대하여 자극 전에 비해 자극 후에 그 정도가 심해졌는데, 이들 '지루하다'와 '졸립다'의 항목에 대해서는 연산 테스트에서와 동일한 이유로 설명될 수 있을 것이다. 그러나, '눈이 피로해진다'라는 항목은 연산 테스트의 경우와 CPT 자극의 경우 자극 전후의 결과가 상반되게 나타났는데, 이는 30분간의 연산테스트 중에는 계속적으로 컴퓨터의 화면에 나와있는 세 자리 혹은 네 자리 수를 주시하면서 암산하기 때문에 가만히 한 곳만 응시하는 안정상태보다 눈의 피로가 덜 하였을 것이며, CPT의 경우는 자극 자체가 순간적으로 화면이 번쩍하며 짧은 시간 동안 나타나는 숫자를 구별하여야 하기 때문에 극도의 눈의 피로감이 생겨, CPT 자극에서는 안정상태 보다 눈의 피로를 더욱 가중시켰을 것으로 판단된다.

연산 및 CPT 테스트에 대한 심박수의 퍼센트 변화율에 대한 평균 그래프가 도24a에 나타나 있다. 그래프의 각 값들은 자극을 시작하기 전 안정상태일 때의 심박수를 기준으로 했을 때 증가한 정도를 퍼센트로 나타낸 것이며, 자극 기간동안의 심박수는 안정 상태일 때에 비해 전반적으로 증가되었음을 볼 수 있다. 연산 테스트의 경우에는 첫 번째 레벨(3 자릿수)의 자극 테스트가 끝나고 두 번째 레벨(4 자릿수)의 자극이 시작되는 시점인 18분에 진입할 때 레벨의 난이도가 상승함에 따라 심박수가 가장 크게 증가하는 경향을 나타내는 것을 볼 수 있다. 또한, CPT 테스트 자극에 있어서는 초기 1분일 때 어느 정도 증가했다가 6분이 경과할 때 최대 변화를 나타내고 있다. 이는 테스트 시작 전의 안정상태일 때에 비하여 자극 최초에는 긴장으로 인해서 그 값의 변화가 어느 정도 높게 나타났다가 시간이 지남에 따라서 자극에 적응해 가고 다시 시간이 경과하면서 심리적인 부담이 증가하는것으로 해석될 수 있을 것이다.

따라서, 심박수의 변화로부터 스트레스를 세 단계인 1, 2, 3단계로 구분하고자 하였다. 우선 연산 테스트의 경우는 두 번째 레벨(4 자릿수)의 자극이 시작되는 시점인 18분에 대한 반응을 최고 스트레스 상태인 스트레스 3단계로 설정하고, 이로부터 2단계와 1단계를 3단계 값의 50%, 25% 되는 값으로 설정하였다. CPT 경우에는 6분이 경과할 때의 값을 스트레스 3 단계로 설정하고 이로부터 연산 테스트의 경우와 마찬가지로 2단계와 1단계를 설정하였다. 즉, 기준 안정상태일 때를 기준으로 심박수의 증가분이 표1과 같을 때를 각 스트레스 단계로 구분하였다.

다음, GSR 측정 실험에 대하여 분석하여 보면, 연산 테스트는 긴 시간 동안 진행되지만 자극의 특성상 계속 스트레스를 받는다고 보기는 어렵고 시간이 진행됨에 따라 피험자들은 그 자극에 대해 적응하는 특성을 갖는다. 따라서, GSR은 시간이 경과함에 따라 증가하는 것이 아니고 오히려 감소하는 경향을 나타낸 것으로 판단된다. CPT 역시 자극 시간은 짧지만 테스트 시간 내내 동일한 자극이 반복해서 제시되므로 눈의 피로는 증가할지 모르지만 긴장도는 감소하는 경향을 나타내었다. 두 테스트 자극에 대한 평균 GSR 반응이 도14b에 나타나 있다. 그러나, 전체적으로 보아 GSR(피부전도도)의 변화는 다른 생체 변화에 비해 피험자가 받는 스트레스의 정도를 잘 반영한다고 할 수 있을 것이다.

연산 테스트 자극에 있어서는 첫 번째 레벨(3 자릿수)의 자극이 시작할 때 가장 큰 변화를 보이고, 두 번째 레벨(4 자릿수) 자극에 대한 반응인 18분에서 레벨의 난이도가 상승함에 따라 GSR 값이 다시 큰 폭으로 증가하는 경향을 나타내고있다. 또한, CPT의 경우에는 자극 초기에 가장 큰 변화를 보이고 시간이 경과함에 따라 그 값이 감소하는 것으로 나타나고 있다. 따라서, GSR의 경우에는 연산 테스트를 기준으로는 3분일 때를 3단계로 설정하고 18분이 될 때를 2단계로 설정하였다. 그리고 1단계는 2단계일 때의 50%가 되는 값으로 설정하였다. CPT로부터는 초기 1분일 때를 3단계로 하고 그로부터 50%, 25%의 값을 2, 1단계로 설정하였으며 그 결과의 요약이 표2에 나타나 있다. 이는 심박수의 변화와 동일한 시점에 대한 변수 값의 추출은 아니지만 동일한 자극에 대한 반응의 차이에 기인한다고 할 수 있을 것이다.

스트레스 상태 하에서의 피부온도는 감소하는 것으로 알려져 있으며, 본 연구를 통해서도 자극에 의해 피부온도가 감소하였음을 확인하였으며, 전체적인 평균값의 변화가 도24c에 나타나 있다. 연산 테스트 자극의 경우에는 급격한 자극의 변화가 아니므로 시간이 경과함에 따라 천천히 감소하는 경향을 나타냈으며, CPT 테스트 자극의 경우는 길지 않은 데이터 수집 시간으로 인해서 감소하는 경향이 크게 나타나지 않았다. 그러나, 각 피험자들을 비교해 볼 때 그 편차의 범위가 상당히 심하게 나타나고 있음을 볼 수 있다. 이는 피부온도가 주위의 온도 조건 및 피험자의 피부온도 변화 민감도에 따라서 변화할 수 있으며, 각 사람들마다 그 편차가 매우 크기 때문일 것이다.

EEG의 경우, 집중력이 감소하고 긴장도가 증가함에 따라 뇌파의 알파파와 베타파 성분 중에 알파파의 비율이 감소함을 통하여 연산 및 CPT 테스트 자극에 의해 심리적 및 육체적 스트레스가 인가되고 있음을 확인할 수 있었으나, 시간의 변화에따른 변수 값의 변화에서는 의미 있는 차이가 나타나지 않았다.

호흡의 경우, 긴장이나 스트레스로 인하여 교감신경계가 자극을 받으면, 호흡수가 증가하는 현상이 나타나며, 본 연구에서는 호흡수의 증가는 관찰되었으나 그 변화 형태에서는 의미 있는 차이를 발견하기는 힘들었다.

본 연구를 통하여 스트레스가 인가되었을 때 생리신호 변수 값의 변화가 나타남이 다음과 같이 확인되었으며, 그 중에서도 심박수 및 GSR의 변화를 토대로 스트레스 정도를 표현할 수 있는 지수(index) 값을 도출하였다.

첫째, 설문 결과를 분석하여 본 연구에 활용한 자극 방법이 스트레스를 유발하기에 적절하였는가를 관찰하였는데, 연산 테스트 자극과 CPT 자극에 대한 심리 및 육체적 스트레스 설문에 대하여 자극 전에 비해 자극 후에 그 정도가 심해졌음을 나타내고 있다. 즉, 시간 변화에 따른 생리신호의 변화를 찾아내면 스트레스 정도에 대한 지표로 활용될 수 있음을 확인하였다.

둘째, 피부온도는 각 사람들마다 그 편차가 매우 클 뿐만 아니라 주위의 온도 조건 및 피험자의 피부온도 변화 민감도에 따라서 크게 변화하므로 기준을 설정하기가 비교적 힘들었으며, 또한, 뇌파의 알파파 성분과 호흡수의 관찰을 통하여 피험자가 스트레스 상태에 있음은 확인하였으나 시간의 변화에 따른 변화 추세에는 일정한 경향을 보이지 않았다.

셋째, 심박수와 GSR의 분석을 통해 연산 테스트 자극과 CPT 자극에 대한 스트레스 지수 값을 도출하였으며, 스트레스의 정도를 3 단계로 구분하였을 때 각 단계를 나타내는 생리신호 변수는 수학식5를 통하여 기준 값에 대한 퍼센트 변화율로계산될 수 있다.

여기에서 HR은 연산테스트 자극을 기준으로 설정하였으며, GSR은 각 단계별 연산 및 CPT 자극을 통해 얻어진 지수값들의 평균으로 구해졌다. 또한, ref는 피험자가 자극 상태에 들어가기 전의 초기 값으로서 사람마다 그 절대값에 큰 차이가 있으므로 항상 각 개인의 기준 값을 설정하고 그에 대한 변화를 측정하기 위해 사용되었다.

앞에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 스트레스 자동감지 주변장치 및 컴퓨터를 이용한 스트레스 측정 시스템에 의하면, 기존의 주변장치에 간단한 회로를 삽입함으로써, 각종 인체정보들을 주변장치가 자동으로 측정하여 스트레스나 피로의 정도를 체크해 줌으로써, 컴퓨터 사용자가 작업 도중에 받는 스트레스를 완화 내지 해소할 수 있는 자료를 제공하는 것이 가능하다.

Claims

컴퓨터 사용자의 생체정보를 측정하는 생체정보 측정부와, 상기 측정된 생체정보를 신호처리하는 수단(400)과, 상기 신호처리된 생체정보신호를 컴퓨터 본체로 전송하는 수단(800)을 포함하는 컴퓨터 주변장치(300); 및

상기 전송된 생체정보신호로부터 생체정보 변화계수들을 산출하고 이들 각각에 가중치를 부여하여 연산하여 스트레스 지수를 산출하는 스트레스 인식 프로그램을 구비하는 컴퓨터 본체(200)를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터를 이용한 스트레스 측정 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 생체정보 측정부는 피부전도도측정부 및 맥박측정부를 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는 스트레스 측정 시스템.
제 2 항에 있어서,

상기 생체정보 측정부는 체온측정부 및 근전도측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스트레스 측정 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 신호처리하는 수단은, 검출된 생체신호를 A/D 변환하는 수단(420)과,검출된 생체신호정보를 일시 저장하는 수단(430)과, 제어부(410)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트레스 측정 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 스트레스 인식 프로그램은 산출된 스트레스 지수를 디스플레이하도록 하는 스트레스 지수 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스트레스 측정 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 컴퓨터 본체는, 일반적인 컴퓨터 입출력을 처리하는 윈도우 프로그램 처리부(250) 외에도 스트레스 인식 프로그램 처리부(260)를 포함하며, 주변장치로부터의 데이터가 입력되었을 경우에 입력 데이터가 생체정보 데이터이면 스트레스 인식 프로그램 처리부(260)로 스위칭하는 장치 드라이버(240)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 스트레스 측정 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 컴퓨터 주변 장치는 컴퓨터용 마우스인 것을 특징으로 하는 스트레스 측정 시스템.
컴퓨터 사용자의 생체정보를 측정하는 생체정보 측정부와, 상기 측정된 생체정보를 신호처리하는 수단(400)과, 상기 신호처리된 생체정보신호를 컴퓨터 본체로 전송하는 수단(800)을 포함하는 컴퓨터 주변장치(300)로서,

상기 생체정보 측정부는, 피부전도도 측정부(500; 500')와 맥박측정부(700; 700')를 포함하며,

상기 피부전도도 측정부는, 테스팅 신호를 피부에 인가하는 제1 전극(501), 피부로부터 생체정보 신호를 감지하는 제2 전극(502) 및 제2 전극으로부터 감지된 신호를 신호처리부(400)로 출력하는 출력부(570; 570')를 포함하며,

상기 맥박측정부는, 발광 및 수광부(710), 검지된 신호를 증폭하여 신호처리부로 출력하는 증폭부 및 상기 증폭된 신호를 일정 기준 전압(Vref)과 비교하여 디지털화함으로써 카운팅을 위한 비교부(790)를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 주변장치.
제 8 항에 있어서,

상기 컴퓨터 주변장치는, X-Y축방향 이동검출 수단인 포인팅 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 주변장치.