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KR20170023566A - 생체신호를 감지하는 터치 패널 장치 및 이를 이용하여 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 방법 - Google Patents

생체신호를 감지하는 터치 패널 장치 및 이를 이용하여 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 방법 Download PDF

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KR20170023566A
KR20170023566A KR1020150118874A KR20150118874A KR20170023566A KR 20170023566 A KR20170023566 A KR 20170023566A KR 1020150118874 A KR1020150118874 A KR 1020150118874A KR 20150118874 A KR20150118874 A KR 20150118874A KR 20170023566 A KR20170023566 A KR 20170023566A
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panel device
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김선권
강재민
권용주
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삼성전자주식회사
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Abstract

사용자의 터치 입력 신호를 감지하는 전극층 쌍을 이용하여, 사용자로부터 생체신호를 감지하는 터치 패널 장치 및 이를 이용하여 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 방법을 개시한다.

Description

생체신호를 감지하는 터치 패널 장치 및 이를 이용하여 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 방법{Touch panel apparatus for sensinging biosignals and method for obtaining information about respiration of user using thereof}
생체신호를 감지하는 터치 패널 장치 및 이를 이용하여 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 방법에 관한 것이다.
사람의 호흡에 관한 정보를 획득하기 위해, 폐활량계(spirometer)가 이용될 수 있다. 사용자는 폐활량계에 연결된 튜브를 입에 물거나 호흡 마스크를 착용한 상태에서, 숨을 들이쉬고 내쉬는 동작을 수행함으로써, 폐활량계를 이용하여 호흡 신호를 측정할 수 있다.
사용자의 터치 입력 신호를 감지하는 전극층(electrode layer) 쌍을 이용하여, 사용자로부터 생체신호를 감지하는 터치 패널 장치 및 이를 이용하여 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 방법을 제공하는 것이다.
제 1 측면에 따른, 생체신호를 감지하는 터치 패널 장치는, 사용자의 터치 입력 신호를 감지하는 전극층 쌍을 이용하여, 상기 사용자로부터 생체신호를 감지하는 검출부(120); 상기 감지된 생체신호로부터 호흡 신호를 검출하는 검출부; 및 상기 검출된 호흡 신호의 특징에 기초하여 상기 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 프로세서;를 포함한다.
또한, 상기 검출부(120)는 상기 사용자의 호흡에 따라 변하는 상기 전극층 쌍에서의 정전용량에 기초하여, 상기 생체신호를 감지할 수 있다.
또한, 상기 검출부(120)는, 복수 개의 영역으로 구획되어, 각각 액츄에이터와 센서로 동작하는 제 1 전극층과 상기 제 1 전극층에 대한 노이즈를 차단하는 쉴드로서 동작하는 제 2 전극층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 검출부는, 상기 감지된 생체신호에서 호흡 신호에 대응되는 주파수 대역의 신호를 필터링하는 밴드 패스 필터; 및 상기 호흡 신호에 대응되는 주파수 대역의 신호에서 노이즈를 제거하는 적어도 하나의 노이즈 제거 필터;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 프로세서는 상기 호흡 신호의 피크들을 검출하고, 인접한 피크들 간의 시간 간격을 측정하여, 상기 측정 결과에 기초하여, 상기 사용자의 호흡 속도에 관한 정보를 획득할 수 있다.
또한, 상기 프로세서는 상기 호흡 신호의 피크들을 검출하고, 각 호흡 주기에서 들숨 시의 최저 피크와 최고 피크 간의 기울기를 측정하여, 상기 측정 결과에 기초하여, 상기 사용자의 호흡 강도에 관한 정보를 획득할 수 있다.
또한, 상기 프로세서는 상기 호흡 신호의 피크들을 검출하고, 각 호흡 주기에서 들숨과 날숨에 해당하는 구간의 면적을 측정하여, 상기 측정 결과에 기초하여, 상기 사용자의 호흡량에 관한 정보를 획득할 수 있다.
또한, 상기 프로세서는 상기 사용자의 운동 전후의 호흡 신호를 비교하여, 운동 중 상기 사용자에 가해지는 운동 부하 또는 운동 후에서 운동 전의 호흡으로 돌아가는 회복 속도에 관한 정보를 획득할 수 있다.
또한, 상기 생체신호에서 상기 호흡 신호를 제거한 호흡 외 신호를 반전 증폭하여 출력하는 피드백부를 더 포함하고, 상기 검출부(120)는 상기 생체신호를 감지할 때, 상기 피드백부로부터 소정 기간에 대응되는 호흡 주기의 호흡 외 신호를 네거티브 피드백 받을 수 있다.
또한, 상기 터치 패널 장치는 상기 터치 패널 장치와 연동되는 사용자 단말로 상기 호흡 신호에 관한 정보를 전송할 수 있다.
제 2 측면에 따른, 생체신호를 감지하는 터치 패널 장치를 이용하여 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 방법은, 사용자의 터치 입력 신호를 감지하는 전극층 쌍을 이용하여, 상기 사용자로부터 생체신호를 감지하는 단계; 상기 감지된 생체신호로부터 호흡 신호를 검출하는 단계; 및 상기 검출된 호흡 신호의 특징에 기초하여 상기 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 단계;를 포함한다.
또한, 상기 생체신호를 감지하는 단계는, 상기 사용자의 호흡에 따라 변하는 상기 전극층 쌍에서의 정전용량에 기초하여, 상기 생체신호를 감지할 수 있다.
또한, 상기 생체신호를 감지하는 단계는, 복수 개의 영역으로 구획되어, 각각 액츄에이터와 센서로 동작하는 제 1 전극층과 상기 제 1 전극층에 대한 노이즈를 차단하는 쉴드로서 동작하는 제 2 전극층을 이용하여, 상기 생체신호를 감지할 수 있다.
또한, 상기 호흡 신호를 검출하는 단계는, 상기 감지된 생체신호에서 호흡 신호에 대응되는 주파수 대역의 신호를 필터링하는 단계; 및 상기 호흡 신호에 대응되는 주파수 대역의 신호에서 노이즈를 제거하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 단계는, 상기 호흡 신호의 피크들을 검출하는 단계; 인접한 피크들 간의 시간 간격을 측정하는 단계; 및 상기 측정 결과에 기초하여, 상기 사용자의 호흡 속도에 관한 정보를 획득하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 단계는, 상기 호흡 신호의 피크들을 검출하는 단계; 각 호흡 주기에서 들숨 시의 최저 피크와 최고 피크 간의 기울기를 측정하는 단계; 및 상기 측정 결과에 기초하여, 상기 사용자의 호흡 강도에 관한 정보를 획득하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 단계는, 상기 호흡 신호의 피크들을 검출하는 단계; 각 호흡 주기에서 들숨과 날숨에 해당하는 구간의 면적을 측정하는 단계; 및 상기 측정 결과에 기초하여, 상기 사용자의 호흡량에 관한 정보를 획득하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 단계는, 상기 사용자의 운동 전후의 호흡 신호를 비교하여, 운동 중 상기 사용자에 가해지는 운동 부하 또는 운동 후에서 운동 전의 호흡으로 돌아가는 회복 속도에 관한 정보를 획득할 수 있다.
또한, 상기 생체신호를 감지하는 단계는, 소정 기간에 대응되는 호흡 주기의 생체신호에서 상기 호흡 주기의 호흡 신호를 제거한 호흡 외 신호를 네거티브 피드백 받을 수 있다.
제 3 측면에 따른, 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 기록매체는 상기 생체신호를 감지하는 터치 패널 장치를 이용하여 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램으로 기록한다.
도 1은 일 실시예에 따른 터치 패널 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 터치 패널 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 터치 패널 장치에 포함된 검출부(120)를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 터치 패널 장치에 포함된 검출부를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 터치 패널 장치에 포함된 검출부의 동작에 따른 필터링 전후의 호흡 신호에 대한 그래프를 나타낸 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 터치 패널 장치에 포함된 프로세서의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 터치 패널 장치에 포함된 프로세서에서 사용자의 호흡 속도에 관한 정보를 획득하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 터치 패널 장치에 포함된 프로세서에서 사용자의 호흡 강도에 관한 정보를 획득하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 터치 패널 장치에 포함된 프로세서에서 사용자의 호흡량에 관한 정보를 획득하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 10은 다른 실시예에 따른 터치 패널 장치를 나타낸 도면이다.
도 11은 다른 실시예에 따른 터치 패널 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 터치 패널 장치를 이용하여 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 13은 일 실시예에 따른 터치 패널 장치를 이용하여 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 방법에서, 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 단계에 대한 상세 흐름도이다.
도 14는 다른 실시예에 따른 터치 패널 장치를 이용하여 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 방법에서, 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 단계에 대한 상세 흐름도이다.
도 15는 또 다른 실시예에 따른 터치 패널 장치를 이용하여 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 방법에서, 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 단계에 대한 상세 흐름도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 오로지 예시를 위한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 하기 실시예는 기술적 내용을 구체화하기 위한 것일 뿐 권리 범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 상세한 설명 및 실시예로부터 해당 기술분야의 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 권리범위에 속하는 것으로 해석된다.
본 명세서에서 사용되는 '구성된다' 또는 '포함한다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 '제 1' 또는 '제 2' 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용할 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서, 생체신호(biosignal)란 인체에서 감지되는 신호 또는 인체에 의해 유도되는 신호를 통칭하는 용어로써, 생체전기 신호(bioelectric signal)나 생체임피던스 신호(bioimpedance signal) 등을 포함하는 개념이다. 생체전기신호는 신경세포나 근세포에 의해 발생하는 전류 또는 전압 형태의 신호이다. 예를 들어, 심전도, 근전도, 뇌전도 신호 등이 생체전기신호에 해당한다. 생체임피던스 신호는 소정의 전류를 조직에 인가하여 조직의 임피던스에 의해 발생하는 전압강하에 따른 신호이다. 생체임피던스 신호는 조직의 구성, 혈액량, 혈액분포 등에 관한 중요한 정보를 제공할 수 있다. 예를 들어, 생체임피던스 신호를 이용하여 체지방 측정을 할 수 있다.
본 명세서에서, 터치 패널 장치는 사용자가 터치 패널 장치의 화면에 사용자 신체 일부를 접촉시킴으로써, 신호를 감지할 수 있는 장치로써, 터치 스크린, 터치 패드 등과 같이 터치 패널이 적용된 모든 종류의 장치를 통칭하는 용어이다. 터치 패널 장치는 스마트 폰과 같은 모바일 단말이거나 스마트 글래스 또는 스마트 워치와 같은 웨어러블 디바이스 형태일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 터치 패널 장치는 터치 패널을 장착한 디스플레이부가 표시하는 문자나 이미지 등에 사용자의 신체 일부가 접촉되면, 접촉된 화면의 위치에 따라 사용자가 선택한 사항이 무엇인지 파악하고 이에 대응하는 명령을 프로세서로 처리하여, 사용자가 원하는 정보를 화면에 표시할 수 있다. 터치 패널 장치는 다양항 방식으로 구현될 수 있으며, 정전식, 저항식 등이 될 수 있다.
본 실시예들은 생체신호를 감지하는 터치 패널 장치 및 이를 이용하여 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 방법에 관한 것으로서 이하의 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려져 있는 사항들에 관해서는 자세한 설명을 생략한다.
도 1은 일 실시예에 따른 터치 패널 장치(100)를 나타낸 도면이다. 도 1에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 관련 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
터치 패널 장치(100)는 사용자의 터치 입력 신호에 기초하여, 터치 패널 장치(100)의 조작을 제어하거나, 사용자의 생체신호를 감지할 수 있다. 이를 위해, 터치 패널 장치(100)는 조작 모드와 측정 모드, 두 개의 동작 모드를 가질 수 있다. 조작 모드는 터치 입력 신호에 기초하여, 터치 패널 장치(100)의 화면을 조작하는 모드를 의미하고, 측정 모드는 터치 입력 신호에 기초하여, 생체신호를 감지하여 측정하는 모드를 의미한다. 터치 패널 장치(100)는 조작 모드와 측정 모드를 포함하는 적어도 두 개의 동작 모드를 가질 수 있다.
터치 패널 장치(100)는 사용자로부터의 모드 전환 요청이나 터치 입력 신호에 기초하여 모드 전환을 수행할 수 있다. 또한, 터치 패널 장치(100)는 호버링(hovering) 신호를 인식하여, 조작 모드 또는 측정 모드로 동작할 수 있다. 따라서, 터치 입력 신호는 사용자가 직접 터치 패널을 접촉하는 경우뿐만 아니라, 터치 패널 위에서 사용자가 신체의 움직임을 통해 호버링 신호를 발생시키는 경우에도 발생될 수 있다.
터치 패널 장치(100)는 조작 모드 시에, 화면에 입력되는 사용자의 터치 입력 신호에 기초하여, 화면을 처리하여 표시할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 터치 패널 장치(100)의 화면에 두 개의 손가락을 대고 핀치(pinch) 제스처를 수행하는 경우, 터치 패널 장치(100)는 사용자의 핀치 제스처에 대응되는 터치 입력 신호를 감지하여, 화면의 크기를 줄이거나 늘려서 표시할 수 있다. 다른 예로, 사용자가 터치 패널 장치(100)의 화면 위에서 두 개의 손가락을 이용하여 핀치 제스처를 수행하는 경우, 터치 패널 장치(100)는 사용자의 핀치 제스처에 대응되는 호버링 신호를 감지하여, 화면의 크기를 줄이거나 늘려서 표시할 수 있다.
터치 패널 장치(100)는 측정 모드 시에, 화면에 입력되는 사용자의 터치 입력 신호에 기초하여, 생체신호를 감지하고 측정할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 터치 패널 장치(100)의 화면에 신체 일부를 접촉하고 일정한 시간동안 움직이지 않는 경우, 터치 패널 장치(100)는 화면에 접촉된 신체 일부에 의한 전기장(electric field) 변화에 기초하여, 생체 신호를 감지할 수 있다.
도 1을 참조하면, 터치 패널 장치(100)는 검출부(120)(110), 검출부(120), 프로세서(130)를 포함한다.
터치 패널 장치(100)가 측정 모드로 동작하면, 검출부(120)(110)는 사용자의 터치 입력 신호에 기초하여, 생체신호를 감지할 수 있다. 예를 들어, 검출부(120)10)를 생체신호를 감지하고자 하는 사용자의 제1부위에 접촉시킴에 따라 터치 패널 장치(100)가 측정 모드로 동작하면, 검출부(120)10)는 사용자의 제1부위로부터 생체신호를 감지할 수 있다. 이때, 사용자의 제1부위는 흉부일 수 있다. 사용자의 흉부로부터 감지되는 생체신호는 호흡에 따른 흉강 체적의 변화에 의해 변하는 정전 용량에 기초한 것일 수 있다. 이와 같은 생체신호는 검출부(120)10)가 흉부와 직접적으로 접촉하지 않은 경우에도 감지될 수 있다.
터치 패널 장치(100)에서 검출부(120)는 감지된 생체신호로부터 호흡 신호를 검출할 수 있다. 검출부(120)는 감지된 생체신호에서 호흡 신호에 대응되는 주파수 대역의 신호를 필터링하고, 이에 대해 노이즈 제거를 수행한 결과를 호흡 신호로써 출력할 수 있다.
터치 패널 장치(100)에서 프로세서(130)는 검출된 호흡 신호의 특징에 기초하여 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득할 수 있다. 프로세서(130)는 검출부(120)에서 검출된 호흡 신호에서 사용자의 들숨 시의 최고 피크와 날숨 시의 최저 피크를 검출하여, 들숨과 날숨의 조합인 각 호흡 주기에서의 호흡 신호의 특징을 파악할 수 있다. 프로세서(130)는 호흡 신호의 특징에 기초하여, 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득할 수 있다.
검출부(120)10)는 터치 패널 장치(100)의 동작 모드가 조작 모드로 전환되면, 사용자의 호흡에 관한 정보를 표시할 수 있다. 이를 위해, 프로세서(130)는 검출부(120)에서 검출된 호흡 신호의 특징에 기초하여 상기 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득할 수 있다.
한편, 터치 패널 장치(100)는 터치 패널 장치(100)와 연동되는 사용자 단말(미도시)로 생체신호, 호흡 신호, 및 호흡에 관한 정보 중 적어도 하나를 전송할 수 있다. 예를 들어, 터치 패널 장치(100)는 검출부(120)10)에서 감지된 생체신호, 검출부(120)에서 검출된 호흡 신호, 및 프로세서(130)에서 획득된 사용자의 호흡에 관한 정보 중 적어도 하나를 사용자 단말로 전송할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 터치 패널 장치(100)를 이용하여 생체신호를 감지하고 호흡 신호를 검출하거나, 사용자 호흡에 관한 정보를 획득하면서, 터치 패널 장치(100)와 연동되는 사용자 단말을 통해, 감지된 생체신호, 검출된 호흡 신호, 획득된 사용자의 호흡 정보에 대해서 확인할 수 있다. 사용자는 터치 패널 장치(100)를 이용하여 생체신호 감지 또는 호흡 신호의 검출이 완료된 이후에, 터치 패널 장치(100)와 연동되는 사용자 단말로 감지된 생체신호, 검출된 호흡 신호, 획득된 사용자의 호흡 정보 등을 전송할 수도 있다. 사용자 단말은 모바일 디바이스, 웨어러블 디바이스, 스테이셔너리(stationary) 디바이스 등 다양한 종류가 될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 터치 패널 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
터치 패널 장치(100)의 검출부(120)는 사용자의 터치 입력 신호를 감지하는 전극층 쌍을 포함할 수 있다. 터치 패널 장치(100)는 사용자의 호흡에 따라 변하는 전극층 쌍에서의 정전 용량에 기초하여, 생체신호를 감지할 수 있다. 검출부(120)에 포함된 전극층 쌍에는 사용자의 호흡에 따른 흉강 체적의 변화에 따른 정전 용량이 유도될 수 있다. 이에 대한 보다 상세한 설명은 도 3을 참고하여 후술하도록 한다.
터치 패널 장치(100)의 터치 패널부(110)로부터 출력된 생체신호는 아날로그-디지털 컨버터(ADC)를 통해 디지털 신호 형태가 될 수 있다.
터치 패널 장치(100)의 검출부(120)는 생체신호로부터 호흡 신호를 검출할 수 있다. 검출부(120)에 입력되는 생체신호에는 호흡 신호를 제외한 신호 및 노이즈 등이 포함될 수 있으므로, 검출부(120)는 입력된 생체신호로부터 호흡 신호를 추출해 낼 수 있다. 이에 대한 보다 상세한 설명은 도 4 및 도 5를 참고하여 후술하도록 한다.
터치 패널 장치(100)의 프로세서(130)는 검출된 호흡 신호의 특징에 기초하여 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득할 수 있다. 이에 대한 보다 상세한 설명은 도 6 내지 도 9를 참고하여 후술하도록 한다.
도 3은 일 실시예에 따른 터치 패널 장치에 포함된 터치 패널부를 설명하기 위한 도면이다. 도 3에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 관련 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
터치 패널부(110)는 사용자의 호흡에 따라 변하는 전극층 쌍에서의 정전용량에 기초하여, 생체신호를 감지할 수 있다. 터치 패널부(110)는 적어도 하나의 전극층 쌍을 구비할 수 있으며, 하나의 전극층 쌍은 제 1 전극층과 제 2 전극층으로 이루어질 수 있다. 각각의 전극층은 투명 전극층이 될 수 있으며, 예를 들어, ITO(Indium Tin Oxide) 전극층이 될 수 있다. 제 1 전극층과 제 2 전극층 사이에는 절연층(insulator layer)이 포함될 수 있다. 절연층의 종류 또는 형태에 따라, 전극층 쌍에서의 정전용량이 달라질 수 있다.
터치 패널 장치(100)가 조작 모드 일 때, 제 2 전극층에 일정한 구동 전원이 계속해서 인가되면, 제 1 전극층은 제 2 전극층과 필드 커플링이 유지될 수 있다. 제 1 전극층에 터치 입력 신호가 있는 경우 필드 커플링 변화에 기초하여, 터치 입력 신호의 위치 또는 종류를 확인할 수 있다. 터치 패널 장치(100)가 측정 모드 일 때, 제 2 전극층은 그라운드에 연결될 수 있다. 제 2 전극층이 접지 상태가 되면, 제 2 전극층은 제 1 전극층에 대해서 쉴드로서 동작할 수 있다. 다시 말해서, 제 2 전극층이 그라운드에 연결되는 경우, 제 2 전극층은 제 1 전극층 방향으로 전달되는 각종 노이즈 등을 차단할 수 있는 쉴드가 될 수 있다. 이에 따라, 제 1 전극층은 구동 전원에 따른 필드 커플링의 변화를 이용하지 않고도, 외부로부터 아주 미세한 크기의 터치 입력 신호도 감지할 수 있다.
터치 패널 장치(100)가 측정 모드 일 때, 제 1 전극층은 다양한 형태의 영역으로 구획될 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극층은 적어도 두 개의 영역으로 구획될 수 있으며, 서로 다른 크기의 영역들로 구획될 수도 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 전극층은 두 개의 영역으로 구획되어, 각각 액츄에이터와 센서로 동작할 수 있다. 제 2 전극층은 제 1 전극층에 대한 노이즈를 차단하는 쉴드로서 동작할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 터치 패널 장치에 포함된 검출부를 설명하기 위한 도면이다. 도 4에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 관련 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
터치 패널 장치(100)의 검출부(120)는 생체신호로부터 호흡 신호를 검출할 수 있다. 검출부(120)에 입력되는 생체신호에는 호흡 신호를 제외한 신호 및 노이즈 등이 포함될 수 있으므로, 검출부(120)는 입력된 생체신호로부터 호흡 신호를 추출해내기 위한 세부 구성들을 가질 수 있다.
검출부(120)는 생체신호에서 호흡 신호에 대응되는 주파수 대역의 신호를 필터링하는 적어도 하나의 필터와 호흡 신호에 대응되는 주파수 대역의 신호에서 노이즈를 제거하는 적어도 하나의 노이즈 제거 필터를 포함할 수 있다.
도 4를 참고하면, 터치 패널 장치(100)의 검출부(120)는 밴드 패스 필터(band-pass filter)(122), 애버리지 필터(average filter)(124), 메디안 필터(median filter)(126) 등을 포함할 수 있다. 밴드 패스 필터(122)는 검출부(120)에 입력된 생체신호에서 호흡 신호에 대응되는 주파수 대역의 신호만을 통과시킬 수 있다. 애버리지 필터(124)는 밴드 패스 필터(122)를 통과한 호흡 신호에 대응되는 주파수 대역의 신호에 대한 평균값 신호를 출력할 수 있다. 애버리지 필터(124)는 경우에 따라서 생략할 수 있다. 메디안 필터(126)는 밴드 패스 필터(122)를 통과한 호흡 신호에 대응되는 주파수 대역의 신호에서 애버리지 필터(124)에서 출력된 평균값 신호를 감한 신호를 입력받아서, 이에 대해 노이즈를 제거한 신호를 호흡 신호로서 출력할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 터치 패널 장치에 포함된 검출부의 동작에 따른 필터링 전후의 호흡 신호에 대한 그래프를 나타낸 도면이다.
도 5를 참고하면, 사용자가 일반 호흡과 가쁜 호흡을 각각 3회씩 번갈아 가면서 수행한 경우의 호흡 신호에 대해 노이즈를 제거하기 위한 필터링을 수행하기 전과 후의 그래프를 나타내고 있다. 터치 패널 장치(100)의 검출부(120)에 입력된 생체신호에서 호흡 신호에 대응되는 주파수 대역의 신호를 추출하여, 노이즈를 제거하는 필터링을 수행하기 전과 후의 그래프를 나타낸다.
필터링 전의 그래프를 보면, 사용자의 호흡 신호의 대략적인 모습을 확인할 수 있으나, 호흡 신호 외의 노이즈가 포함되어 있음을 확인할 수 있다.
필터링 후의 그래프를 보면, 노이즈가 제거된 후의 사용자의 호흡 신호를 확인할 수 있다. 필터링 전의 그래프 보다, 일반 호흡과 가쁜 호흡일 때의 호흡 신호의 피크들을 정확히 확인할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 터치 패널 장치에 포함된 프로세서의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
터치 패널 장치(100)의 프로세서(130)는 검출부(120)에서 검출된 호흡 신호의 특징에 기초하여 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득할 수 있다. 프로세서(130)는 호흡 신호의 특징을 파악하기 위해, 호흡 신호에서 피크들을 검출할 수 있다. 프로세서(130)는 검출된 피크들을 이용하여, 사용자의 호흡에 관한 다양한 정보를 획득할 수 있다.
프로세서(130)는 호흡 신호의 피크들을 검출하고, 인접한 피크들 간의 시간 간격을 측정하여, 측정 결과에 기초하여, 사용자의 호흡 속도에 관한 정보를 획득할 수 있다. 프로세서(130)는 호흡 신호에서 서로 인접한 최고 피크 간 시간 간격을 측정하여, 이로부터 호흡 속도에 관한 정보를 획득할 수 있다. 이에 대한 보다 상세한 설명은 도 7을 참고하여 후술하도록 한다.
프로세서(130)는 호흡 신호의 피크들을 검출하고, 각 호흡 주기에서 들숨 시의 최저 피크와 최고 피크 간의 기울기를 측정하여, 측정 결과에 기초하여, 사용자의 호흡 강도에 관한 정보를 획득할 수 있다. 프로세서(130)는 호흡 신호에서 들숨 시의 최저 피크와 최고 피크 간 기울기를 측정하여, 이로부터 호흡 강도에 관한 정보를 획득할 수 있다. 이에 대한 보다 상세한 설명은 도 8을 참고하여 후술하도록 한다.
프로세서(130)는 호흡 신호의 피크들을 검출하고, 각 호흡 주기에서 들숨과 날숨에 해당하는 구간의 면적을 측정하여, 측정 결과에 기초하여, 사용자의 호흡량에 관한 정보를 획득할 수 있다. 프로세서(130)는 호흡 신호에서 들숨과 날숨으로 이루어진 1회 호흡시의 면적을 측정하여, 이로부터 호흡량에 관한 정보를 획득할 수 있다. 이에 대한 보다 상세한 설명은 도 9를 참고하여 후술하도록 한다.
한편, 프로세서(130)는 소정의 기간 동안 측정된 호흡 신호들을 서로 비교하여, 비교 결과에 기초한 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(130)는 사용자의 운동 전후의 호흡 신호를 비교하여, 운동 중 사용자에 가해지는 운동 부하 또는 운동 후에서 운동 전의 호흡으로 돌아가는 회복 속도에 관한 정보를 획득할 수 있다. 또 다른 예로, 프로세서(130)는 사용자의 호흡 신호에 대한 패턴을 파악하고, 이를 이용하여, 현재 사용자의 호흡 신호로부터 사용자의 스트레스 상태 또는 긴장도를 평가할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 터치 패널 장치에 포함된 프로세서에서 사용자의 호흡 속도에 관한 정보를 획득하는 과정을 나타낸 도면이다.
터치 패널 장치(100)의 프로세서(130)는 호흡 신호의 피크들을 검출하고, 인접한 피크들 간의 시간 간격을 측정하여, 측정 결과에 기초하여, 사용자의 호흡 속도에 관한 정보를 획득할 수 있다.
프로세서(130)는 검출부(120)에서 출력된 호흡 신호에서 들숨과 날숨 시의 피크들을 검출할 수 있다. 들숨과 날숨으로 이루어지는 1회의 호흡 주기에서는 들숨 시 최고 피크가 형성되고, 날숨 시 최저 피크가 형성될 수 있다. 도 7의 호흡 신호 그래프를 참고하면, 각 호흡 주기에서 들숨 시의 최고 피크에는 'x' 표시가 되어 있고, 각 호흡 주기에서 날숨 시의 최저 피크에는 'o' 표시가 되어 있다. 들숨과 날숨에 따라 최고 피크와 최저 피크가 번갈아가면서 나타남을 알 수 있다.
프로세서(130)는 호흡 신호에서 인접한 피크들 간의 시간 간격을 측정할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(130)는 각 호흡 주기에서 들숨 시의 최고 피크 간의 시간 간격을 측정하거나, 각 호흡 주기에서 날숨 시의 최저 피크 간의 시간 간격을 측정할 수 있다. 도 7을 보면, 각 호흡 주기에서 들숨 시의 최고 피크들 중에서 인접한 피크들 일부에 대해서 화살표로 표시하고 있다. 이와 같이 인접한 피크들 간의 시간 간격을 모든 호흡 신호에 대해서 측정함으로써, 프로세서(130)는 호흡 시간에 대한 정보를 획득할 수 있다.
도 7에 도시된 호흡 시간 그래프를 보면, 들숨과 날숨으로 이루어지는 매 호흡마다 어느 정도의 시간이 소요되었는지 알 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 처음 호흡에서는 약 4초의 시간이 소요되고, 두번째 호흡에서는 약 5초가 소요되었으며, 세 번째 호흡에서는 약 4.5초의 시간이 소요되었음을 알 수 있다. 네 번째 호흡에서는 약 2.5초로 소요 시간이 절반 가까이 줄었으며, 이후 다섯 번째부터 아홉 번째까지의 호흡은 약 1.5초에서 2초 사이의 소요 시간이 소요되었음을 알 수 있다. 열 번째 호흡에서는 다시 약 4초의 시간이 소요되었다가 열한 번째부터 열세 번째까지의 호흡은 약 6.5에서 7초의 시간이 소요되었음을 알 수 있다.
프로세서(130)는 이와 같은 호흡 시간에 대한 정보로부터 호흡 속도에 관한 정보를 획득할 수 있다. 위의 호흡 시간 그래프에서 확인한 바와 같은 각 호흡 주기에서의 소요된 시간을 참고하면, 호흡 속도가 빨랐는지 느렸는지 확인할 수 있다. 일반적인 사람의 들숨과 날숨을 각각 1회하는데 소요되는 평균 호흡 시간이 약 4.5초라 전제할 경우, 4.5 초보다 적은 시간이 소요된 경우 빠른 호흡이고, 4.5 초보다 많은 시간이 소요된 경우 느린 호흡 또는 심호흡을 하는 것임을 알 수 있다. 도 7에 도시된 호흡 시간 그래프를 참고해 보면, 사용자는 약 15초까지 일반적인 정상 호흡을 하다가 약 27초까지 빠른 호흡을 하였으며, 그 이후로 심호흡을 하였음을 알 수 있다.
도 8은 다른 실시예에 따른 터치 패널 장치에 포함된 프로세서에서 사용자의 호흡 강도에 관한 정보를 획득하는 과정을 나타낸 도면이다.
프로세서(130)는 호흡 신호의 피크들을 검출하고, 각 호흡 주기에서 들숨 시의 최저 피크와 최고 피크 간의 기울기를 측정하여, 측정 결과에 기초하여, 사용자의 호흡 강도에 관한 정보를 획득할 수 있다.
프로세서(130)는 검출부(120)에서 출력된 호흡 신호에서 들숨과 날숨 시의 피크들을 검출할 수 있다. 들숨과 날숨으로 이루어지는 1회의 호흡 주기에서는 들숨 시 최고 피크가 형성되고, 날숨 시 최저 피크가 형성될 수 있다. 도 8의 호흡 신호 그래프를 참고하면, 각 호흡 주기에서 들숨 시의 최고 피크에는 'x' 표시가 되어 있고, 각 호흡 주기에서 날숨 시의 최저 피크에는 'o' 표시가 되어 있다. 들숨과 날숨에 따라 최고 피크와 최저 피크가 번갈아가면서 나타남을 알 수 있다.
프로세서(130)는 호흡 신호에서 들숨 시의 최저 피크와 최고 피크 간의 기울기를 측정을 측정할 수 있다. 도 8을 보면, 들숨 시의 최저 피크에서 최고 피크까지 화살표로 표시하고 있다. 이와 같이 들숨 시의 최저 피크와 최고 피크 간의 기울기를 모든 호흡 신호에 대해서 측정함으로써, 프로세서(130)는 호흡 강도에 대한 정보를 획득할 수 있다. 들숨 시의 최저 피크와 최고 피크 간의 기울기는 호흡 강도에 비례한다. 다시 말해서, 기울기가 클수록 호흡 강도가 세고, 기울기가 작을수록 호흡 강도가 약하다는 것이다.
도 8에 도시된 호흡 강도 그래프를 보면, 들숨과 날숨으로 이루어지는 매 호흡에서 들숨이 얼마나 빨리 수행되었는지 알 수 있다. 도 8을 참고하면, 호흡 신호 그래프에서 들숨 시의 최저 피크와 최고 피크 간의 기울기가 처음 몇 번의 기울기와 비교해 볼 때, 더욱 가팔라지다가 완면해지므로, 처음 호흡 때보다 호흡 강도가 강해졌다가 반대로 호흡 강도가 약해졌음을 알 수 있다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 터치 패널 장치에 포함된 프로세서에서 사용자의 호흡량에 관한 정보를 획득하는 과정을 나타낸 도면이다.
프로세서(130)는 호흡 신호의 피크들을 검출하고, 각 호흡 주기에서 들숨과 날숨에 해당하는 구간의 면적을 측정하여, 측정 결과에 기초하여, 사용자의 호흡량에 관한 정보를 획득할 수 있다.
프로세서(130)는 검출부(120)에서 출력된 호흡 신호에서 들숨과 날숨 시의 피크들을 검출할 수 있다. 들숨과 날숨으로 이루어지는 1회의 호흡 주기에서는 들숨 시 최고 피크가 형성되고, 날숨 시 최저 피크가 형성될 수 있다. 도 8의 호흡 신호 그래프를 참고하면, 각 호흡 주기에서 들숨 시의 최고 피크에는 'x' 표시가 되어 있고, 각 호흡 주기에서 날숨 시의 최저 피크에는 'o' 표시가 되어 있다. 들숨과 날숨에 따라 최고 피크와 최저 피크가 번갈아가면서 나타남을 알 수 있다.
프로세서(130)는 호흡 신호에서 매 호흡 주기마다 들숨과 날숨에 해당하는 구간에 의해 형성되는 면적을 측정할 수 있다. 도 9를 보면, 들숨 시작점부터 다음 호흡 주기의 들숨 시작점까지 연결한 선과 들숨 및 날숨 구간의 호흡 신호에 의해 형성되는 면적을 측정함으로써, 프로세서(130)는 호흡량에 대한 정보를 획득할 수 있다. 이때, 들숨과 날숨에 해당하는 구간에 의해 형성되는 면적은 호흡량에 비례한다. 다시 말해서, 들숨과 날숨에 해당하는 구간의 면적이 클수록 호흡량이 많고, 면적이 작을수록 호흡량이 적다는 것이다.
도 9에 도시된 호흡 시간 그래프를 보면, 들숨과 날숨으로 이루어지는 매 호흡에서 호흡량의 변화를 알 수 있다. 도 9를 참고하면, 호흡 신호 그래프에서 매 호흡 주기마다 들숨과 날숨에 해당하는 구간에 의해 형성되는 면적이 처음 몇 번의 면적과 비교해 볼 때, 줄어들다가 커지므로, 처음 호흡 때보다 호흡량이 감소했다가 반대로 호흡량이 증가하였음을 알 수 있다. 호흡량이 감소한다는 것은 그만큼 가쁜 숨 즉, 빠른 호흡을 하고 있다는 것이고, 호흡량이 증가한다는 것은 그만큼 심호흡을 하고 있다는 것이다.
도 10은 다른 실시예에 따른 터치 패널 장치를 나타낸 도면이다. 도 10에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 관련 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다. 앞에서 설명한 내용과 같은 내용에 대해서는 이하 자세한 설명은 생략한다.
도 10을 참조하면, 터치 패널 장치(100)는 터치 패널부(110), 검출부(120), 프로세서(130), 피드백부(140)를 포함한다.
터치 패널 장치(100)가 측정 모드로 동작하면, 터치 패널부(110)는 사용자의 터치 입력 신호에 기초하여, 생체신호를 감지할 수 있다.
터치 패널 장치(100)에서 검출부(120)는 감지된 생체신호로부터 호흡 신호를 검출할 수 있다. 검출부(120)는 감지된 생체신호에서 호흡 신호에 대응되는 주파수 대역의 신호를 필터링하고, 이에 대해 노이즈 제거를 수행한 결과를 호흡 신호로써 출력할 수 있다.
터치 패널 장치(100)에서 프로세서(130)는 검출된 호흡 신호의 특징에 기초하여 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득할 수 있다.
피드백부(140)는 생체신호에서 호흡 신호를 제거한 호흡 외 신호를 반전 증폭하여, 생체신호를 감지하는 터치 패널부(110)로 출력할 수 있다. 이에 따라, 터치 패널부(110)는 생체신호를 감지할 때, 피드백부(140)로부터 소정 기간에 대응되는 호흡 주기의 호흡 외 신호를 네거티브 피드백 받을 수 있다. 이때 소정 기간에 대응되는 호흡 주기는 바로 직전의 호흡 주기이거나 이전 몇 회의 호흡 주기에 해당하는 기간일 수 있다. 이하, 도 11을 참고하여, 터치 패널 장치(100)의 동작을 보다 상세히 설명한다.
도 11은 다른 실시예에 따른 터치 패널 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
터치 패널 장치(100)의 터치 패널부(110)는 사용자의 터치 입력 신호를 감지하는 전극층 쌍을 포함할 수 있다. 터치 패널 장치(100)는 사용자의 호흡에 따라 변하는 전극층 쌍에서의 정전 용량에 기초하여, 생체신호를 감지할 수 있다. 터치 패널부(110)에 포함된 전극층 쌍에는 사용자의 호흡에 따른 흉강 체적의 변화에 따른 정전 용량이 유도될 수 있다.
터치 패널 장치(100)의 터치 패널부(110)로부터 출력된 생체신호는 아날로그-디지털 컨버터(ADC)를 통해 디지털 신호 형태가 될 수 있다.
터치 패널 장치(100)의 검출부(120)는 생체신호로부터 호흡 신호를 검출할 수 있다. 검출부(120)에 입력되는 생체신호에는 호흡 신호 이외의 신호들이 포함될 수 있으므로, 검출부(120)는 입력된 생체신호로부터 호흡 신호를 추출해 낼 수 있다.
터치 패널 장치(100)의 프로세서(130)는 검출된 호흡 신호의 특징에 기초하여 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득할 수 있다.
한편, 터치 패널 장치(100)의 검출부(120)에 입력되는 생체신호와 같은 신호 및 검출부(120)에서 출력되는 호흡 신호와 같은 신호가 피드백부(140)에 입력될 수 있다. 피드백부(140)는 입력된 생체신호에서 입력된 호흡 신호를 제거하여, 호흡 외 신호를 생성할 수 있다. 또한, 피드백부(140)는 이와 같은 호흡 외 신호를 반전 증폭하여, 터치 패널부(110)로 출력할 수 있다. 다시 말해서, 피드백부(140)는 반전 증폭된 호흡 외 신호를 네거티브 피드백이 되도록 터치 패널부(110)에 입력할 수 있다. 이와 같은 네거티브 피드백이 반복됨에 따라, 호흡 외 신호는 점차 감소하고 호흡 신호는 강해지므로, 신호성분비(Signal-to-Noise Ratio)가 증가할 수 있다.
도 12는 일 실시예에 따른 터치 패널 장치를 이용하여 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 이하 앞에서 설명한 생체신호를 감지하는 터치 패널 장치에 대한 설명은 이하 생략하더라도 그대로 적용될 수 있다.
단계 1210에서, 터치 패널 장치(100)는 사용자의 터치 입력 신호를 감지하는 전극층 쌍을 이용하여, 사용자로부터 생체신호를 감지할 수 있다. 터치 패널 장치(100)는 사용자의 호흡에 따라 변하는 전극층 쌍에서의 정전용량에 기초하여, 생체신호를 감지할 수 있다. 이때 전극층 쌍은 복수 개의 영역으로 구획되어, 각각 액츄에이터와 센서로 동작하는 제 1 전극층과 제 1 전극층에 대한 노이즈를 차단하는 쉴드로서 동작하는 제 2 전극층을 포함할 수 있다. 터치 패널 장치(100)는 제 1 전극층과 제 2 전극층을 이용하여, 생체신호를 감지할 수 있다.
한편, 터치 패널 장치(100)는 소정 기간에 대응되는 호흡 주기의 생체신호에서 같은 호흡 주기의 호흡 신호를 제거한 호흡 외 신호를 네거티브 피드백 받아, 생체신호를 감지할 수도 있다.
단계 1220에서, 터치 패널 장치(100)는 감지된 생체신호로부터 호흡 신호를 검출할 수 있다. 예를 들어, 터치 패널 장치(100)는 감지된 생체신호에서 호흡 신호에 대응되는 주파수 대역의 신호를 필터링하고, 호흡 신호에 대응되는 주파수 대역의 신호에서 노이즈를 제거하여, 호흡 신호를 검출할 수 있다.
단계 1230에서, 터치 패널 장치(100)는 검출된 호흡 신호의 특징에 기초하여 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득할 수 있다. 호흡 신호의 특징을 파악하기 위해, 호흡 신호에서 피크들을 검출하여, 사용자의 호흡에 관한 다양한 정보를 획득할 수 있다.
한편, 터치 패널 장치(100)는 현재 측정된 호흡 신호에 기초하여, 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득할 수 있을 뿐만 아니라, 소정의 기간 동안 측정된 호흡 신호들을 서로 비교하여, 비교 결과에 기초한 정보를 획득할 수도 있다. 예를 들어, 터치 패널 장치(100)는 사용자의 운동 전후의 호흡 신호를 비교하여, 운동 중 사용자에 가해지는 운동 부하 또는 운동 후에서 운동 전의 호흡으로 돌아가는 회복 속도에 관한 정보를 획득할 수 있다. 또 다른 예로, 터치 패널 장치(100)는 사용자의 호흡 신호에 대한 패턴을 파악하고, 이를 이용하여, 현재 사용자의 호흡 신호로부터 사용자의 스트레스 상태 또는 긴장도를 평가할 수 있다.
도 13은 일 실시예에 따른 터치 패널 장치를 이용하여 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 방법에서, 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 단계에 대한 상세 흐름도이다. 도 13에서는 터치 패널 장치(100)가 호흡 신호에 기초하여, 사용자의 호흡 속도에 관한 정보를 획득하는 것에 대해 도시하고 있다.
단계 1310에서, 터치 패널 장치(100)는 호흡 신호의 피크들을 검출할 수 있다. 터치 패널 장치(100)는 호흡 신호에서 들숨과 날숨 시의 피크들을 검출할 수 있다.
단계 1320에서, 터치 패널 장치(100)는 인접한 피크들 간의 시간 간격을 측정할 수 있다. 터치 패널 장치(100)는 각 호흡 주기에서 들숨 시의 최고 피크 간의 시간 간격을 측정하거나, 각 호흡 주기에서 날숨 시의 최저 피크 간의 시간 간격을 측정할 수 있다.
단계 1330에서, 터치 패널 장치(100)는 측정 결과에 기초하여, 사용자의 호흡 속도에 관한 정보를 획득할 수 있다. 터치 패널 장치(100)는 호흡 시간 그래프에서 각 호흡 주기에서의 소요된 시간을 참고하면, 호흡 속도가 빨랐는지 느렸는지 확인할 수 있다.
도 14는 다른 실시예에 따른 터치 패널 장치를 이용하여 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 방법에서, 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 단계에 대한 상세 흐름도이다. 도 14에서는 터치 패널 장치(100)가 호흡 신호에 기초하여, 사용자의 호흡 강도에 관한 정보를 획득하는 것에 대해 도시하고 있다.
단계 1410에서, 터치 패널 장치(100)는 호흡 신호의 피크들을 검출할 수 있다. 터치 패널 장치(100)는 호흡 신호에서 들숨과 날숨 시의 피크들을 검출할 수 있다.
단계 1420에서, 터치 패널 장치(100)는 각 호흡 주기에서 들숨 시의 최저 피크와 최고 피크 간의 기울기를 측정할 수 있다.
단계 1430에서, 터치 패널 장치(100)는 측정 결과에 기초하여, 사용자의 호흡 강도에 관한 정보를 획득할 수 있다. 터치 패널 장치(100)는 들숨 시의 최저 피크와 최고 피크 간의 기울기가 클수록 호흡 강도가 세고, 기울기가 작을수록 호흡 강도가 약하다고 결정할 수 있다.
도 15는 또 다른 실시예에 따른 터치 패널 장치를 이용하여 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 방법에서, 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 단계에 대한 상세 흐름도이다. 도 15에서는 터치 패널 장치(100)가 호흡 신호에 기초하여, 사용자의 호흡량에 관한 정보를 획득하는 것에 대해 도시하고 있다.
단계 1510에서, 터치 패널 장치(100)는 호흡 신호의 피크들을 검출할 수 있다. 터치 패널 장치(100)는 호흡 신호에서 들숨과 날숨 시의 피크들을 검출할 수 있다.
단계 1520에서, 터치 패널 장치(100)는 각 호흡 주기에서 들숨과 날숨에 해당하는 구간의 면적을 측정할 수 있다.
단계 1530에서, 터치 패널 장치(100)는 측정 결과에 기초하여, 사용자의 호흡량에 관한 정보를 획득할 수 있다. 터치 패널 장치(100)는 들숨과 날숨에 해당하는 구간의 면적이 클수록 호흡량이 많고, 면적이 작을수록 호흡량이 적다고 결정할 수 있다.
한편, 상술한 터치 패널 장치를 이용하여 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 이와 같은 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 이와 같은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
이제까지 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 개시된 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 개시된 실시예들이 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 발명의 범위는 전술한 실시예들의 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 발명의 범위에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 ... 터치 패널 장치
110 ... 터치 패널부
120 ... 검출부
130 ... 프로세서
140 ... 피드백부

Claims (20)

  1. 생체신호를 감지하는 터치 패널 장치에 있어서,
    사용자의 터치 입력 신호를 감지하는 전극층 쌍을 이용하여, 상기 사용자로부터 생체신호를 감지하는 터치 패널부;
    상기 감지된 생체신호로부터 호흡 신호를 검출하는 검출부; 및
    상기 검출된 호흡 신호의 특징에 기초하여 상기 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 프로세서;
    를 포함하는, 터치 패널 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 터치 패널부는 상기 사용자의 호흡에 따라 변하는 상기 전극층 쌍에서의 정전용량에 기초하여, 상기 생체신호를 감지하는, 터치 패널 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 터치 패널부는,
    복수 개의 영역으로 구획되어, 각각 액츄에이터와 센서로 동작하는 제 1 전극층; 및
    상기 제 1 전극층에 대한 노이즈를 차단하는 쉴드로서 동작하는 제 2 전극층;
    을 포함하는, 터치 패널 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출부는,
    상기 감지된 생체신호에서 호흡 신호에 대응되는 주파수 대역의 신호를 필터링하는 밴드 패스 필터; 및
    상기 호흡 신호에 대응되는 주파수 대역의 신호에서 노이즈를 제거하는 적어도 하나의 노이즈 제거 필터;
    를 포함하는, 터치 패널 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 호흡 신호의 피크들을 검출하고, 인접한 피크들 간의 시간 간격을 측정하여, 상기 측정 결과에 기초하여, 상기 사용자의 호흡 속도에 관한 정보를 획득하는, 터치 패널 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 호흡 신호의 피크들을 검출하고, 각 호흡 주기에서 들숨 시의 최저 피크와 최고 피크 간의 기울기를 측정하여, 상기 측정 결과에 기초하여, 상기 사용자의 호흡 강도에 관한 정보를 획득하는, 터치 패널 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 호흡 신호의 피크들을 검출하고, 각 호흡 주기에서 들숨과 날숨에 해당하는 구간의 면적을 측정하여, 상기 측정 결과에 기초하여, 상기 사용자의 호흡량에 관한 정보를 획득하는, 터치 패널 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 사용자의 운동 전후의 호흡 신호를 비교하여, 운동 중 상기 사용자에 가해지는 운동 부하 또는 운동 후에서 운동 전의 호흡으로 돌아가는 회복 속도에 관한 정보를 획득하는, 터치 패널 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 생체신호에서 상기 호흡 신호를 제거한 호흡 외 신호를 반전 증폭하여 출력하는 피드백부를 더 포함하고,
    상기 터치 패널부는 상기 생체신호를 감지할 때, 상기 피드백부로부터 소정 기간에 대응되는 호흡 주기의 호흡 외 신호를 네거티브 피드백 받는, 터치 패널 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 터치 패널 장치는,
    상기 터치 패널 장치와 연동되는 사용자 단말로 상기 호흡 신호에 관한 정보를 전송하는, 터치 패널 장치.
  11. 생체신호를 감지하는 터치 패널 장치를 이용하여 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 방법에 있어서,
    사용자의 터치 입력 신호를 감지하는 전극층 쌍을 이용하여, 상기 사용자로부터 생체신호를 감지하는 단계;
    상기 감지된 생체신호로부터 호흡 신호를 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 호흡 신호의 특징에 기초하여 상기 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 단계;
    를 포함하는, 터치 패널 장치를 이용하여 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 생체신호를 감지하는 단계는,
    상기 사용자의 호흡에 따라 변하는 상기 전극층 쌍에서의 정전용량에 기초하여, 상기 생체신호를 감지하는, 터치 패널 장치를 이용하여 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 생체신호를 감지하는 단계는,
    복수 개의 영역으로 구획되어, 각각 액츄에이터와 센서로 동작하는 제 1 전극층과 상기 제 1 전극층에 대한 노이즈를 차단하는 쉴드로서 동작하는 제 2 전극층을 이용하여, 상기 생체신호를 감지하는, 터치 패널 장치를 이용하여 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 호흡 신호를 검출하는 단계는,
    상기 감지된 생체신호에서 호흡 신호에 대응되는 주파수 대역의 신호를 필터링하는 단계; 및
    상기 호흡 신호에 대응되는 주파수 대역의 신호에서 노이즈를 제거하는 단계;
    를 포함하는, 터치 패널 장치를 이용하여 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 단계는,
    상기 호흡 신호의 피크들을 검출하는 단계;
    인접한 피크들 간의 시간 간격을 측정하는 단계; 및
    상기 측정 결과에 기초하여, 상기 사용자의 호흡 속도에 관한 정보를 획득하는 단계;
    를 포함하는, 터치 패널 장치를 이용하여 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 방법.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 단계는,
    상기 호흡 신호의 피크들을 검출하는 단계;
    각 호흡 주기에서 들숨 시의 최저 피크와 최고 피크 간의 기울기를 측정하는 단계; 및
    상기 측정 결과에 기초하여, 상기 사용자의 호흡 강도에 관한 정보를 획득하는 단계;
    를 포함하는, 터치 패널 장치를 이용하여 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 방법.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 단계는,
    상기 호흡 신호의 피크들을 검출하는 단계;
    각 호흡 주기에서 들숨과 날숨에 해당하는 구간의 면적을 측정하는 단계;
    상기 측정 결과에 기초하여, 상기 사용자의 호흡량에 관한 정보를 획득하는 단계;
    를 포함하는, 터치 패널 장치를 이용하여 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 방법.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 단계는,
    상기 사용자의 운동 전후의 호흡 신호를 비교하여, 운동 중 상기 사용자에 가해지는 운동 부하 또는 운동 후에서 운동 전의 호흡으로 돌아가는 회복 속도에 관한 정보를 획득하는, 터치 패널 장치를 이용하여 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 방법.
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 생체신호를 감지하는 단계는,
    소정 기간에 대응되는 호흡 주기의 생체신호에서 상기 호흡 주기의 호흡 신호를 제거한 호흡 외 신호를 네거티브 피드백 받는, 터치 패널 장치를 이용하여 사용자의 호흡에 관한 정보를 획득하는 방법.
  20. 제 11 항 내지 제 19 항 중에 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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