KR20200117722A - 알코올 농도 측정 장치 및 그 방법과 이를 이용한 차량의 시동 제어시스템 - Google Patents

알코올 농도 측정 장치 및 그 방법과 이를 이용한 차량의 시동 제어시스템 Download PDF

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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 알코올 농도 측정 장치 및 그 방법과 이를 이용한 차량의 시동 제어시스템에 관한 것으로, 혈중 알코올 농도의 측정결과에 영향을 미치는 혈중 성분들에 대한 흡광도(absorbance)를 기반으로 복수의 파장을 선정하고, 사용자의 신체를 대상으로 상기 선정된 복수의 파장을 이용하여 각각 검출한 흡광도에 기초하여 운전자의 혈중 알코올 농도를 측정함으로써, 운전자의 혈중 알코올 농도를 신속하고 정확도 높게 측정할 수 있는 알코올 농도 측정 장치 및 그 방법과, 상술한 알코올 농도 측정방식에 의해 측정된 운전자의 혈중 알코올 농도에 기초하여 차량의 시동을 제어함으로써, 음주상태의 운전자가 차량의 시동을 걸지 못하게 하여 음주운전을 원천적으로 방지할 수 있는 차량의 시동 제어시스템을 제공하고자 한다.

Description

알코올 농도 측정 장치 및 그 방법과 이를 이용한 차량의 시동 제어시스템{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING BLOOD ALCOHOL CONCENTRATION, AND STARTING CONTROL SYSTEM FOR VEHICLE USING THE SAME}
본 발명은 운전자의 혈중 알코올 농도를 광학식으로 측정하는 기술에 관한 것이다.
매년 음주운전으로 인한 교통사고로 많은 사상자와 수천억 원 이상의 경제적 손실이 발생하고 있다. 사후 단속은 음주운전의 근본적인 해결이 어려워 일부 선진국에서는 사전적 단속 효과가 있는 음주시동잠금장치를 차량에 적용하고 있다. 음주시동잠금장치는 운전자가 차량의 시동을 걸기 전에 음주여부를 확인하여 보다 안전한 차량운행을 할 수 있게 하는 시스템이다.
현재 운전자의 음주측정에 사용되는 방식은 크게 호흡식과 터치 기반 광학식으로 나뉘어진다. 호흡식은 운전자의 호흡에서 발생한 공기에 포함된 알코올 성분을 측정하는 방식으로 반도체 방식과 연료전지방식으로 측정이 가능하다. 이러한 호흡식 음주측정 방식은 대리 시동과 같은 부정 사용 가능성 및 동승자의 음주로 인한 측정 오류 발생 가능성이 있다.
이에 광학식 음주측정 기술이 적용된 차량의 시동 제어시스템이 요구된다.
대한민국등록특허 제10-0816249호
상기와 같은 요구에 부응하기 위하여, 본 발명은 혈중 알코올 농도의 측정결과에 영향을 미치는 혈중 성분들에 대한 흡광도(absorbance)를 기반으로 복수의 파장을 선정하고, 사용자의 신체를 대상으로 상기 선정된 복수의 파장을 이용하여 각각 검출한 흡광도에 기초하여 운전자의 혈중 알코올 농도를 측정함으로써, 운전자의 혈중 알코올 농도를 신속하고 정확도 높게 측정할 수 있는 알코올 농도 측정 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 상술한 알코올 농도 측정방식에 의해 측정된 운전자의 혈중 알코올 농도에 기초하여 차량의 시동을 제어함으로써, 음주상태의 운전자가 차량의 시동을 걸지 못하게 하여 음주운전을 원천적으로 방지할 수 있는 차량의 시동 제어시스템을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 알코올 농도 측정 장치에 있어서, 복수의 특정 파장의 광을 운전자의 신체에 조사하는 광 조사부; 상기 운전자의 신체에 의해 반사되는 각 파장의 광을 수광하는 수광부; 및 상기 수광부에 의해 수광된 각 파장의 광량에 기초하여 각 파장의 흡광도를 검출하고, 상기 검출된 각 파장의 흡광도에 기초하여 운전자의 혈중 알코올 농도를 측정하는 제어부를 포함한다.
여기서, 상기 특정 파장의 광은 혈액 성분 중에서 에탄올에 대한 흡광도와 헤모글로빈에 대한 흡광도 및 글루코스에 대한 흡광도를 기반으로 선정될 수 있다.
일례로, 상기 특정 파장의 광은 상기 에탄올에 흡수되는 광량이 최대 임계치를 초과하는 제1 파장의 광; 상기 에탄올에 흡수되는 광량이 최소 임계치를 초과하지 않는 제2 파장의 광; 및 상기 에탄올에 흡수되는 광량이 최소 임계치를 초과하지 않는 제3 파장의 광을 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 파장의 광과 제2 파장의 광 및 제3 파장의 광은 상기 헤모글로빈과 상기 글루코스에 대해서 하기의 [수학식 1]을 만족하는 것을 특징으로 한다.
[수학식 1]
A1h - A2h ≒ A2h - A3h
A1g - A2g ≒ A2g - A3g
여기서, A1h는 헤모글로빈에 대한 제1 파장의 흡광도, A2h는 헤모글로빈에 대한 제2 파장의 흡광도, A3h는 헤모글로빈에 대한 제3 파장의 흡광도, A1g는 글루코스에 대한 제1 파장의 흡광도, A2g는 글루코스에 대한 제2 파장의 흡광도, A3g는 글루코스에 대한 제3 파장의 흡광도를 각각 나타낸다.
또한, 상기 광 조사부는 운전자의 손가락 내 혈액을 타겟으로 복수의 특정 파장의 광을 조사하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 광 조사부는 다파장광원으로부터 조사되는 광을 필터링하여 복수의 특정 파장의 광을 추출하는 광학필터를 구비할 수 있다. 이때, 상기 광학필터는 제1 구동전압이 인가되면 제1 에어갭을 형성하고, 제2 구동전압이 인가되면 제2 에어갭을 형성하며, 제3 구동전압이 인가되면 제3 에어갭을 형성할 수 있다. 아울러, 상기 광학필터는 상기 형성된 제1 에어갭을 통해 상기 다파장광원으로부터의 광에서 제1 파장의 광을 추출하고, 상기 형성된 제2 에어갭을 통해 상기 다파장광원으로부터의 광에서 제2 파장의 광을 추출하며, 상기 형성된 제3 에어갭을 통해 상기 다파장광원으로부터의 광에서 제3 파장의 광을 추출할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 알코올 농도 측정 방법에 있어서, 광 조사부가 복수의 특정 파장의 광을 운전자의 신체에 조사하는 단계; 수광부가 상기 운전자의 신체에 의해 반사되는 각 파장의 광을 수광하는 단계; 및 제어부가 상기 수광된 각 파장의 광량에 기초하여 각 파장의 흡광도를 검출하고, 상기 검출된 각 파장의 흡광도에 기초하여 운전자의 혈중 알코올 농도를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 특정 파장의 광은 혈액 성분 중에서 에탄올에 대한 흡광도와 헤모글로빈에 대한 흡광도 및 글루코스에 대한 흡광도를 기반으로 선정될 수 있다.
일례로, 상기 특정 파장의 광은 상기 에탄올에 흡수되는 광량이 최대 임계치를 초과하는 제1 파장의 광; 상기 에탄올에 흡수되는 광량이 최소 임계치를 초과하지 않는 제2 파장의 광; 및 상기 에탄올에 흡수되는 광량이 최소 임계치를 초과하지 않는 제3 파장의 광을 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 파장의 광과 제2 파장의 광 및 제3 파장의 광은 상기 헤모글로빈과 상기 글루코스에 대해서 하기의 [수학식 2]을 만족하는 것을 특징으로 한다.
[수학식 2]
A1h - A2h ≒ A2h - A3h
A1g - A2g ≒ A2g - A3g
여기서, A1h는 헤모글로빈에 대한 제1 파장의 흡광도, A2h는 헤모글로빈에 대한 제2 파장의 흡광도, A3h는 헤모글로빈에 대한 제3 파장의 흡광도, A1g는 글루코스에 대한 제1 파장의 흡광도, A2g는 글루코스에 대한 제2 파장의 흡광도, A3g는 글루코스에 대한 제3 파장의 흡광도를 각각 나타낸다.
또한, 상기 복수의 특정 파장의 광을 조사하는 단계는 운전자의 손가락 내 혈액을 타겟으로 복수의 특정 파장의 광을 조사할 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 장치는, 차량의 시동 제어시스템에 있어서, 혈액에 대한 특정 파장의 흡광도에 기초하여 운전자의 혈중 알코올 농도를 측정하는 측정장치; 및 상기 측정장치에 의해 측정된 운전자의 혈중 알코올 농도에 기초하여 차량의 시동 허여 여부를 결정하는 제어장치를 포함할 수 있다.
이러한 본 발명의 다른 장치는, 기 등록된 운전자의 손가락 정맥패턴을 저장하는 저장장치; 및 운전자의 손가락 내 정맥을 촬영하는 이미지센서를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 저장장치는 복수의 운전자의 손가락 정맥패턴을 저장할 수 있다.
또한, 상기 제어장치는 상기 운전자의 혈중 알코올 농도가 기준치를 초과하지 않는 경우, 상기 이미지센서에 의해 촬영된 정맥패턴이 상기 저장장치에 저장되어 있는 정맥패턴과 일치하면 차량의 시동을 허여할 수 있다.
또한, 상기 측정장치는 복수의 특정 파장의 광을 운전자의 신체에 조사하는 광 조사부; 상기 운전자의 신체에 의해 반사되는 각 파장의 광을 수광하는 수광부; 및 상기 수광부에 의해 수광된 각 파장의 광량에 기초하여 각 파장의 흡광도를 검출하고, 상기 검출된 각 파장의 흡광도에 기초하여 운전자의 혈중 알코올 농도를 측정하는 제어부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 특정 파장의 광은 혈액 성분 중에서 에탄올에 대한 흡광도와 헤모글로빈에 대한 흡광도 및 글루코스에 대한 흡광도를 기반으로 선정될 수 있다.
일례로, 상기 특정 파장의 광은 상기 에탄올에 흡수되는 광량이 최대 임계치를 초과하는 제1 파장의 광; 상기 에탄올에 흡수되는 광량이 최소 임계치를 초과하지 않는 제2 파장의 광; 및 상기 에탄올에 흡수되는 광량이 최소 임계치를 초과하지 않는 제3 파장의 광을 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 파장의 광과 제2 파장의 광 및 제3 파장의 광은, 상기 헤모글로빈과 상기 글루코스에 대해서 하기의 [수학식 3]을 만족한다.
[수학식 3]
A1h - A2h ≒ A2h - A3h
A1g - A2g ≒ A2g - A3g
여기서, A1h는 헤모글로빈에 대한 제1 파장의 흡광도, A2h는 헤모글로빈에 대한 제2 파장의 흡광도, A3h는 헤모글로빈에 대한 제3 파장의 흡광도, A1g는 글루코스에 대한 제1 파장의 흡광도, A2g는 글루코스에 대한 제2 파장의 흡광도, A3g는 글루코스에 대한 제3 파장의 흡광도를 각각 나타낸다.
또한, 상기 광 조사부는 운전자의 손가락 내 혈액을 타겟으로 복수의 특정 파장의 광을 조사할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 알코올 농도 측정 장치 및 그 방법은, 혈중 알코올 농도의 측정결과에 영향을 미치는 혈중 성분들에 대한 흡광도(absorbance)를 기반으로 복수의 파장을 선정하고, 사용자의 신체를 대상으로 상기 선정된 복수의 파장을 이용하여 각각 검출한 흡광도에 기초하여 운전자의 혈중 알코올 농도를 측정함으로써, 운전자의 혈중 알코올 농도를 신속하고 정확도 높게 측정할 수 있다.
또한, 본 발명은 일 실시예에 따른 차량의 시동 제어시스템은, 상술한 혈중 알코올 농도 측정방식에 의해 측정된 운전자의 혈중 알코올 농도에 기초하여 차량의 시동을 제어함으로써, 음주상태의 운전자가 차량의 시동을 걸지 못하게 하여 음주운전을 원천적으로 방지할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 알코올 농도 측정 장치에 대한 구성도,
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 알코올 농도 측정 장치의 광 조사부와 수광부에 대한 구성도,
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 알코올 농도 측정 장치의 손가락 거치대에 대한 구조도,
도 4a 는 본 발명의 일 실시예에 따른 알코올 농도 측정 장치의 광 조사부에 구비된 MEMS 광학필터의 구조를 나타내는 도면,
도 4b 내지 도 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 알코올 농도 측정 장치의 광 조사부에 구비된 MEMS 광학필터의 동작을 나타내는 설명도,
도 4f는 본 발명의 일 실시예에 따른 알코올 농도 측정 장치의 광 조사부에 구비된 MEMS 광학필터의 성능 분석도,
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 시동 제어시스템에 대한 구성도,
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 알코올 농도 측정 방법에 대한 흐름도,
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 알코올 농도 측정 방법을 실행하기 위한 컴퓨팅 시스템을 보여주는 블록도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명에서 차량의 시동은 내연기관(엔진)의 시동은 물론 전기차량의 시동(주행준비)을 포함하는 개념으로 사용한다. 즉, 본 발명은 내연기관 차량은 물론 전기차량, 하이브리드 차량, 연료전지 차량 등 모든 차량에 적용될 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 알코올 농도 측정 장치에 대한 구성도로서, 광학식 알코올 농도 측정 장치를 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 알코올 농도 측정 장치(100)는, 저장부(10), 광 조사부(20), 수광부(Optical Receiver, 30), 및 제어부(40)를 포함할 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 알코올 농도 측정 장치(100)를 실시하는 방식에 따라 각 구성요소는 서로 결합되어 하나로 구현될 수도 있고, 일부의 구성요소가 생략될 수도 있다.
상기 각 구성요소들에 대해 상세히 살펴보면, 먼저 저장부(10)는 혈중 알코올 농도의 측정결과에 영향을 미치는 혈중 성분들에 대한 흡광도(absorbance)를 기반으로 복수의 파장을 선정하거나, 운전자의 신체를 대상으로 상기 선정된 복수의 파장을 이용하여 각각 검출한 흡광도에 기초하여 운전자의 혈중 알코올 농도를 측정하는데 요구되는 각종 로직과 알고리즘 및 프로그램을 저장할 수 있다.
또한, 저장부(10)는 수광부(30)에 의해 수광된 광량(전기신호)에 상응하는 흡광도 값이 기록된 테이블을 더 저장할 수도 있다.
또한, 저장부(10)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 마이크로 타입(micro type), 및 카드 타입(예컨대, SD 카드(Secure Digital Card) 또는 XD 카드(eXtream Digital Card)) 등의 메모리와, 램(RAM, Random Access Memory), SRAM(Static RAM), 롬(ROM, Read-Only Memory), PROM(Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable PROM), 자기 메모리(MRAM, Magnetic RAM), 자기 디스크(magnetic disk), 및 광디스크(optical disk) 타입의 메모리 중 적어도 하나의 타입의 기록 매체(storage medium)를 포함할 수 있다.
광 조사부(20)는 복수의 특정 파장의 광을 운전자의 신체에 조사한다. 즉, 광 조사부(20)는 운전자의 손가락 모세혈관 내 혈액을 타겟으로 복수의 특정 파장의 광을 조사한다. 이때, 설계자는 혈중 알코올 농도의 측정결과에 영향을 미치는 혈중 성분들에 대한 흡광도(absorbance)를 기반으로 특정 파장의 광을 선정할 수 있다. 여기서, 혈중 알코올 농도의 측정결과에 영향을 미치는 혈중 성분은 헤모글로빈(hemoglobin) 및 글루코스(glucose)를 포함할 수 있다.
설계자가 복수의 특정 파장을 선정하는 과정은, 먼저 에탄올에 흡수가 가장 잘되는 제1 파장(일례로, 1700nm)을 선정하고, 상기 제1 파장에 비해 에탄올에 흡수되는 정도가 미미한 제2 파장과 제3 파장을 선정하되, 상기 제1 파장과 제2 파장 및 제3 파장은 헤모글로빈에 대해서 하기의 [수학식 1]을 만족하면서 아울러 글루코스에 대해서 하기의 [수학식 2]를 만족해야 한다. 이때, 제1 파장은 에탄올에 흡수되는 광량이 최대 임계치를 초과하는 파장이고, 제2 파장과 제3 파장은 에탄올에 흡수되는 광량이 최소 임계치를 초과하지 않는 파장을 의미한다.
[수학식 1]
A1h - A2h ≒ A2h - A3h
여기서, A1h는 헤모글로빈에 대한 제1 파장의 흡광도, A2h는 헤모글로빈에 대한 제2 파장의 흡광도, A3h는 헤모글로빈에 대한 제3 파장의 흡광도를 각각 나타낸다.
[수학식 2]
A1g - A2g ≒ A2g - A3g
여기서, A1g는 글루코스에 대한 제1 파장의 흡광도, A2g는 글루코스에 대한 제2 파장의 흡광도, A3g는 글루코스에 대한 제3 파장의 흡광도를 각각 나타낸다.
수광부(30)는 광 조사부(20)에 의해 조사되어 운전자의 신체에 의해 반사되는 각 파장의 광을 수광한다. 즉, 수광부(30)는 광 조사부(20)에 의해 조사된 복수의 특정 파장의 광이 운전자의 모세혈관 내 혈액에 반사되는 광을 수광한다.
또한, 수광부(30)는 수광되는 각 파장의 광량에 상응하는 전기신호를 제어부(40)로 전달할 수 있다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 광 조사부(20)와 수광부(30)의 구성 및 구조에 대해 상세히 살펴보도록 한다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 알코올 농도 측정 장치의 광 조사부와 수광부에 대한 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 광 조사부(20)는 다파장광원(21), 렌즈(22), MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 광학필터(23), 및 광섬유(24)를 포함할 수 있다.
다파장광원(21)는 서로 다른 파장을 가지는 광을 조사한다.
렌즈(22)는 다파장광원(21)으로부터 조사되는 광을 MEMS 광학필터(23)로 전달한다.
MEMS 광학필터(23)는 다파장광원(21)으로부터 조사되는 광을 필터링하여 제1 파장의 광과 제2 파장의 광 및 제3 파장의 광을 추출한다.
이러한 MEMS 광학필터(23)는 혈중 글루코스의 농도를 측정하는 용도로도 사용될 수 있다. 즉, 혈중 글루코스의 농도를 측정하는데 이용되는 파장(8~10㎛)의 광을 추출할 수도 있다.
광섬유(24)는 MEMS 광학필터(23)에 의해 추출된 제1 파장의 광과 제2 파장의 광 및 제3 파장의 광을 운전자의 손가락으로 전달한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 수광부(30)는 광섬유(31), 렌즈(32), 및 수광센서(33)를 포함할 수 있다.
광섬유(31)는 운전자 손가락의 모세혈관 내 혈액에 의해 반사된 광을 렌즈(32)로 전달한다.
렌즈(32)는 광섬유(31)로부터 전달되는 광을 수광센서(33)로 전달한다.
수광센서(33)를 렌즈(32)를 통해 입력되는 광량에 상응하는 전기신호를 제어부(40)로 전달한다.
한편, 광 조사부(20)의 광섬유(24)와 수광부(30)의 광섬유(32)는 각각 복수개로 구성될 수 있는데, 복수의 광섬유(24)의 끝단과 복수의 광섬유(32)의 끝단은 도 3에 도시된 바와 같이 사각형의 패드(210)를 관통하는 형태로 구현될 수 있다. 이때, 패드(210)를 관통하는 광 조사부(20)의 광섬유(24)의 수보다 수광부(30)의 광섬유(32)의 수가 더 많은 것이 바람직하다. 이러한 패드(210)는 운전자의 손가락이 터치되는 면에 위치함으로써, 광섬유(24)를 손가락의 모세혈관 내 혈액으로 광을 조사하고, 광섬유(32)를 통해 손가락의 모세혈관 내 혈액에 의해 반사되는 광을 수광할 수 있도록 한다. 일례로, 패드(210)의 크기는 가로 5mm 세로 5mm일 수 있다.
또한, 손가락의 터치 위치를 가이드하는 부재(220)는 손가락의 높이에 상응하는 높이를 갖을 수 있으며, 부재(220)의 양측 상부에는 손가락으로 광을 송출하기 위한 광 송출부(300)가 구비될 수 있다. 일례로, 부재(220)는 지름이 50mm인 원형으로 구현될 수 있다. 이때, 제어장치(400)의 제어하에 광 분배기(미도시)는 광 조사부(20)의 광섬유(24)로부터 조사되는 광을 광 송출부(300)로 전달할 수 있다.
또한, 광 송출부(300)를 통해 광이 송출되면 제어장치(400)는 손가락 내 정맥을 촬영하도록 이미지센서(320)를 제어할 수 있다.
제어부(40)는 상기 각 구성요소들이 제 기능을 정상적으로 수행할 수 있도록 전반적인 제어를 수행한다. 이러한 제어부(40)는 하드웨어 또는 소프트웨어의 형태로 구현될 수도 있고, 하드웨어 및 소프트웨어가 결합된 형태로 구현될 수도 있다. 바람직하게는, 제어부(40)는 마이크로프로세서로 구현될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제어부(40)는 기 선정된 복수의 파장을 이용하여 운전자의 손가락 내 혈액에 대한 흡광도를 각각 검출하고, 상기 검출한 복수의 흡광도에 기초하여 운전자의 혈중 알코올 농도를 측정하는 과정에서 각종 제어를 수행할 수 있다.
제어부(40)는 손가락 거치대(310)에 운전자의 손가락이 위치하면 손가락의 모세혈관 내 혈액으로 복수의 특정 파장의 광을 조사하도록 광 조사부(20)를 제어할 수 있다. 이때, 제어부(40)는 센서(미도시)를 이용하여 손가락의 거치 여부를 판단할 수 있다.
제어부(40)는 손가락의 모세혈관 내 혈액에 의해 반사된 각 파장의 광을 수광하고, 상기 수광된 각 파장의 광량에 상응하는 전기신호를 출력하도록 수광부(30)를 제어할 수 있다.
제어부(40)는 수광부(30)로부터 출력된 각 파장의 전기신호에 상응하는 흡광도를 검출하고, 상기 검출된 각 파장의 흡광도에 기초하여 운전자의 혈중 알코올 농도를 측정할 수 있다. 이때, 제어부(40)는 하기의 [수학식 3]에 기초하여 혈중 알코올 농도(D)를 측정할 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00001
여기서, A1b는 혈액에 대한 제1 파장의 흡광도, A2b는 혈액에 대한 제2 파장의 흡광도, A3b는 혈액에 대한 제3 파장의 흡광도를 각각 나타낸다.
도 4a 는 본 발명의 일 실시예에 따른 알코올 농도 측정 장치의 광 조사부에 구비된 MEMS 광학필터의 구조를 나타낸다.
도 4a에서, '410'은 실리콘으로 구현되고, '420'은 일산화규소(Silicon Monoxide)로 구현되며, '430'은 저마늄(Germanium)으로 구현될 수 있다. 또한, '440'은 하부전극을 나타내고, '450'은 상부전극을 나타내며, '460'은 유전체 거울(Dielectric mirror)을 나타낸다.
하부전극(440)과 상부전극(450) 사이의 에어갭(d0)은 다파장광에서 특정 파장의 광을 필터링하는데 영향을 미치는 요소로서, 이에 대해 도 4b 내지 도 4e를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 4b 내지 도 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 알코올 농도 측정 장치의 광 조사부에 구비된 MEMS 광학필터의 동작을 나타내는 설명도이다.
도 4b는 MEMS 광학필터(23)의 하부전극(440)과 상부전극(450) 사이에 0V의 구동전압이 인가되는 경우, 상기 0V의 구동전압에 상응하는 에어갭(d0)에 의해 다파장광에서 제1 파장(
Figure pat00002
)의 광이 추출되는 과정을 나타낸다.
도 4c는 MEMS 광학필터(23)의 하부전극(440)과 상부전극(450) 사이에 10V의 구동전압이 인가되는 경우, 상기 10V의 구동전압에 상응하는 에어갭(d0)에 의해 다파장광에서 제2 파장(
Figure pat00003
)의 광이 추출되는 과정을 나타낸다.
도 4d는 MEMS 광학필터(23)의 하부전극(440)과 상부전극(450) 사이에 15V의 구동전압이 인가되는 경우, 상기 15V의 구동전압에 상응하는 에어갭(d0)에 의해 다파장광에서 제3 파장(
Figure pat00004
)의 광이 추출되는 과정을 나타낸다.
도 4e는 MEMS 광학필터(23)의 하부전극(440)과 상부전극(450) 사이에 20V의 구동전압이 인가되는 경우, 상기 20V의 구동전압에 상응하는 에어갭(d0)에 의해 다파장광에서 제4 파장(
Figure pat00005
)의 광이 추출되는 과정을 나타낸다.
도 4b 내지 도 4e를 통해 MEMS 광학필터(23)에 인가되는 구동전압이 클수록 에어갭이 좁아지는 것을 알 수 있다.
따라서, 제어부(40)는 광 조사부(20)의 MEMS 광학필터(23)에 인가되는 구동전압을 제어하여 제1 파장의 광과 제2 파장의 광 및 제3 파장의 광을 추출할 수 있다.
즉, 제어부(40)는 광 조사부(20)의 MEMS 광학필터(23)에 제1 구동전압을 인가하여 제1 파장의 광을 추출할 수 있다. 이때, MEMS 광학필터(23)는 제1 구동전압에 상응하는 제1 에어갭을 형성하게 되고, 상기 형성된 제1 에어갭을 통해 제1 파장의 광을 추출할 수 있다.
또한, 제어부(40)는 광 조사부(20)의 MEMS 광학필터(23)에 제2 구동전압을 인가하여 제2 파장의 광을 추출할 수 있다. 이때, MEMS 광학필터(23)는 제2 구동전압에 상응하는 제2 에어갭을 형성하게 되고, 상기 형성된 제2 에어갭을 통해 제2 파장의 광을 추출할 수 있다.
또한, 제어부(40)는 광 조사부(20)의 MEMS 광학필터(23)에 제3 구동전압을 인가하여 제3 파장의 광을 추출할 수 있다. 이때, MEMS 광학필터(23)는 제3 구동전압에 상응하는 제3 에어갭을 형성하게 되고, 상기 형성된 제3 에어갭을 통해 제3 파장의 광을 추출할 수 있다.
결국, 제어부(40)는 광 조사부(20)의 MEMS 광학필터(23)에 인가되는 구동전압을 조절함으로써, 운전자의 혈중 알코올 농도를 측정하는데 이용되는 특정 파장의 광을 추출할 수 있다.
다른 실시예로서, 제어부(40)는 광 조사부(20)의 MEMS 광학필터(23)에 인가되는 구동전압을 조절하여 운전자의 혈중 글루코스(glucose) 농도를 측정하는데 이용되는 특정 파장(8~10㎛)의 광을 추출할 수도 있다.
즉, 제어부(40)는 손가락 거치대(310)에 운전자의 손가락이 위치하면 손가락의 모세혈관 내 혈액으로 특정 파장(8~10㎛)의 광을 조사하도록 광 조사부(20)를 제어한다. 또한, 제어부(40)는 손가락의 모세혈관 내 혈액에 의해 반사된 각 파장의 광을 수광하고, 상기 수광된 각 파장의 광량에 상응하는 전기신호를 출력하도록 수광부(30)를 제어한다. 또한, 제어부(40)는 수광부(30)로부터 출력된 각 파장의 전기신호에 상응하는 흡광도를 검출하고, 상기 검출된 각 파장의 흡광도에 기초하여 운전자의 혈중 글루코스 농도를 측정한다.
도 4f는 본 발명의 일 실시예에 따른 알코올 농도 측정 장치의 광 조사부에 구비된 MEMS 광학필터의 성능 분석도이다.
도 4f에 도시된 바와 같이, 가로축은 파장(nm)을 나타내고, 세로축은 정상화된 투과율(normalized transmittance)을 나타낸다. 이를 통해 MEMS 광학필터(23)는 인가되는 구동전압(0V~22.4V)에 따라 서로 다른 파장의 광을 추출하는 것을 알 수 있다.
한편, 에어갭(d0)과 필터링된 광의 파장 사이의 관계는 하기의 [수학식 4]를 만족한다.
[수학식 4]
Figure pat00006
여기서, m은 간섭차수를 나타내고, λ는 필터링된 광의 파장을 나타낸다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 시동 제어시스템에 대한 구성도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 시동 제어시스템은, 알코올 농도 측정장치(100), 저장장치(200), 이미지센서(320), 및 제어장치(400)를 포함할 수 있다.
상기 각 구성요소들에 대해 살펴보면, 저장장치(200)는 기 등록된 운전자의 손가락 정맥패턴을 저장한다. 이때, 기 등록된 운전자는 복수일 수도 있다.
이미지센서(320)는 운전자의 손가락이 거치되는 거치대(310) 면에 위치하여 손가락 내 정맥을 촬영한다.
제어장치(400)는 상기 각 구성요소들이 제 기능을 정상적으로 수행할 수 있도록 전반적인 제어를 수행한다. 이러한 제어장치(400)는 하드웨어 또는 소프트웨어의 형태로 구현될 수도 있고, 하드웨어 및 소프트웨어가 결합된 형태로 구현될 수도 있다. 바람직하게는, 제어장치(400)는 마이크로프로세서로 구현될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제어장치(400)는 알코올 농도 측정장치(100)에 의해 측정된 운전자의 혈중 알코올 농도에 기초하여 차량의 시동 허여 여부를 결정할 수 있다. 즉, 제어장치(400)는 운전자의 혈중 알코올 농도가 기준치를 초과하면 차량의 시동을 불허하고, 그렇지 않으면 차량의 시동을 허여한다. 결국, 운전자가 음주상태이면 차량의 시동을 걸 수 없게 하여 운전자의 음주운전을 원척적으로 방지할 수 있다.
제어장치(400)는 차량의 운전이 허여된 운전자인지 아닌지를 더 판단하여 차량의 시동 허여 여부를 결정할 수도 있다. 즉, 제어장치(400)는 운전자의 혈중 알코올 농도가 기준치를 초과하지 않는 경우, 곧바로 차량의 시동을 허여하지 않고 차량의 운전이 허여된 운전자(기 등록된 운전자)인지를 더 판단하여 차량의 시동 허여 여부를 결정할 수 있다. 이때, 제어장치(400)는 이미지센서(320)에 의해 촬영된 정맥패턴이 저장장치(200)에 저장되어 있는 기 등록된 운전자의 손가락 정맥패턴과 일치하면 차량의 운전이 허여된 운전자로 판단한다. 여기서, 정맥패턴의 일치 여부를 판단하는 과정에 공지의 기술인 유사도 판단 기술이 적용될 수 있다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 알코올 농도 측정 방법에 대한 흐름도이다.
먼저, 광 조사부(20)가 복수의 특정 파장의 광을 운전자의 신체에 조사한다(601). 이때, 광 조사부(20)는 손가락 거치대(310)에 운전자의 손가락이 거치된 경우에 광을 조사할 수 있다.
이후, 수광부(30)가 상기 운전자의 신체에 의해 반사되는 각 파장의 광을 수광한다(602).
이후, 제어부(40)가 수광부(30)에 의해 수광된 각 파장의 광량에 기초하여 각 파장의 흡광도를 검출하고, 상기 검출된 각 파장의 흡광도에 기초하여 운전자의 혈중 알코올 농도를 측정한다(603).
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 알코올 농도 측정 방법을 실행하기 위한 컴퓨팅 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 7을 참조하면, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 알코올 농도 측정 방법은 컴퓨팅 시스템을 통해서도 구현될 수 있다. 컴퓨팅 시스템(1000)은 시스템 버스(1200)를 통해 연결되는 적어도 하나의 프로세서(1100), 메모리(1300), 사용자 인터페이스 입력 장치(1400), 사용자 인터페이스 출력 장치(1500), 스토리지(1600), 및 네트워크 인터페이스(1700)를 포함할 수 있다.
프로세서(1100)는 중앙 처리 장치(CPU) 또는 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600)에 저장된 명령어들에 대한 처리를 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리(1300) 및 스토리지(1600)는 다양한 종류의 휘발성 또는 불휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(1300)는 ROM(Read Only Memory) 및 RAM(Random Access Memory)을 포함할 수 있다.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서(1100)에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, SSD(Solid State Drive), 착탈형 디스크, CD-ROM과 같은 저장 매체(즉, 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600))에 상주할 수도 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서(1100)에 커플링되며, 그 프로세서(1100)는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서(1100)와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 저장부
20: 광 조사부
30: 수광부
40: 제어부
100: 알코올 농도 측정 장치
200: 저장장치
320: 이미지센서
400: 제어장치

Claims (22)

  1. 복수의 특정 파장의 광을 운전자의 신체에 조사하는 광 조사부;
    상기 운전자의 신체에 의해 반사되는 각 파장의 광을 수광하는 수광부; 및
    상기 수광부에 의해 수광된 각 파장의 광량에 기초하여 각 파장의 흡광도를 검출하고, 상기 검출된 각 파장의 흡광도에 기초하여 운전자의 혈중 알코올 농도를 측정하는 제어부
    를 포함하는 알코올 농도 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 특정 파장의 광은,
    혈액 성분 중에서 에탄올에 대한 흡광도와 헤모글로빈에 대한 흡광도 및 글루코스에 대한 흡광도를 기반으로 선정되는 것을 특징으로 하는 알코올 농도 측정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 특정 파장의 광은,
    상기 에탄올에 흡수되는 광량이 최대 임계치를 초과하는 제1 파장의 광;
    상기 에탄올에 흡수되는 광량이 최소 임계치를 초과하지 않는 제2 파장의 광; 및
    상기 에탄올에 흡수되는 광량이 최소 임계치를 초과하지 않는 제3 파장의 광
    을 포함하는 알코올 농도 측정 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 파장의 광과 제2 파장의 광 및 제3 파장의 광은,
    상기 헤모글로빈과 상기 글루코스에 대해서 하기의 [수학식 1]을 만족하는 것을 특징으로 하는 알코올 농도 측정 장치.
    [수학식 1]
    A1h - A2h ≒ A2h - A3h
    A1g - A2g ≒ A2g - A3g
    여기서, A1h는 헤모글로빈에 대한 제1 파장의 흡광도, A2h는 헤모글로빈에 대한 제2 파장의 흡광도, A3h는 헤모글로빈에 대한 제3 파장의 흡광도, A1g는 글루코스에 대한 제1 파장의 흡광도, A2g는 글루코스에 대한 제2 파장의 흡광도, A3g는 글루코스에 대한 제3 파장의 흡광도를 각각 나타낸다.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 조사부는,
    운전자의 손가락 내 혈액을 타겟으로 복수의 특정 파장의 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 알코올 농도 측정 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 조사부는,
    다파장광원으로부터 조사되는 광을 필터링하여 복수의 특정 파장의 광을 추출하는 광학필터
    를 포함하는 알코올 농도 측정 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 광학필터는,
    제1 구동전압이 인가되면 제1 에어갭을 형성하고, 제2 구동전압이 인가되면 제2 에어갭을 형성하며, 제3 구동전압이 인가되면 제3 에어갭을 형성하는 것을 특징으로 하는 알코올 농도 측정 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 광학필터는,
    상기 형성된 제1 에어갭을 통해 상기 다파장광원으로부터의 광에서 제1 파장의 광을 추출하고, 상기 형성된 제2 에어갭을 통해 상기 다파장광원으로부터의 광에서 제2 파장의 광을 추출하며, 상기 형성된 제3 에어갭을 통해 상기 다파장광원으로부터의 광에서 제3 파장의 광을 추출하는 것을 특징으로 하는 알코올 농도 측정 장치.
  9. 광 조사부가 복수의 특정 파장의 광을 운전자의 신체에 조사하는 단계;
    수광부가 상기 운전자의 신체에 의해 반사되는 각 파장의 광을 수광하는 단계; 및
    제어부가 상기 수광된 각 파장의 광량에 기초하여 각 파장의 흡광도를 검출하고, 상기 검출된 각 파장의 흡광도에 기초하여 운전자의 혈중 알코올 농도를 측정하는 단계
    를 포함하는 알코올 농도 측정 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 특정 파장의 광은,
    혈액 성분 중에서 에탄올에 대한 흡광도와 헤모글로빈에 대한 흡광도 및 글루코스에 대한 흡광도를 기반으로 선정되는 것을 특징으로 하는 알코올 농도 측정 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 특정 파장의 광은,
    상기 에탄올에 흡수되는 광량이 최대 임계치를 초과하는 제1 파장의 광;
    상기 에탄올에 흡수되는 광량이 최소 임계치를 초과하지 않는 제2 파장의 광; 및
    상기 에탄올에 흡수되는 광량이 최소 임계치를 초과하지 않는 제3 파장의 광
    을 포함하는 알코올 농도 측정 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 파장의 광과 제2 파장의 광 및 제3 파장의 광은,
    상기 헤모글로빈과 상기 글루코스에 대해서 하기의 [수학식 2]을 만족하는 것을 특징으로 하는 알코올 농도 측정 방법.
    [수학식 2]
    A1h - A2h ≒ A2h - A3h
    A1g - A2g ≒ A2g - A3g
    여기서, A1h는 헤모글로빈에 대한 제1 파장의 흡광도, A2h는 헤모글로빈에 대한 제2 파장의 흡광도, A3h는 헤모글로빈에 대한 제3 파장의 흡광도, A1g는 글루코스에 대한 제1 파장의 흡광도, A2g는 글루코스에 대한 제2 파장의 흡광도, A3g는 글루코스에 대한 제3 파장의 흡광도를 각각 나타낸다.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 특정 파장의 광을 조사하는 단계는,
    운전자의 손가락 내 혈액을 타겟으로 복수의 특정 파장의 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 알코올 농도 측정 방법.
  14. 혈액에 대한 특정 파장의 흡광도에 기초하여 운전자의 혈중 알코올 농도를 측정하는 측정장치; 및
    상기 측정장치에 의해 측정된 운전자의 혈중 알코올 농도에 기초하여 차량의 시동 허여 여부를 결정하는 제어장치
    를 포함하는 차량의 시동 제어시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    기 등록된 운전자의 손가락 정맥패턴을 저장하는 저장장치; 및
    운전자의 손가락 내 정맥을 촬영하는 이미지센서
    를 더 포함하는 차량의 시동 제어시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 저장장치는,
    복수의 운전자의 손가락 정맥패턴을 저장하는 것을 특징으로 하는 차량의 시동 제어시스템.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 제어장치는,
    상기 운전자의 혈중 알코올 농도가 기준치를 초과하지 않는 경우, 상기 이미지센서에 의해 촬영된 정맥패턴이 상기 저장장치에 저장되어 있는 정맥패턴과 일치하면 차량의 시동을 허여하는 것을 특징으로 하는 차량의 시동 제어시스템.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 측정장치는,
    복수의 특정 파장의 광을 운전자의 신체에 조사하는 광 조사부;
    상기 운전자의 신체에 의해 반사되는 각 파장의 광을 수광하는 수광부; 및
    상기 수광부에 의해 수광된 각 파장의 광량에 기초하여 각 파장의 흡광도를 검출하고, 상기 검출된 각 파장의 흡광도에 기초하여 운전자의 혈중 알코올 농도를 측정하는 제어부
    를 포함하는 차량의 시동 제어시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 특정 파장의 광은,
    혈액 성분 중에서 에탄올에 대한 흡광도와 헤모글로빈에 대한 흡광도 및 글루코스에 대한 흡광도를 기반으로 선정되는 것을 특징으로 하는 차량의 시동 제어시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 특정 파장의 광은,
    상기 에탄올에 흡수되는 광량이 최대 임계치를 초과하는 제1 파장의 광;
    상기 에탄올에 흡수되는 광량이 최소 임계치를 초과하지 않는 제2 파장의 광; 및
    상기 에탄올에 흡수되는 광량이 최소 임계치를 초과하지 않는 제3 파장의 광
    을 포함하는 차량의 시동 제어시스템.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제1 파장의 광과 제2 파장의 광 및 제3 파장의 광은,
    상기 헤모글로빈과 상기 글루코스에 대해서 하기의 [수학식 3]을 만족하는 것을 특징으로 하는 차량의 시동 제어시스템.
    [수학식 3]
    A1h - A2h ≒ A2h - A3h
    A1g - A2g ≒ A2g - A3g
    여기서, A1h는 헤모글로빈에 대한 제1 파장의 흡광도, A2h는 헤모글로빈에 대한 제2 파장의 흡광도, A3h는 헤모글로빈에 대한 제3 파장의 흡광도, A1g는 글루코스에 대한 제1 파장의 흡광도, A2g는 글루코스에 대한 제2 파장의 흡광도, A3g는 글루코스에 대한 제3 파장의 흡광도를 각각 나타낸다.
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 광 조사부는,
    운전자의 손가락 내 혈액을 타겟으로 복수의 특정 파장의 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 차량의 시동 제어시스템.
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