KR102104871B1 - 펄스 미세 전자기장 방식의 키성장 보조장치 및 그 장치의 구동방법 - Google Patents

펄스 미세 전자기장 방식의 키성장 보조장치 및 그 장치의 구동방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 펄스 미세 전자기장 방식의 키성장 보조장치 및 그 장치의 구동방법에 관한 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 펄스 미세 전자기장 방식의 키성장 보조장치는, 관절을 감싸는 피복부의 내부에 구비되어 비접촉 방식으로 관절로 미세 자기장을 발생시키는 제1 안테나 및 제2 안테나를 포함하는 안테나 밴드부, 및 고주파 전압을 생성해 안테나 밴드부로 제공하여 미세 자기장을 발생시키며, 제2 안테나에서 센싱되는 미세 자기장의 센싱값을 근거로 관절의 직경에 상응하는 미세 자기장이 제공되도록 기생성한 고주파 전압을 조절하는 제어장치를 포함할 수 있다.

Description

펄스 미세 전자기장 방식의 키성장 보조장치 및 그 장치의 구동방법{Key Growth Auxiliary Device by Pulsed Micro-electromagnetic Field and Driving Method Thereof}
본 발명은 펄스 미세 전자기장 방식의 키성장 보조장치 및 그 장치의 구동방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 가령 피부에 직접 접촉하는 전극이 없이 비접촉 방식으로 아이들의 성장판에 미세 전자기장을 발생시켜 성장을 촉진시키는 펄스 미세 전자기장 방식의 키성장 보조장치 및 그 장치의 구동방법에 관한 것이다.
뼈의 길이 성장은 성장판의 연골이 연골 세포로 구성되어 있는데 운동을 하여 자극이 가하면 이 세포의 분열과 증식으로 뼈의 길이 성장이 이루어진다. 다리의 성장 과정을 예로 들면, 다리의 대퇴골에서의 길이 성장은 먼저 골단 연골의 중심부에서 연골 세포의 분열 증식이 활발하게 이루어진 다음 분열 증식된 세포 중에서 결합 조직을 포함하는 연골 세포가 골아 세포로 변하여 뼈를 만들기 시작한다.
종래에는 키성장을 보조하기 위하여 성장판을 물리적으로 마사지하거나 발바닥의 경혈을 자극하여 성장 호르몬 분비를 촉진하는 등의 방식도 제안된 바 있다.
그런데, 물리적인 성장판 마사지 방식의 경우, 모터나 공기압에 의한 외부 마사지와 온열을 혼합한 방식의 경우 강도를 잘못 조절하여 지나치게 강한 압력이나 열 자극이 가해질 경우 오히려 성장판을 손상시킬 수 있는 단점이 있다.
또한, 발바닥의 경혈을 자극하는 방식의 경우에는 양말을 벗고 발바닥에 전기적인 자극이 직접 인가되어야 하는데 일반적으로 소아청소년에게는 국제적으로도 피부 전기자극 장치는 사용을 권하고 있지 않고, 발바닥에 장치를 부착해야 하므로 일상생활에서는 사용이 어렵고 수면시에만 사용해야 하는 불편함이 있다.
한국등록특허공보 제10-0924984호(2009.10.28) 한국공개특허공보 제10-2008-0027325호(2008.03.26) 한국등록실용신안공보 제20-0261417호(202.01.09)
본 발명의 실시예는, 가령 피부에 직접 접촉하는 전극이 없이 비접촉 방식으로 아이들의 성장판에 미세 전자기장을 발생시켜 성장을 촉진시키는 펄스 미세 전자기장 방식의 키성장 보조장치 및 그 장치의 구동방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 펄스 미세 전자기장 방식의 키성장 보조장치는, 관절을 감싸는 피복부의 내부에 구비되어 비접촉 방식으로 상기 관절로 미세 자기장을 발생시키는 제1 안테나 및 제2 안테나를 포함하는 안테나 밴드부, 및 고주파 전압을 생성해 상기 안테나 밴드부로 제공하여 상기 미세 자기장을 발생시키며, 상기 제2 안테나에서 센싱되는 미세 자기장의 센싱값을 근거로 상기 관절의 직경에 상응하는 미세 자기장이 제공되도록 상기 생성한 고주파 전압을 조절하는 제어장치를 포함한다.
상기 안테나 밴드부의 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나는 비선형으로 각각 형성되어 서로 이격될 수 있다.
상기 제어장치는, 상기 고주파 전압을 생성하는 고주파 생성부, 및 상기 생성한 고주파 전압을 조절하여 상기 안테나 밴드부로 출력하는 출력 조절부를 포함할 수 있다.
상기 제어장치는, 지정 시간 동안 상기 안테나 밴드부에 출력되는 미세 자기장을 센싱하는 센싱부, 상기 센싱한 미세 자기장의 센싱값을 증폭시키는 증폭부, 및 상기 고주파 전압을 조절하기 위해 상기 증폭된 센싱값을 DC 레벨 신호로 변환하는 RC 필터부를 포함할 수 있다.
상기 제어장치는, 상기 변환한 DC 레벨 신호를 근거로 상기 관절의 직경과 관련한 기준 면적 대비 비율을 계산하며, 상기 계산한 비율을 근거로 상기 고주파 전압을 조절할 수 있다.
상기 제어장치는, 상기 관절의 직경 크기에 대한 중간값에 상응하는 기준 출력값을 기설정하고, 상기 기설정한 기준 출력값과 상기 계산한 비율을 근거로 상기 고주파 전압을 조절할 수 있다.
상기 제어장치는, 상기 고주파 전압의 펄스폭을 변조하여 상기 관절의 크기와 무관하게 일정한 미세 자기장을 발생시킬 수 있다.
상기 제어부는, 듀티를 50%로 하여 상기 기준 출력값을 설정하고, 상기 증폭부에 증폭된 센싱값이 상기 기준 출력값보다 클 때 상기 펄스폭을 상기 50%보다 줄여주고, 상기 기준 출력값보다 작을 때 상기 펄스폭을 상기 50%보다 크게 해 상기 일정한 미세 자기장을 발생시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 펄스 미세 전자기장 방식의 키성장 보조장치의 구동방법은, 안테나 밴드부가, 관절을 감싸는 피복부의 내부에 구비되는 제1 안테나 및 제2 안테나에 의해 비접촉 방식으로 상기 관절로 미세 자기장을 발생시키는 단계, 및 제어장치가, 고주파 전압을 생성해 상기 안테나 밴드부로 제공하여 상기 미세 자기장을 발생시키며, 상기 제2 안테나에서 센싱되는 미세 자기장의 센싱값을 근거로 상기 관절의 직경에 상응하는 미세 자기장이 제공되도록 상기 생성한 고주파 전압을 조절하는 단계를 포함한다.
상기 안테나 밴드부의 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나는, 비선형으로 각각 형성되어 서로 이격될 수 있다.
상기 구동방법은, 고주파 생성부가, 상기 고주파 전압을 생성하는 단계, 및 출력 조절부가, 상기 생성한 고주파 전압을 조절하여 상기 안테나 밴드부로 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 구동방법은, 센싱부가, 지정 시간 동안 상기 안테나 밴드부에 출력되는 미세 자기장을 센싱하는 단계, 증폭부가, 상기 센싱한 미세 자기장의 센싱값을 증폭시키는 단계, 및 RC 필터부가, 상기 고주파 전압을 조절하기 위해 상기 증폭된 센싱값을 DC 레벨 신호로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 구동방법은, 상기 변환한 DC 레벨 신호를 근거로 상기 관절의 직경과 관련한 기준 면적 대비 비율을 계산하는 단계, 및 상기 계산한 비율을 근거로 상기 고주파 전압을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 고주파 전압을 조절하는 단계는, 상기 관절의 직경 크기에 대한 중간값에 상응하는 기준 출력값을 기설정하는 단계, 및 상기 기설정한 기준 출력값과 상기 계산한 비율을 근거로 상기 고주파 전압을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 고주파 전압을 조절하는 단계는, 상기 고주파 전압의 펄스폭을 변조하여 상기 관절의 크기와 무관하게 일정한 미세 자기장을 발생시킬 수 있다.
상기 고주파 전압을 조절하는 단계는, 듀티를 50%로 하여 상기 기준 출력값을 설정하고, 상기 증폭부에 증폭된 센싱값이 상기 기준 출력값보다 클 때 상기 펄스폭을 상기 50%보다 줄여주고, 상기 기준 출력값보다 작을 때 상기 펄스폭을 상기 50%보다 크게해 상기 일정한 미세 자기장을 발생시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 물리적인 압력이나 열 자극 또는 피부 접촉식 전기자극이 불필요하고, 이로 인해 소아청소년들이 옷을 착용하고도 비접촉식으로 안전하고 편안하게 제품을 사용할 수 있게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 키성장 보조장치를 나타내는 도면,
도 2는 도 1의 키성장 보조장치의 분해 사시도,
도 3은 키성장을 촉진 원리를 설명하기 위한 도면,
도 4는 도 1의 키성장 보조장치의 구동 메커니즘을 나타내는 블록다이어그램,
도 5는 도 1의 키성장 보조장치의 다른 구동 메커니즘을 나타내는 블록다이어그램,
도 6은 도 1의 키성장 보조장치의 구동 과정을 나타내는 흐름도,
도 7은 도 1의 키성장 보조장치의 펄스 출력세기 조절 과정을 나타내는 흐름도, 그리고
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 1의 키성장 보조장치의 구동 과정을 나타내는 흐름도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 키성장 보조장치를 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 키성장 보조장치의 분해 사시도이며, 도 3은 키성장을 촉진 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 펄스 미세 전자기장 방식의 키성장 보조장치(이하, 키성장 보조장치)(100)는 안테나 밴드부(110) 및 제어장치(혹은 본체부)(120)의 일부 또는 전부를 포함한다.
여기서, "일부 또는 전부를 포함한다"는 것은 제어장치(120)가 안테나 밴드부(110)에 통합되어 구성되거나, 일체화되어 형성될 수 있는 것 등을 의미하는 것으로서, 발명의 충분한 이해를 돕기 위하여 전부 포함하는 것으로 설명한다.
안테나 밴드부(110)는 도 2에 도시된 와 같이 펄스 미세 전자기장을 인체로 유도하기 위한 안테나(112, 113)가 내장되며 관절에 부착하기 위한 밴드 형태를 갖는다. 안테나 밴드부(110)는 가령 성장기 아이들의 무릎이나 팔꿈치와 같은 관절의 성장판을 둘러 감싸는 360도 케어(care)가 가능하다. 무릎을 기준으로 성장판은 상하측에 위치하므로, 안테나 밴드부(110)는 미세자기장 안테나가 성장판을 완전히 감싸 골고루 작용할 수 있게 된다. 가령, 안테나 밴드부(110)는 관절의 상부뼈와 하부뼈의 성장판을 모두 감싸주는 듀얼 밴드 구조를 갖는다.
안테나 밴드부(110)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 안테나부(112, 113) 및 피복부(111, 114)를 포함하며, 안테나부(112, 113)는 비선형의 가령 'S'자 형상으로 형성되는 제1 안테나(112) 및 제2 안테나(113)를 포함한다. 제1 안테나(112) 및 제2 안테나(113)는 도전성을 갖는 다양한 재질로 형성될 수 있으며, 'ㄹ'자 형상 등 다양한 형상을 가질 수 있다. 물론 제1 안테나(112) 및 제2 안테나(113)는 성장판을 둘러 감싸는 경우 원형의 루프 안테나를 형성한다고 볼 수 있다. 이러한 제1 안테나(112) 및 제2 안테나(113)가 어떠한 재질로 형성되고 어떠한 형상으로 형성되느냐에 따라 신체로 발생되는 (전)자기장의 세기는 상이할 수도 있으므로, 이를 고려하여 고주파(혹은 고주파 전압, 고주파 신호)는 조절될 수 있다. 여기서, 고주파는 지정 레벨 전압의 주파수가 높다는 것을 의미한다면, 고전압은 지정 전압의 레벨이 높다는 것을 의미하므로, 본 발명의 실시예에서는 다양한 부분이 고려될 수 있다. 다시 말해, 본원은 저전압의 고주파 신호로 이용하는 것도 얼마든지 가능할 수 있을 것이다. 도 2에서 볼 수 있는 것과 같이, 피복부(111, 114)는 밴드 상판(111)과 밴드 하판(114)을 포함할 수 있다.
제어장치(혹은 본체부)(120)는 외연을 형성하는 외부케이스(또는 본체 프레임)의 내부에 PCB 기판 등의 구동부를 포함한다. 좀더 구체적으로, 제어장치(120)는 윈도우(121), 탑 커버(122), 작동 버튼(123), 실리콘 버튼(124), 회로기판(125), 충전지(126), 바텀 커버(127) 및 언더 커버(128)를 포함할 수 있다. 다시 말해, 제어장치(120)는 바텀 커버(127)가 안테나 밴드부(110)를 사이에 두고 언더 커버(1280)와 결합된다. 언더 커버(128)는 사용자의 피부나 옷 등에 접촉할 수 있다. 물론 제어장치(120)의 구조는 다양하게 변경될 수 있으며, 무엇보다 본 발명의 실시예에서는 피부에 접촉하는 별도의 전극을 사용하지 않는다. 즉 비접촉 방식으로 펄스 미세 전자기장을 성장판으로 인가한다.
제어장치(120)는 지시 LED, 전원/모드 버튼을 포함하며, 바텀 커버(127)는 충전지(126)를 포함한다. 이러한 점에서 바텀 커버(127)는 충전단자 커버라 명명될 수도 있다. 지시 LED는 사용자가 수면(혹은 슬립)/일반/집중 모드를 선택하면 LED에 의해 각 모드를 표시한다. 전원/모드 버튼은 전원을 온/오프(ON/OFF)하고 모드를 선택한다. 또한, 충전단자 커버 즉 바텀 커버(127)는 마이크로 USB 충전기를 연결하는 단자를 보호하는 커버이다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 제어장치(120)는 진동모터를 더 포함할 수 있다. 진동모터에 의한 피드백을 전달하여 사용감을 부여할 수 있다. 물론 본 발명의 실시예에서는 수면모드, 일반모드, 집중모드 등 3가지 케어 모드로 동작할 수 있으며, 수면시에는 진동 피드백이 없으며 8시간 정도, 일반모드는 4시간, 또 집중모드는 2시간 정도 가동될 수 있다. 일반모드 및 집중모드는 진동모터를 통해 피드백을 사용자에게 전달하며, 전달되는 진동모터의 피드백을 통해 일반모드와 집중모드를 감지할 수 있게 된다. 완(전)충(전) 후 일반모드는 1일 1회 기준 5~6일 사용이 가능할 수 있다. 안테나 밴드부(110)를 무릎이나 팔꿈치에 착용 후 버튼만 누르면 된다. 사용 후에는 자동으로 전원이 차단될 수도 있다. 다시 말해, 각 모드에서 동작한 후 지정 시간이 경과되면 자동으로 전원이 오프될 수 있다.
도 3을 참조해 성장 촉진 원리를 살펴보면, 제어장치(120)는 사용자 명령을 근거로 펄스 고주파를 발생시키며, 펄스 고주파 에너지(Pulsed Radiofrequency Energy, PRFE)에 의한 펄스 전자기장(Pulsed Electromagnetic Field Therapy, PEMF) 치료 방식이다. 전자기장을 생성하고 치료와 건강 증진에 이용하는 PEMF 치료법은 미국을 중심으로 지난 40여년간 광범위하게 병원 및 홈케어 용도로 사용되어 오고 있다. 이러한 PEMF를 생성하는 몇 가지 방식이 있는데, 그 중에 본 발명의 실시예는 펄스 고주파 방식을 통해 미세 전자기장을 생성하는 방식을 채용하며 다른 PEMF 생성 방식의 예로는 직류(direct current, DC) 펄스 방식이 있다. 본 발명에서 채용한 고주파는 40.68MHz로써, 전파 발생 방식의 기기는 상업적으로 허가된 일반 주파수 이외에는 별도로 무선 주파수 사용 허가를 받아야 하는데, 국제 공통으로는 미국의 연방통신위원회(Federal Communications Commission, FCC)에서 지정한 ISM(Industry-Science-Medical) 밴드의 주파수는 허가 없이 사용할 수 있으며, 의료기기의 치료 용도로는 13.56MHz, 27.12MHz, 그리고 40.68MHz가 주로 사용되며, 이에 본 발명의 실시예에서도 40.68MHz를 채용하였다. 그러나, 어느 하나에 특별히 한정하지는 않을 것이다.
의료용으로 사용되는 주파수 중에서 40.68MHz는 13.56MHz나 27.12MHz에 비교하여 가장 높은 대역에 위치하여 인체 유도시 세포 활성화가 다른 주파수에 비해 더욱 빠르게 진행되고 전달되는 에너지의 양도 많은 장점이 있다. 또한, 주파수와 안테나 길이의 관계는 서로 반비례의 관계에 있어서 주파수가 작아질수록 안테나는 길어지고 주파수가 커질수록 안테나는 작아져야 효율적인 전파의 전달이 가능하다. 따라서 40.68MHz는 다른 의료용 허가 주파수에 비해 안테나의 길이를 상대적으로 짧게 설계해도 되므로 전자기장 펄스를 인체로 더욱 효율적으로 전달할 수 있다.
이를 통해, 본 발명의 실시예에 따른 키성장 보조장치(100)는 펄스 자기장 노출 후 뼈의 분자 레벨 세포, 세포 및 조직 레벨까지 뼈의 세포 활성화와 에너지 공급을 통해 성장기 아동 및 청소년의 키 성장을 촉진시킨다. 전기가 발생하는 곳에는 자기장이 발생하므로, 1초에 4,068,000회를 진동하는 고순도 미세 자기장 에너지가 발생한다. 즉 키성장 보조장치(100)는 세포간 신호 경로가 활성화되고, 펄스 자기장이 뼈세포를 자극하여 뼈세포의 증식을 촉진시키며, 펄스 자기장으로 인해 뼈조직의 밀도가 향상되어 보존 능력이 향상되며, 그 결과 키성장을 촉진하게 된다. 또한 성장통을 완화시킨다. 전체 어린이의 30% 이상이 겪는 성장기의 관절 통증과 펄스 미세 자기장에 의한 관절부위의 혈류 개선 및 통증을 완화시킨다.
도 4는 도 1의 키성장 보조장치의 구동 메커니즘을 나타내는 블록다이어그램이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 1의 키성장 보조장치(100')는 안테나부(400), 제어부(410), 고주파발생부(420), 사용자 인터페이스부(430) 및 상태출력부(440)의 일부 또는 전부를 포함한다.
여기서, "일부 또는 전부를 포함한다"는 것은 상태출력부(440)와 같은 일부 구성요소가 생략되어 키성장 보조장치(100')가 구성되거나, 고주파 발생부(420)와 같은 일부 구성요소가 제어부(410)와 같은 다른 구성요소에 통합되어 구성될 수 있는 것 등을 의미하는 것으로서, 발명의 충분한 이해를 돕기 위하여 전부 포함하는 것으로 설명한다.
안테나부(400)는 일정 간격을 두고 이격되는 제1 안테나 및 제2 안테나를 포함한다. 여기서, 간격은 키성장 보조장치(100')가 관절에 장착되었을 때 상부뼈와 하부뼈의 성장판 위치에 대응하도록 설정되는 것이 바람직하다. 제1 안테나 및 제2 안테나는 S자와 같은 비선형 형태를 갖지만, 지정 고주파 펄스(예: 40.68㎒)에 따라 길이가 결정될 수 있다. 지정 고주파 펄스는 캐리어 주파수이며, 9~33㎐의 펄스 주파수를 변환하여 형성될 수 있다. 9~33㎐의 펄스 주파수는 오실레이터에 의해 생성될 수 있다.
제어부(410)는 도 4의 안테나부(400), 고주파발생부(420), 사용자 인터페이스부(430) 및 상태 출력부(440)의 전반적인 제어 동작을 담당할 수 있다. 예를 들어, 제어부(410)는 사용자 인터페이스부(430)는 사용자 명령에 따라 고주파발생부(420)를 제어하여 사용자 명령에 따라 전자기장이 발생하도록 제어한다. 예를 들어, 키성장 보조장치(100')는 수면모드, 일반모드 및 집중모드 등 3가지의 케어 모드로 동작할 수 있다. 따라서, 사용자 인터페이스부(430)를 통해 사용자가 수면모드를 선택한 경우, 고주파발생부(420)를 이에 상응하도록 제어하며, 특히 상태출력부(440)를 제어하여 수면모드에서는 모터를 미동작시켜 진동이 발생하지 않도록 한다. 반면, 일반모드와 집중모드에서는 그에 부합하는 고주파 즉 전자기파를 발생시켜 안테나부(400)로 제공되도록 하며, 그에 부합하는 진동이 발생하도록 상태출력부(440)의 모터를 제어한다. 집중모드에서는 진동이 크게 느껴질 수 있다. 여기서, 모드(mode)는 사용자 명령이 있을 때 고주파발생부(420)를 통해 각 모드에 상응하는 펄스 미세 전자기장이 발생하도록 하기 위한 일련의 과정이라 볼 수 있다.
또한, 제어부(410)는 고주파센싱부를 포함할 수 있다. 물론 고주파센싱부는 안테나부(400)나 고주파발생부(420)에 포함될 수도 있으므로, 본 발명의 실시예에서는 어느 하나의 형태에 특별히 한정하지는 않을 것이다. 제어부(410)는 고주파 센싱부를 통해 안테나부(400)에 제공된 고주파를 센싱하고 그 센싱한 값을 근거로 진동 모터나 지시 LED 등을 제어할 수도 있으며, 고주파발생부(420)를 피드백 제어하기 위해 사용할 수도 있을 것이다. 예를 들어, 성장기 아이들의 신체 사이즈에 관계없이 지정 모드에서 일정한 미세 자기장이 제공되도록 펄스폭 변조를 수행할 수 있다. 펄스폭 변조는 듀티비를 조절하는 것이다.
고주파발생부(420)는 지정 주파수의 펄스 전압을 발생시키는 고주파 생성부, 발생된 펄스 전압의 주파수를 조절하는 주파수 조절부 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 고주파 생성부는 본 발명의 실시예에 따라 오실레이터(oscillator)를 통해 40.68㎒의 고주파 펄스 전압을 출력할 수 있으며, 주파수 조절부는 펄스폭변조(PWM)에 의해 듀티를 가변하여 출력 파워를 조절한다. 물론, 본 발명의 실시예에 따른 고주파발생부(420)는 제어부(410)에 의해 턴온/턴오프 동작할 수도 있다. 다시 말해, 사용자 인터페이스부(430)로부터 전원 입력 동작이 있는 경우, 제어부(410)는 고주파발생부(420)를 가동시켜 사용자의 요청에 따라 고주파가 발생하도록 할 수 있다.
사용자 인터페이스부(430)는 사용자로부터 사용자 명령 즉 제어 명령을 수신한다. 사용자 인터페이스부(430)는 키성장 보조장치(100')를 작동시키기 위한 버튼 등을 포함하거나 음성 명령어를 통해 동작하도록 하기 위한 마이크로폰 등의 음성 수신부를 포함할 수 있다. 수신된 사용자 명령은 제어부(410)로 전달되며, 제어부(410)는 수신된 사용자 명령을 근거로 고주파발생부(420)를 제어할 수 있다. 물론 사용자 명령을 통해 일반모드나 집중모드로 동작시키기 위한 제어 명령이 수신된 경우, 제어부(410)는 상태출력부(440)의 진동모터를 그에 상응하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 일반모드보다는 집중모드에서 모터의 진동이 클 수 있다.
상태출력부(440)는 발광부 및 진동부를 포함할 수 있다. 발광부는 LED 등의 발광소자를 포함하여, 키성장 보조장치(100')의 현재 동작 상태를 표시할 수 있다. 예를 들어, 수면모드로 동작 중인 경우 수면모드를 표시하는 LED를 발광시킬 수 있다. 또한, 진동부는 진동모터를 포함하며, 수면모드에서 진동모터는 턴오프 상태를 유지하지만, 일반모드나 집중모드에서는 그에 상응하는 진동을 발생시킬 수 있다.
도 5는 도 1의 키성장 보조장치의 다른 구동 메커니즘을 나타내는 블록다이어그램이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 키성장 보조장치(100”)는 안테나부(500), 제어부(510), 고주파발생부(520), 상태 출력부(531, 532), 전원공급부(540), 스위치제어부(550)의 일부 또는 전부를 포함하며, 여기서 "일부 또는 전부를 포함"한다는 것은 앞서서의 의미와 크게 다르지 않다.
안테나부(500)는 제1 안테나부(501)와 제2 안테나부(502)를 포함하며, 제1 안테나부(501)의 제1 안테나와 제2 안테나부(502)의 제2 안테나는 일정 간격을 두고 배치될 수 있으며, 각각의 안테나는 관절의 상부뼈와 하부뼈의 성장판을 모두 감싸주는 형태로 형성될 수 있다.
제어부(510)는 도 5의 키성장 보조장치(100”)를 구성하는 고주파발생부(520), 상태출력부(531, 532), 전원공급부(540) 등의 전반적인 제어 동작을 담당할 수 있다. 예를 들어, 제어부(510)는 스위치제어부(550) 등을 통해 전원 버튼이 눌려지면 전원제어부(541)를 제어하여 전원을 공급받아 고주파발생부(520), 상태 출력부(531, 532) 등으로 공급할 수 있다.
고주파발생부(520)는 고주파스위칭부(521), 출력조절부(522), 고주파센싱부(523), 고주파생성부(524) 및 펄스제어부(525)의 일부 또는 전부를 포함한다. 고주파스위칭부(521)는 안테나 2(혹은 제2 안테나)의 출력 또는 센싱을 선택하는 역할을 하여 초기 고주파 센싱 과정에서는 안테나 2를 센싱으로 스위칭했다가(예: 3초), 센싱 및 출력 조절이 완료되면 출력부가 연결되도록 스위칭한다. 출력조절부(522)는 고주파생성부(524)를 통해 생성된 고주파 펄스를 안테나 1로 공급하며, 고주파 펄스는 PWM에 의해 듀티를 가변하여 출력 파워를 조절한다. 안테나 1은 팔꿈치나 무릎 관절에 부착하는 밴드 내부에 내장된다. 고주파센싱부(523)는 고주파스위칭부(521)를 통해 출력된 고주파가 안테나 1을 통해 형성된 전자기장의 세기를 안테나 2로부터 센싱하는 부분으로 고주파 입력 신호를 증폭하는, 더 정학하게는 그를 센싱하여 신호를 증폭시키는 증폭기(혹은 증폭부)를 내장한다. RF 증폭기가 사용될 수 있다. 증폭기는 지정 이득(A)을 갖는 OP 앰프가 사용될 수 있다. 여기서, 이득은 증폭률을 의미할 수 있다. 고주파생성부(524)는 40.68MHz의 발진 주파수를 가지는 오실레이터를 포함하며, 출력 조절부(522)를 통해 PWM에 의해 듀티를 가변하여 출력 파워가 조절된다. 펄스제어부(525)는 고주파생성부(524)의 온/오프를 제어하여 고주파 펄스가 버스트(burst) 형태로 출력되도록 제어한다. 펄스 버스트는 유한 개의 연속되는 펄스를 의미한다.
상태출력부(531, 532)는 진동모터부(531) 및 지시 LED 제어부(532)를 포함한다. 펄스 미세 고주파 출력은 안테나 밴드를 통해 인체에 전달되더라도 피부나 뼈에서 느껴지는 느낌은 없다. 따라서 진동모터를 내장하여 수면모드를 제외하고 일반모드와 집중모드에서는 진동감을 주어 펄스 전달에 대한 피드백 감(feeling)을 부여한다. 또한, 지시 LED 3개가 있어서 키 선택에 따라 수면모드, 일반모드, 집중 모드를 각각 표시한다.
전원공급부(540)는 전원제어부(541), 충전배터리(542) 및 충전단자(543) 등을 포함한다. 충전배터리(542)의 전원은 7.4V, 500mAh 용량의 리튬폴리머 충전 배터리에 의해 공급되며, 전원 버튼이 선택되면 가령 전원제어부(541)의 FET 소자 등에 의해 전원이 투입 및 제어된다.
스위치제어부(550)는 사용자 명령을 수신하기 위한 다양한 버튼을 포함할 수 있다. 대표적으로, 전원 버튼이나, 수면모드나 일반모드 등의 동작모드를 동작시키기 위한 버튼을 포함할 수 있다. 이외에도, 음성명령어를 수신하기 위한 음성수신부 등 다양한 구성요소를 포함할 수 있을 것이다.
상기한 내용 이외에도, 도 5의 안테나부(500), 제어부(510), 고주파발생부(520), 상태 출력부(531, 532), 전원공급부(540) 및 스위치제어부(550)는 다양한 동작을 수행할 수 있으며, 이와 관련해서는 앞서 충분히 설명하였으므로 자세한 내용은 그 내용들로 대신하고자 한다.
도 6은 도 1의 키성장 보조장치의 구동 과정을 나타내는 흐름도이다.
설명의 편의상 도 6을 도 1과 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 키성장 보조장치(100)는, 전원이 온(ON)되면 지시 LED 및 시스템이 초기화 동작한다(S600, S601). 예를 들어, 전원 버튼을 눌러 전원이 켜지면 기본적으로 일반모드의 LED가 켜지면서 일반모드가 작동한다. 또는 키성장 보조장치(100)는 지정 시간 동안(예: 3초) 지정 레벨의 고주파를 신체로 인가한 후 이를 센싱하여 아이들의 신체 사이즈에 관계없이 일정한 미세 자기장이 출력되도록 고주파의 듀티를 조절하기 위한 PWM 동작을 수행할 수 있다.
또한, 키성장 보조장치(100)는 사용자가 버튼을 누르면 일반모드 또는 집중모드가 선택되었는지를 판단한다(S602 ~ S605). 물론 일반모드에서 전원 오프 요청이 있으면, 전원을 차단할 수 있다(S623). 사용 도중이라도 버튼을 2초 이상 길게 누르면 전원이 오프될 수 있다.
만약, 수면모드이면, 키성장 보조장치(100)는 수면모드 펄스를 출력한다(S620). 수면모드 동작에서는 진동모터를 구동시키지 않는다.
또한, 키성장 보조장치(100)는 일반모드이면 일반모드 펄스를 출력하며, 진동모터를 구동시킨다(S603, S621). 일반모드에서의 진동모터에 의한 진동은 집중모드에서의 진동보다 약할 수 있다.
나아가, 키성장 보조장치(100)는 집중모드에서의 집중모드 펄스를 출력하며, 집중모드에 상응하여 진동모터를 구동할 수 있다(S604, S622). 예를 들어, 진동모터로 제공되는 제어 신호(또는 구동 전압)의 횟수를 늘려 차별화할 수 있다.
또한, 키성장 보조장치(100)는 시스템이 턴온된 후 자동 전원 오프를 점검한다(S610). 가령 배터리 잔량을 점검할 수도 있을 것이다. 예를 들어, 키성장 보조장치(100)는 모드별 설정 시간이 경과되었는지(S611)를 판단하여 설정 시간이 경과되면 전원을 자동으로 오프시킬 수 있다(S612). 가령 수면모드시 8시간, 일반모드시 4시간, 집중모드시 2시간 동안 작동하고, 설정된 시간이 지나면 자동으로 전원이 오프될 수 있다. 시간 점검을 위해 타이머가 사용될 수도 있다. 타이머는 하드웨어든 소프트웨어든 무관할 것이다.
도 7은 도 1의 키성장 보조장치의 펄스 출력세기 조절 과정을 나타내는 흐름도이다.
설명의 편의상 도 7을 도 1과 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 키성장 보조장치(100)는 가령 안테나 2를 이용한 센싱과 피드백을 수행할 수 있다.
키성장 보조장치(100)는 스위치로 모드가 선택되면, 안테나 1은 항상 출력으로 연결되어 있는 상태이므로 안테나 1의 출력세기를 센싱하기 위해 안테나 2가 센싱부로 연결되도록 스위칭한다(S700, S701).
또한, 키성장 보조장치(100)는 안테나 1은 출력, 안테나 2는 센싱으로 연결된 상태에서 듀티(Duty) 50%로 3초간 출력을 내보낸다(S702).
이후, 키성장 보조장치(100)는 3초 동안 안테나 2에서 수신된 40.68㎒의 전파는 RF 증폭기를 통해 신호가 증폭되고, RC 필터를 통해 DC 레벨 신호로 전환되어 제어부(예: MCU)의 ADC(Analog-Digital Converter)(부)를 통해 레벨을 읽어낸다(S703). 여기서, RC 필터는 저항(R)과 커패시터(C)를 포함하여 구성될 수 있으며, 일종의 평활회로로서 역할을 수행하여 RF 증폭 신호를 DC로 변환할 수 있다.
출력세기는 단위면적당 mW인 mW/cm2로 표시된다. 밴드 형태의 안테나는 팔꿈치 또는 무릎에 장착되는데, 키성장 보조장치(100)의 사용 아동청소년 연령인 6~18세의 팔꿈치 및 무릎 관절의 직경이 다양하므로 밴드를 장착했을 때에, 직경 사이즈에 따라 장착한 밴드가 형성한 원형 루프 안테나의 직경이 약 5~15cm 정도로 넓은 범위로 분포할 수 있다.
이에 키성장 보조장치(100)는 기준 면적 대비 비율을 계산하여 계산 결과에 따라 듀티를 가변하여 안테나 2(혹은 안테나 1)에서 조절된 세기의 미세 자기장이 출력되도록 한다(S705, S706).
예를 들어, 키성장 보조장치(100)는 5~15cm의 중간값인 10cm를 기준 출력값인 0.1mW/cm2로 설정하여 듀티 50%일 때 기준 출력값이 나오도록 설정하면, 안테나 2를 통해 수신되는 RF 증폭된 값이 기준값보다 클 때에는 듀티를 50%보다 줄여주고 기준값보다 작을 때에는 듀티를 50%보다 크게 해서, 신체 사이즈에 관계 없이 일정한 출력이 인가되도록 할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 1의 키성장 보조장치의 구동 과정을 나타내는 흐름도이다.
설명의 편의상 도 8을 도 1과 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 도 1의 키성장 보조장치(100)는, 관절을 감싸는 안테나 밴드부(110)의 피복부 내부에 구비되는 제1 안테나 및 제2 안테나에 의해 비접촉 방식으로 관절로 미세 자기장을 발생시킨다(S800). 예를 들어, 전원이 인가되면 키성장 보조장치(100)는 가령 성장기에 있는 아이들의 신체 사이즈, 가령 관절의 직경을 감지하여 일정한 미세 자기장이 제공되도록 하기 위하여 기준 출력값의 미세 자기장을 지정 시간 동안 발생시킬 수 있다. 그리고, 센싱되는 값을 근거로 기준 출력값을 조절하여 제공하는 것이다.
키성장 보조장치(100)는 고주파 전압(혹은 신호)을 생성해 안테나 밴드부(110)로 제공하여 미세 자기장을 발생시키며, 제2 안테나에서 센싱되는 미세 자기장의 센싱값을 근거로 관절의 직경에 상응하는 미세 자기장이 제공되도록 (기)생성한 고주파 전압을 조절할 수 있다(S810). 예를 들어, 키성장 보조장치(100)는 성장기 아이들의 신체 사이즈에 관계없이 일정한 크기의 미세 자기장이 제공되도록 고주파 전압을 조절하며, 이를 위하여 듀티를 조절하는 PWM 제어를 수행할 수 있다. 예를 들어, 동일한 주파수를 갖지만, 듀티온 타임을 조절하게 되면, 미세 자기장이 인가되는 시간 또는 양을 증가한다고 볼 수 있다. 예를 들어, 전체 듀티 타임을 100라 할 때, 이중 50%는 미세 자기장을 인가하고 나머지 50%는 비인가한다고 가정할 때, 듀티비를 조절하여 미세 자기장의 인가와 비인가의 비율을 60:40으로 조절할 수 있다.
상기한 내용 이외에도 키성장 보조장치(100)는 다양한 동작을 수행할 수 있으며, 기타 자세한 내용은 앞서 충분히 설명하였으므로 그 내용들로 대신하고자 한다.
한편, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 비일시적 저장매체(non-transitory computer readable media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시 예를 구현할 수 있다.
여기서 비일시적 판독 가능 기록매체란, 레지스터, 캐시(cache), 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라, 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로, 상술한 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리 카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독가능 기록매체에 저장되어 제공될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
100, 100', 100”: 키성장 보조장치 110: 안테나 밴드부
112: 제1 안테나 113: 제2 안테나
120: 제어장치 400, 500: 안테나부
410, 510: 제어부 420, 520: 고주파발생부
430: 사용자 인터페이스부 440: 상태출력부
531: 진동모터부 532: 지시 LED 제어부
540: 전원공급부 550: 스위치제어부

Claims (16)

  1. 관절을 감싸는 피복부의 내부에 구비되어 비접촉 방식으로 상기 관절로 미세 자기장을 발생시키는 제1 안테나 및 제2 안테나를 포함하는 안테나 밴드부; 및
    고주파 전압을 생성해 상기 안테나 밴드부로 제공하여 상기 미세 자기장을 발생시키며, 상기 제2 안테나에서 센싱되는 미세 자기장의 센싱값을 근거로 상기 관절의 직경에 상응하는 미세 자기장이 제공되도록 상기 생성한 고주파 전압을 조절하는 제어장치;를 포함하고,
    상기 제어장치는 지정 시간 동안 상기 안테나 밴드부에 출력되는 미세 자기장을 센싱하는 센싱부;
    상기 센싱한 미세 자기장의 센싱값을 증폭시키는 증폭부; 및
    상기 고주파 전압을 조절하기 위해 상기 증폭된 센싱값을 DC 레벨 신호로 변환하는 RC 필터부;를
    포함하는 펄스 미세 전자기장 방식의 키성장 보조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 밴드부의 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나는 비선형으로 각각 형성되어 서로 이격되는 펄스 미세 전자기장 방식의 키성장 보조장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치는,
    상기 고주파 전압을 생성하는 고주파 생성부; 및
    상기 생성한 고주파 전압을 조절하여 상기 안테나 밴드부로 출력하는 출력 조절부;를
    포함하는 펄스 미세 전자기장 방식의 키성장 보조장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 변환한 DC 레벨 신호를 근거로 상기 관절의 직경과 관련한 기준 면적 대비 비율을 계산하며, 상기 계산한 비율을 근거로 상기 고주파 전압을 조절하는 펄스 미세 전자기장 방식의 키성장 보조장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 관절의 직경 크기에 대한 중간값에 상응하는 기준 출력값을 기설정하고, 상기 기설정한 기준 출력값과 상기 계산한 비율을 근거로 상기 고주파 전압을 조절하는 펄스 미세 전자기장 방식의 키성장 보조장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 고주파 전압의 펄스폭을 변조하여 상기 관절의 크기와 무관하게 일정한 미세 자기장을 발생시키는 펄스 미세 전자기장 방식의 키성장 보조장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어장치는, 듀티를 50%로 하여 상기 기준 출력값을 설정하고, 상기 증폭부에 증폭된 센싱값이 상기 기준 출력값보다 클 때 상기 펄스폭을 상기 50%보다 줄여주고, 상기 기준 출력값보다 작을 때 상기 펄스폭을 상기 50%보다 크게 해 상기 일정한 미세 자기장을 발생시키는 펄스 미세 전자기장 방식의 키성장 보조장치.
  9. 안테나 밴드부가, 관절을 감싸는 피복부의 내부에 구비되는 제1 안테나 및 제2 안테나에 의해 비접촉 방식으로 상기 관절로 미세 자기장을 발생시키는 단계; 및
    제어장치가, 고주파 전압을 생성해 상기 안테나 밴드부로 제공하여 상기 미세 자기장을 발생시키며, 상기 제2 안테나에서 센싱되는 미세 자기장의 센싱값을 근거로 상기 관절의 직경에 상응하는 미세 자기장이 제공되도록 상기 생성한 고주파 전압을 조절하는 단계;를 포함하고,
    센싱부가, 지정 시간 동안 상기 안테나 밴드부에 출력되는 미세 자기장을 센싱하는 단계;
    증폭부가, 상기 센싱한 미세 자기장의 센싱값을 증폭시키는 단계; 및
    RC 필터부가, 상기 고주파 전압을 조절하기 위해 상기 증폭된 센싱값을 DC 레벨 신호로 변환하는 단계;를
    더 포함하는 펄스 미세 전자기장 방식의 키성장 보조장치의 구동방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 안테나 밴드부의 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나는, 비선형으로 각각 형성되어 서로 이격되는 펄스 미세 전자기장 방식의 키성장 보조장치의 구동방법.
  11. 제9항에 있어서,
    고주파 생성부가, 상기 고주파 전압을 생성하는 단계; 및
    출력 조절부가, 상기 생성한 고주파 전압을 조절하여 상기 안테나 밴드부로 출력하는 단계;를
    포함하는 펄스 미세 전자기장 방식의 키성장 보조장치의 구동방법.
  12. 삭제
  13. 제9항에 있어서,
    상기 변환한 DC 레벨 신호를 근거로 상기 관절의 직경과 관련한 기준 면적 대비 비율을 계산하는 단계; 및
    상기 계산한 비율을 근거로 상기 고주파 전압을 조절하는 단계;를
    더 포함하는 펄스 미세 전자기장 방식의 키성장 보조장치의 구동방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 고주파 전압을 조절하는 단계는,
    상기 관절의 직경 크기에 대한 중간값에 상응하는 기준 출력값을 기설정하는 단계; 및
    상기 기설정한 기준 출력값과 상기 계산한 비율을 근거로 상기 고주파 전압을 조절하는 단계;를
    포함하는 펄스 미세 전자기장 방식의 키성장 보조장치의 구동방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 고주파 전압을 조절하는 단계는,
    상기 고주파 전압의 펄스폭을 변조하여 상기 관절의 크기와 무관하게 일정한 미세 자기장을 발생시키는 펄스 미세 전자기장 방식의 키성장 보조장치의 구동방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 고주파 전압을 조절하는 단계는,
    듀티를 50%로 하여 상기 기준 출력값을 설정하고, 상기 증폭부에 증폭된 센싱값이 상기 기준 출력값보다 클 때 상기 펄스폭을 상기 50%보다 줄여주고, 상기 기준 출력값보다 작을 때 상기 펄스폭을 상기 50%보다 크게 해 상기 일정한 미세 자기장을 발생시키는 펄스 미세 전자기장 방식의 키성장 보조장치의 구동방법.
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