KR102438151B1 - 넥밴드형 의료용 헤드라이트 시스템 - Google Patents

넥밴드형 의료용 헤드라이트 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 넥밴드형 의료용 헤드라이트 시스템에 관한 것으로서, 사용자가 헤드라이트를 신속하고 간편하게 착용하여 사용할 수 있고, 사용자가 라이팅 유니트를 손으로 터치하여 작동시킬 필요가 없도록 하여, 각종 세균에 의한 오염 및 교차오염의 우려를 해소하는 데 그 목적이 있다.
이를 위하여 본 발명은, 안경(3) 또는 헤드셋에 구비되는 라이팅 유니트(200) 및 확대경(4)과, 상기 라이팅 유니트(200)를 제어하기 위한 컨트롤 유니트(100)와, 상기 라이팅 유니트(200)에 전원을 공급하기 위한 배터리 및 전원 케이블(5)을 포함하여 이루어지는 의료용 헤드라이트 시스템에 있어서, 상기 라이팅 유니트(200)를 제어하는 컨트롤 유니트(100)가, 넥밴드(Neckband) 타입으로 구성되어 사용자의 목 주위에 안착되고, 페달형 무선제어 유니트(300)를 더 구비하여, 사용자가 발을 사용하여 상기 라이팅 유니트(200)를 온/오프시키는 것을 특징으로 한다.

Description

넥밴드형 의료용 헤드라이트 시스템{NECKBAND TYPE HEADLIGHT SYSTEM FOR MEDICAL USE}
본 발명은 병원의 외과, 치과, 이비인후과 등에서 환자를 진료하거나 수술할 때 사용하는 의료용 헤드라이트 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 손이 아닌 발로 헤드라이트를 온/오프시키고, 손을 사용하지 않고 고개의 움직임에 의해 헤드라이트의 밝기를 조절할 수 있도록 함으로써, 사용의 편의성을 향상시킴과 동시에 세균이나 바이러스의 교차 감염을 방지할 수 있도록 한 넥밴드형 의료용 헤드라이트 시스템에 관한 것이다.
병원에서 환자의 진료 및 수술에 사용되는 의료용 헤드라이트(Headlight)는, 일반적으로 안경 또는 헤드셋에 부착되는 확대경('루페'라도도 한다)과, 빛을 발산하는 헤드라이트와, 헤드라이트를 조절하기 위한 컨트롤러를 포함하여 구성된다.
상기 헤드라이트는 높은 조도를 갖는 LED로 구성되고, 상기 컨트롤러는 헤드라이트의 온/오프 및 밝기를 조절한다.
이러한 의료용 헤드라이트는, 대용량 배터리와 헤드라이트가 케이블로 연결되고 대용량 배터리를 허리에 착용하는 유선 대용량 배터리 방식과, 배터리 및 컨트롤러를 소형화하여 안경에 일체화시킨 무선 소용량 배터리 방식으로 구분할 수 있다.
도 1은 유선 대용량 배터리 방식의 헤드라이트의 일례를 나타낸 것으로서, 확대경(4)이 구비된 안경(3)에 라이팅 유니트(1)가 장착되고, 상기 라이팅 유니트(1)의 전면에는 라이팅 유니트(1)에서 발산되는 빛을 일정 영역으로 모으기 위한 광학 유니트(2)가 구비된.
그리고 상기 라이팅 유니트(1)는 브라켓(6)에 의해 안경(3)에 장착된다.
또한 상기 라이팅 유니트(1)는 전원 케이블(5)에 의해 컨트롤 유니트(7)와 연결되고, 상기 컨트롤 유니트(7)에는 조작 스위치(71), 대용량 배터리(72) 및 제어용 PCB(73)가 구비된다.
이에 따라 의료진은 상기 컨트롤 유니트(7)를 허리에 착용한 상태에서, 상기 라이팅 유니트(1) 및 확대경(4)을 통해 치료 부위를 밝게 확대하여 볼 수 있다.
상기한 유선 고용량 배터리 방식은, 배터리를 장시간 사용할 수 있다는 장점이 있다.
그러나 유선 고용량 배터리 방식은, 허리에 장착하는 컨트롤 유니트(7)와 라이팅 유니트(1)가 전원 케이블(5)에 의해 연결되어 있다.
이에 따라 전원 케이블(5)을 수술복에 고정하기 위해 별도의 클립(도시 생략)과, 안경(3) 다리에 전원 케이블(5)을 고정하기 위한 밴드가 필요하고, 헤드라이트의 착용 및 제거에 상당한 시간이 소요된다는 단점이 있다.
또한 헤드라이트의 사용과정에서 라이팅 유니트의 조작 버튼을 빈번히 터치하게 되므로, 수술실 및 진료실내의 세균이나 바이러스에 의한 감염의 우려가 있고, 이러한 세균이나 바이러스가 제3의 환자 및 장소로 전이되는 교차오염이 발생할 수 있다는 문제가 있다.
한편 무선 소용량 배터리 방식은, 도 2에 도시된 바와 같이, 안경(3)에 소용량 배터리(8), 제어용 PCB 및 라이팅 유니트(1)가 일체로 구성된다.
상기한 무선 소용량 배터리 방식은, 별도의 전원 케이블이 불필요하므로 헤드라이트의 장착이 간편하다는 장점이 있다.
그러나 배터리가 안경에 장착되는 구조이므로, 배터리의 무게에 의해 사용자의 피로감을 증대시키고, 배터리의 용량에 한계가 있어 2~3 시간 밖에 사용할 수 없다는 단점이 있다.
또한 라이팅 유니트의 온/오프 조작을 위해 조작 버튼을 빈번히 터치하게 되므로, 세균에 의한 오염 및 수술실 및 진료실에서 교차오염이 발생할 가능성이 높다는 문제가 있다.
한국 공개특허 제10-2020-00989736호(2020. 08. 21. 공개) 한국 공개실용신안 제20-2019-0000961호(2019. 04. 24. 공개) 한국 공개특허 제10-2016-0007807호(2016. 01. 21. 공개)
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 사용자가 헤드라이트를 신속하고 간편하게 착용하여 사용할 수 있고, 헤드라이트를 장시간 사용할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 사용자가 라이팅 유니트를 손으로 터치하여 작동시킬 필요가 없도록 하여, 각종 세균에 의한 오염 및 교차오염의 우려를 해소하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 사용자가 손으로 컨트롤 유니트를 터치하지 않고서도 헤드라이트의 밝기를 간편하게 조절할 수 있도록 하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 사용자에게 목 피로도에 대한 각종 정보를 제공할 수 있도록 하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 안경 또는 헤드셋에 구비되는 라이팅 유니트 및 확대경과, 상기 라이팅 유니트를 제어하기 위한 컨트롤 유니트와, 상기 라이팅 유니트에 전원을 공급하기 위한 배터리 및 전원 케이블을 포함하여 이루어지는 의료용 헤드라이트 시스템에 있어서, 상기 라이팅 유니트를 제어하는 컨트롤 유니트가, 넥밴드 타입으로 구성되어 사용자의 목 주위에 안착되고, 페달형 무선제어 유니트를 더 구비하여, 사용자가 발을 사용하여 상기 라이팅 유니트를 온/오프시키는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 넥밴드형 컨트롤 유니트는, 일측에 구비되는 메인 PCB와, 타측에 구비되는 보조 PCB를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 컨트롤 유니트의 메인 PCB는, 페달형 무선제어 유니트 및 스마트폰과의 무선통신을 위한 RF 안테나와, 사용자의 잘못된 자세에 대해 경고음을 발생시키는 부저를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 컨트롤 유니트의 일측에, 전원 케이블의 일단이 조립되도록 하는 소켓형 마그넷 커넥터가 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 배터리는, 상기 넥밴드형 컨트롤 유니트의 양단에 각각 구비되고, 래치형 록커에 의해 푸시타입으로 컨트롤 유니트에 장착되고 탈거되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 전원 케이블의 일단에, 컨트롤 유니트의 소켓형 마그넷 커넥터와 조립되기 위한 플러그형 마그넷 커넥터가 구비되고, 상기 전원 케이블의 타단에, 라이팅 유니트의 커넥터와의 결합을 위한 플러그형 커넥터가 조립되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 컨트롤 유니트는, 2개의 저손실 다이오드를 구비하여 2개의 배터리 중 높은 전압의 배터리를 우선 선택하여 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 라이팅 유니트는, 9축 센서를 구비하여 사용자의 움직임을 인식하고 이를 통해 라이팅 유니트를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 9축센서는, 3개의 가속도센서와 3축 자이로센서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 사용자가 2~3초 이내에 고개를 상하로 2번 움직일 경우, 라이팅 유니트를 온 또는 오프시키는 것을 특징으로 한다.
또한 사용자가 2~3초 이내에 고개를 상하 1회 움직이고, 우측으로 고개를 이동한 후 다시 중앙으로 돌아올 경우, 라이팅 유니트의 밝기를 한 단계 높이는 것을 특징으로 한다.
또한 사용자가 2~3초 이내에 고개를 상하 1회 움직이고, 좌측으로 고개를 이동한 후 다시 중앙으로 돌아올 경우, 라이팅 유니트의 밝기를 한 단계 낮추는 것을 특징으로 한다.
또한 사용자의 목이 일정각도 이상 과도하게 숙여져 있고 이러한 자세가 계속 유지될 경우, 컨트롤 유니트의 부저로 경고하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 라이팅 유니트는, 컨트롤 유니트의 PWM 제어에 의해 온/오프 또는 밝기를 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 헤드라이트 시스템은, 스마트폰 앱과 연계되어 사용자의 목 각도를 저장하고, 날짜별, 시간별 목의 피로도를 분석해 주는 것을 특징으로 한다.
또한 스마트폰 앱에서 컨트롤 유니트의 설정을 변경할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 페달형 무선제어 유니트는, 컨트롤 유니트와의 무선 통신을 위한 RF 안테나와, 페달에 고유번호를 설정하기 위한 딥스위치와, 탑 커버가 일정 각도 회동하도록 하기 위한 힌지와, 상기 탑 커버를 지지하는 스프링과, 페달형 무선제어 유니트에 전원을 공급하기 위한 배터리를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 페달형 무선제어 유니트의 딥스위치와 컨트롤 유니트의 딥스위치의 고유값 설정을 통해, 헤드라이트 시스템의 오작동을 방지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 컨트롤 유니트를 목 주위에 걸치는 넥밴드 타입으로 구성함으로써, 사용자가 신속하고 간편하게 착용하여 사용할 수 있는 효과가 있다.
또한 라이팅 유니트와 컨트롤 유니트를 연결하는 전원 케이블의 길이가 짧으므로, 헤드라이트의 착용시 별도의 클립이나 밴드를 구비할 필요가 없게 된다.
이로써 헤드라이트의 착용 및 제거에 따르는 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.
또한 발로 페달을 밟아 라이팅 유니트을 온/오프 시키는 방식이므로, 사용의 편의성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 라이팅 유니트에 9축 센서를 적용하여 사용 중 고개의 움직임 동작에 의해 헤드라이트의 밝기를 조절하는 방식으므로, 손으로 버튼을 조작할 필요가 없도록 하는 효과가 있다.
또한 손을 사용하지 않고도 컨트롤 유니트를 조작할 수 있으므로, 수술실 또는 진료실에서의 세균에 의한 오염 및 교차오염을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한 배터리가 컨트롤 유니트의 양쪽에 구비되므로, 배터리의 무게의 의한 사용자의 피로감을 줄이고, 헤드라이트의 사용시간을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 배터리 전원의 입력단에 저손실 다이오드를 구비함으로써, 두개의 배터리 사용에 따른 역전류 흐름을 방지하고, 전원이 높은 배터리를 우선적으로 사용할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한 2개의 배터리 중 하나를 탈거하더라도 헤드라이트를 계속 사용할 수 있는 효과가 있다.
또한 각 부품이 모듈화 되어 해당 부품만 교체하여 사용할 수 있으므로, 유지보수가 간편해지는 효과가 있다.
또한 열 완충 PCB에 의해, LED PCB에서 발생하는 고온의 열이 라이팅 유니트 PCB에 직접 전달되지 않도록 하는 효과가 있다.
또한 각 PCB의 전기적 신호적 전달시 점 접촉 방식의 커넥터를 사용함으로써, 고전력을 사용하는 라이팅 유니트에서 열 전도를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한 컨트롤 유니트의 PWM 제어를 통해 라이팅 유니트의 밝기를 조절함으로써, 별도의 로터리식 가변 저항 없이 밝기의 강도를 다양하게 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한 사용자의 목 각도가 과도할 경우 이를 경고함으로써, 사용자가 안정된 자세에서 진료를 하도록 유도하는 효과가 있다.
또한 헤드라이트를 스마트폰과 연계시켜 사용함으로써, 사용자의 목 피로도에 관한 각종 정보를 제공해 줄 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 유선 대용량 배터리 방식의 헤드라이트를 나타낸 도면.
도 2는 종래기술에 따른 무선 소용량 배터리 방식의 헤드라이트를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 헤드라이트 시스템의 블록도.
도 4는 본 발명에 따른 컨트롤 유니트의 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 컨트롤 유니트의 내부 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 컨트롤 유니트의 배면 사시도.
도 7은 본 발명에 따른 헤드라이트의 착용상태를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명에 따른 컨트롤 유니트의 배터리 탈착구조를 나타낸 도면.
도 9는 본 발명에 따른 라이팅 유니트의 사시도.
도 10은 본 발명에 따른 라이팅 유니트의 분해사시도.
도 11은 본 발명에 따른 라이팅 유니트의 단면도.
도 12는 본 발명에 따른 페달형 무선제어 유니트의 사시도.
도 13은 본 발명에 따른 페달형 무선제어 유니트의 배면도.
도 14는 본 발명에 따른 페달형 무선제어 유니트의 단면도.
도 15는 본 발명에 따른 컨트롤 유니트의 배터리 제어 회로도.
도 16은 본 발명에 따른 헤드라이트 시스템에서 사용자의 움직임에 따른 라이팅 유니트의 제어방식을 설명하기 위한 도면.
도 17은 본 발명에 따른 헤드라이트 시스템에서 스마트폰의 앱을 나타낸 도면.
도 18은 본 발명에 따른 라이팅 유니트에 대한 컨트롤 유니트의 PWM 제어방식을 설명하기 위한 도면.
이하, 도 3 내지 도 17을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 의료용 헤드라이트 시스템은, 도 3에 도시된 바와 같이, 넥밴드 형태의 헤드라이트 컨트롤 유니트(100)와, 라이팅 유니트(200)와, 페달형 무선제어 유니트(300)를 포함하여 구성된다.
먼저 본 발명의 헤드라이트 컨트롤 유니트(100)에 대하여 설명한다.
본 발명에 따른 넥밴드 형태의 헤드라이트 컨트롤 유니트(100)(이하 간단히 '컨트롤 유니트'라 한다)는, 도 4 내지 7에 도시된 바와 같이, 한쪽에 구비되는 메인 PCB 유니트(110)와, 다른 쪽에 구비되는 보조 PCB 유니트(130)와, 상기 메인 PCB 유니트(110)와 보조 PCB 유니트(130)를 전기 및 신호적으로 연결하는 케이블 와이어(140)와, 상기 부품들을 구조적으로 고정하는 탑 커버(151)와, 바텀 커버(150)와, 탄성 연결체(152)와, 체결용 나사(153)를 포함하여 구성된다.
본 발명은 상기 컨트롤 유니트(100)가 넥밴드(Neckband) 형태로 구성된다.
이로써 컨트롤 유니트(100)를 목 주위에 걸치기만 하면 되므로 헤드라이트의 착용이 매우 간편해진다.
상기 메인 PCB 유니트(110)는, 장치의 전체 작동을 제어하는 MCU(112), 배터리(122, 135)의 잔량과 기기 상태를 표시하는 LED(111), 사용과정에서 불필요한 버튼 누름을 방지하는 록 스위치(Lock Switch)(113), 라이팅 유니트(200)의 고휘도 LED(211)의 밝기를 조절하는 업/다운(Up/Down) 스위치(114), 다수의 페달에서 발신되는 신호 중 수신을 원하는 페달의 고유 번호를 설정할 수 있는 딥스위치(DIP Switch)(115), 컨트롤 유니트(100)의 전체 전원을 온/오프하기 위한 파워 버튼(Power Button)(116), 기기의 동작 상황을 알려주는 부저(Buzzer)(117), 라이팅 유니트(200)의 9축 센서(223)의 값을 날짜별, 시간별로 기록하는 플래쉬 메모리(Flash Memory)(118), 라이팅 유니트(200)과 신호를 연결해 주는 커넥터(Connector)(119), 페달형 무선제어 유니트(300)에서 발신되는 무선신호를 수신하고 스마트폰과의 무선 통신을 하는 RF 안테나(120), 배터리 전원을 공급 받는 접촉형 커넥터(121), 전원을 공급해 주는 배터리(122, 135)를 포함하여 구성된다.
상기 배터리(122,135)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 컨트롤 유니트(100)의 양 단부에 2개가 장착되며, 래치형 록커(140)에 의해 탈착된다.
상기 배터리(122,135)의 하단은, 상기 래치형 록커(140)에 의해 고정될 수 있도록 배터리 홀더(122-1)에 안착된다.
또한 상기 배터리 홀더(122-1)의 일측에는 돌기(122-1)가 구비되어, 상기 래치형 록커(140)에 견고히 고정할 수 있다.
상기 래치형 록커(140)는, 푸쉬 록(Push Lock), 푸쉬 릴리즈(Push Release) 방식으로 구성되며, 이를 위해 내부에는 압축 스프링(141)이 구비되고, 배터리의 상단에는 록 해제를 위한 여유공간이 형성된다..
그리고 메인 PCB(110)에 구비되는 LED(111)는, 배터리의 잔량을 색상을 통해 나타내도록 하는 것이 바람직하다. 예를 들어 배터리의 잔량에 따라 파랑, 보라, 빨강의 3단계로 표시할 수 있다.
상기 부저(117)는, 스위치나 버튼의 누름에 의한 설정 완료 상태를 다양한 음원을 통해 사용자에게 알려준다.
상기 보조 PCB(130)는, 상기 메인 PCB(110)의 반대쪽에 구비되는데, 스마트폰과의 연결 상태를 나타내 주는 LED(131), 9축 센서의 원점 기준을 세팅하기 위한 보정 버튼(132), 특정 기능의 온/오프를 설정하기 위한 설정 스위치(133), 배터리 전원을 공급받는 접촉형 커넥터(134), 전원을 공급해 주는 배터리(135)를 포함하여 구성된다.
또한 컨트롤 유니트(100)의 배면에는, 도 6에 도시된 바와 같이 다수의 페달 중 수신을 원하는 페달의 고유번호를 설정할 수 있는 딥스위치(115)가 구비된다.
상기 딥스위치(DIP Switch)는, 다수의 페달형 무선제어 유니트(300)가 적용될 경우 오동작을 방지하기 위한 것이다.
예를 들어 다수의 페달 유니트(300)의 딥스위치(314)의 번호를 0001, 0011, 0111, 1111 등으로 설정하고, 컨트롤 유니트(100)의 딥스위치(115)의 번호를 0001로 설정하였다면, 컨트롤 유니트(100)는 0001번으로 설정된 페달 유니트(300)에만 반응하고 다른 페달 스위치의 신호는 무시한다.
상기와 같은 번호 설정을 통해, 하나의 컨트롤 유니트(100) 다수의 페달 유니트(300)를 다양한 장소에 분산시켜 사용할 수가 있다.
또한 두 개 이상의 컨트롤 유니트(100)와 페달형 무선제어 유니트(300)를 같은 공간에서 사용할 때 오동작을 방지할 수 있다.
이어서 본 발명의 라이팅 유니트(200)를 도 7, 9 내지 11을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 라이팅 유니트(200)는, 안경(3)에 구비되는 것으로서, 상기 컨트롤 유니트(100)와 전원 케이블(5)에 의해 연결되며, 고조도의 빛을 발산하고 사용자의 제스쳐(Gesture)를 인식하는 기능을 갖는다.
상기 라이팅 유니트(200)는, 광학 유니트(2), 고휘도 LED(211)를 제어하고 9축 센서를 이용하여 사용자의 제스쳐를 인식하는 라이팅 유니트 PCB(220), 고조도의 빛을 발산하는 LED(211)를 포함하는 LED PCB(210), PCB의 후면에서 발생되는 고온의 열이 라이팅 유니트 PCB(220)로 직접 전달되지 않고 전기적 신호만 전달되도록 하는 열 완충 PCB(230) 및 기구 커버 모듈(213,214,231,225,226)을 포함하여 구성된다.
또한 상기 라이팅 유니트(200)는, 컨트롤 유니트(100)의 제어 신호 수신 및 전원을 공급 받기 위한 소켓형 커넥터(221), 고휘도 LED(211)의 밝기를 조절하고 일정하게 유지시키는 LED 드라이버(224), 사용자 목의 각도와 회전 정도, 움직임의 순간 변동량 등을 측정하여 사용자의 제스쳐 인식의 기능을 수행하는 9축 센서(223), 열 완충 PCB(230)에 전기적 신호를 전달하기 위한 접촉형 커넥터(222)를 포함하여 구성된다.
여기서 상기 9축 센서는, 3개의 가속도 센서와 3개의 자이로 센서(Gyro Sensor)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
상기 열 완충 PCB(230)는, LED PCB(210)와 라이팅 유니트 PCB(220)의 중간에 위치하며, LED PCB(210)에서 발생하는 고온의 열이 직접적으로 라이팅 컨트롤 유니트 PCB(220)에 전달되지 않고 전기적 신호만 전달되도록 하는 기능을 수행한다.
상기 LED(211)로는 1W 소비전력 이상의 고전력 고휘도 LED가 사용되고, 배면에는 열완충 PCB(230)와의 연결을 위한 접촉형 커넥터(212)가 구비된다.
또한 상기 라이팅 유니트(200)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 전원 케이블(5)에 의해 컨트롤 유니트(100)와 연결된다.
상기 전원 케이블(5)은, 도 10에 도시된 바와 같이, 메인 PCB의 커넥터(119)와 체결되는 플러그형 커넥터(119-1)와, 라이팅 유니트 PCB의 커넥터(221)와 체결되는 플러그형 커넥터(221-1)를 포함하여 구성된다.
상기 전원 케이블(5)은 사용과정에서 단선 등의 문제가 발생할 수 있는데, 상기 커넥터에 의해 손상된 케이블만을 쉽게 교체할 수가 있다.
또한 커넥터를 쉽게 탈착할 수 있도록, 상기 커넥터는 마그넷 타입으로 구성되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명은, 각 부품들이 모듈화되어 있으므로, 각 모듈에 불량이 발생하였을 경우 해당 부품만 교체하여 사용할 수 있다.
또한 각 PCB의 전기적, 신호적 전달이 점접촉 방식의 커넥터(212, 222)에 의해 이루어지므로, 열 전도를 최소화할 수 있다.
이어서 본 발명의 페달형 무선제어 유니트(300)에 대하여 설명한다.
본 발명에 따른 페달형 무선제어 유니트(300)는, 도 3, 12 내지 14에 도시된 바와 같이, 사용자의 누름 정보를 무선으로 컨트롤 유니트(100)에 전달하는 RF 안테나(311), 페달의 상측 커버(318)의 누름 정보를 인식하는 스위치(312), 상측 커버(318)의 누름 정보를 파악하고 페달의 고유정보를 인식하여 페달 PCB(310)를 제어하는 MCU(313), 다수의 페달형 무선제어 유니트가 서로 구분될 수 있도록 고유의 값을 설정해 주는 딥스위치(314), 상측 커버의 눌림 및 RF 발신 상태임을 사용자에게 표시해 주는 LED(316), 페달 PCB(310)에 전원을 공급하는 배터리(317), 배터리(317)의 전원을 페달 PCB(310)로 연결해 주는 커넥터(315)를 포함하여 구성된다.
상기 페달형 무선제어 유니트(300)는, 바닥에 놓고 사용하며, 사용자가 발로 상단 커버(318)를 누르면 스위치(312)가 통전되고, MCU(313)는 눌림 상태를 RF 안테나(311)를 통해 컨트롤 유니트(100)에 발신한다.
이때 스위치의 누름 정보와 더불어 딥스위치(314)의 설정값을 함께 발신한다. 이에 따라 컨트롤 유니트(100)는, 페달형 무선제어 유니트(300)와 동일한 설정값을 갖는 경우에만 작동하게 된다.
사용자의 발과 맞닿는 상단커버(318)와 페달 PCB를 고정하는 하단커버(319)는, 알루미늄과 같은 금속 재질로 구성되기 때문에, RF 안테나(311)의 전파가 방해를 받을 수 있다.
이에 따라 RF안테나(311)를 별도의 PCB로 구성하여 페달형 무선제어 유니트(300)의 상단에 위치시키고, 전파 통신에 문제가 없는 플라스틱 커버(320)를 적용하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명은, 페달의 눌림 상태를 사용자에게 알려주는 LED(316)와 RF 안테나(311)를 별도의 PCB로 구성하여, 이를 금속 재질이 없는 페달의 상단 코너 부위에 장착한다.
그리고 페달 유니트의 상단 커버의 눌림상태를 신속히 복원시키기 위해, 내부에는 압축 스프링(322)이 구비되고, 상단 커버의 회전을 위해 일측에 힌지 부재(323)가 구비된다. 또한 상기 페달 유니트의 바닥부에는 미끄럼방지 패드(326)가 구비된다.
또한 도 13에 도시된 바와 같이, 페달의 배면에는 고유 설정값 설정을 위한 딥스위치(314)가 구비된다. 상기 딥스위치(314)에 의해, 사용자는 다양한 설정값을 부여할 수 있다.
그리고 본 발명은, 도 15에 도시된 바와 같이, 컨트롤 유니트(100)의 메인 PCB(110)에, 두개의 배터리 사용에 따른 역전류 흐름을 방지하기 위해, 배터리 전원 INPUT 부위에 저손실 다이오드(123, 136)가 구비된다.
상기 저손실 다이오드는 일정한 방향으로만 전류가 흐르도록 하는 전기소자로서, 상기 저손실 다이오드에 의해 전압이 높은 배터리의 전원을 우선적으로 사용하도록 할 수 있다.
또한 어느 한쪽의 배터리를 제거하더라도 다른 한쪽 배터리를 통해 지속적으로 전원을 공급할 수 있다.
또한 본 발명은, 도 18에 도시한 바와 같이, 컨트롤 유니트의 MCU(112)와 라이팅 유니트의 LED 드라이버(224)를 전원 케이블(5)을 통해 신호적으로 연결하고, MCU(112)가 PWM(Pulse Width Modulation) 방식의 신호 변조를 통해 LED 드라이버(224)를 제어할 수 있다.
즉 PWM의 진폭 주기(Duty Cycle)에 따라 LED 드라이버(224)가 LED(211)로 인가되는 전류량을 조절하고, 이로 인해 밝기를 조절할 수 있다.
상기한 제어 방식을 통해, 별도의 로터리(Rotary) 타입의 가변 저항 없이 고휘도 LED(211)의 밝기 강도를 다양하게 구현할 수 있다.
이하 본 발명에 따른 헤드라이트 시스템의 사용과정을 설명한다.
헤드라이트 사용자는, 도 7에 도시된 바와 같이, 라이팅 유니트(200)와 확대경(4)이 구비된 안경을 눈에 착용하고, 컨트롤 유니트(100)를 목에 착용한다.
여기서 상기 컨트롤 유니트(100)와 라이팅 유니트(200)는 유선 케이블(5)에 의해 서로 연결된다. 그리고 페달형 무선제어 유니트(300)는 바닥에 위치시킨다.
사용자가 파워버튼(116)을 일정시간 누르면 전체 시스템에 전원이 인가되고, 컨트롤 유니트(100)의 MCU(112)가 라이팅 유니트(200)의 LED 드라이버(224)를 제어하며, 이를 통해 고휘도 LED(211)에 전원이 인가되어 빛이 발산된다.
이어서 업다운 스위치를 상하로 이동시키면, MCU는 PWM 신호를 변조하여 LED 드라이버(224)로 발신하고, LED 드라이버는 이를 인식하여 LED의 밝기를 조절한다.
이때 수술이나 진료 중 의도치 않게 빛이 오프되지 않도록, 록 스위치(113)를 이용하여 각종 스위치나 버튼에 대해 록킹 설정을 하는 것이 바람직하다.
상기 라이팅 유니트의 장착 위치 및 방향성은 사용자마다 서로 다를 수 있다. 이로 인해 라이팅 유니트 PCB의 9축 센서의 원점도 변동하게 된다.
따라서 사용자는 라이팅 유니트를 안경에 장착한 후, 본인의 장착 상태를 기준으로 9축 센서의 원점을 재설정할 필요가 있다.
이를 위해 사용자는, 보정버튼(132)을 일정시간 눌러 MCU(112)가 이러한 일련의 작업을 수행하도록 한다.
또한 사용자는, 9축 센서의 제스쳐 인식, 목각도 저장, 스마트폰 연결(페어링) 등의 작업 수행을 설정 스위치(133)를 통해 활성화 또는 비활성화할 수 있다.
상기 설정 스위치(133)가 활성화되면, 9축 센서(223)의 제스쳐 기능이 시작된다.
상기 9축 센서(223)는, 사용자의 목 각도, 목 회전, 순간 이동 속도 등을 측정하여 이를 MCU(112)로 전달한다.
그리고 MCU(112)는, 이러한 움직임을 바탕으로 라이팅 유니트의 밝기를 조절하거나 온/오프 시킨다.
이하 도 16을 참고하여 사용자의 제스쳐에 의한 라이팅 유니트의 온/오프 및 밝기 조절과정을 설명한다.
먼저 사용자가 헤드라이트를 착용한 상태에서 2~3초 이내에 고개를 상하로 2회 움직이면, 라이팅 유니트는 교번적으로 온/오프된다.
여기서 사용자의 고개를 움직이는 시간이 일정 시간을 경과하거나 정확한 상하 움직임이 아닐 경우에는 이를 인식하지 않는다.
그리고 사용자가 2~3초 이내에 고개를 상하로 1회, 우측으로 고개 이동 후 중앙으로 돌아오는 제스쳐를 하면, 라이팅 유니트는 밝기를 한단계 올린다.
또한 2~3초 이내에 고개를 상하로 1회, 좌측으로 고개 이동 후 중앙으로 돌아오는 제스쳐를 하면, 라이팅 유니트는 밝기를 한단계 내린다.
또한 MCU는, 가속도 센서의 목각도 정보를 날짜별, 시간별로 플래쉬 메모리(118)에 저장하고, 필요시 스마트폰 APP(1001)의 호출에 의해 해당 정보를 전송한다.
스마트폰 APP에서는 이러한 사용자의 목 각도 정보를 기준으로 장시간 목 숙임으로 인한 목의 피로도를 통계적으로 분석하여 사용자에게 제공하고, 적절한 운동요법 등의 다양한 정보를 제공한다.
즉 도 17에 도시된 바와 같이, 스마트폰 앱에서는 새로 시작한 작업에서 실시간으로 사용자의 목 각도 및 위험 목 각도 또는 경고 목 각도 구간의 사용 시간을 알려줄 수 있고, 일, 주, 월, 년의 통계적 정보를 사용자에게 제공할 수 있다.
한편, 위험 목 각도구간 설정, 경고 발산 유무, 밝기 단계 등을 스마트폰 APP(1001)에서 설정하고, 이를 RF로 연결되어 있는 컨트롤 유니트(100)에 적용시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 컨트롤 유니트가 넥밴드 타입으로 구성되므로, 헤드라이트의 착용 및 사용이 매우 간편해진다.
특히 컨트롤 유니트와 라이팅 유니트를 연결하는 전원 케이블의 길이가 짧아지므로, 유선 배터리 방식을 채택하면서도 전원 케이블에 의한 불편을 최소화할 수가 있다.
또한 손을 사용하지 않고 발로 라이팅 유니트를 온/오프 시킬 수 있고, 9축 센서에 의해 고개의 움직임만으로 라이팅 유니트의 밝기도 조절할 수가 있다.
이로써 사용자가 수술 또는 진료시 헤드라이트를 손으로 조작할 필요가 없으므로, 각종 세균의 오염 및 교차오염의 우려를 해소할 수가 있다.
또한 2개의 배터리를 사용함으로써 사용시간을 늘릴 수가 있고, 저손실 다이오드를 구비하여 높은 전원의 배터리를 우선적으로 사용할 수가 있다.
또한 딥스위치의 적용에 의해, 컨트롤 유니트와 페달형 무선제어 유니트의 오동작을 방지할 수가 있다.
또한 마그넷 커넥터에 의해 전원 케이블을 컨트롤 유니트와 라이팅 유니트에 간편하게 조립할 수 있고, 각 부품을 모듈화함으로써 부품의 교체 및 유지보수가 간편해진다.
또한 헤드라이트를 스마트폰과 연계시킴으로써, 사용자의 목의 움직임에 대한 각종 정보를 제공할 수가 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것으로서 본 발명의 범위는 상기한 특정 실시예에 한정되지 아니한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변경이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
1: 라이팅 유니트(Lighting Unit) 2: 광학 유니트
3: 안경 4: 확대경
5: 전원 케이블(Cable) 6: 브라켓(Bracket)
7: 컨트롤 유니트(Control Unit) 71: 조작 스위치(Switch)
72: 대용량 배터리 (Battery)
73: 제어용 PCB(Printed Circuit Board)
8: 소용량 배터리 81: 조작 스위치
100: 컨트롤 유니트 115: 딥 스위치(DIP Switch)
117: 부저 홀(Buzzer Hole)
119: 소켓(Socket)형 마그넷 커넥터((Magnet Connector)
119-1: 플러그(Plug)형 마그넷 커넥터(Magnet Connector)
124: 레귤레이터(Regulator) 122-1: 배터리 홀더(Holder)
123: 저손실 다이오드(Diode) 136: 저손실 다이오드
140: 래치(Latch)형 록커(Locker) 141: 압축스프링
150: 바텀 커버(Bottom Cover) 151: 탑 커버(Top Cover)
152: 탄성 연결체 153: 체결용 나사
200: 라이팅 유니트(Lighting Unit) 213: 프런트 커버(Front Cover)
214: 리어 커버(Rear Cover) 215: 열 패드(Pad)
221-1: 플러그(Plug)형 커넥터 222: 접촉형 커넥터
225: 프런트 커버 226: 리어 커버
231: 프런트 커버 300: 페달형 무선제어 유니트
314: 딥스위치(DIP Switch) 315: 커넥터(Connector)
317: 배터리(Battery) 318: 탑 커버(Top Cover)
319: 바텀 커버(Bottom Cover) 320: 안테나 커버(Antena Cover)
321: LED 확산부 322: 스프링(Spring)
323: 힌지(Hinge) 325: 보조 커버
326: 미끄럼방지 패드(Pad) 1000: 스마트폰
1001: 스마트폰 앱(APP)

Claims (18)

  1. 안경(3) 또는 헤드셋에 구비되는 라이팅 유니트(200) 및 확대경(4)과, 상기 라이팅 유니트(200)를 제어하기 위한 컨트롤 유니트(100)와, 상기 라이팅 유니트(200)에 전원을 공급하기 위한 배터리 및 전원 케이블(5)을 포함하여 이루어지는 의료용 헤드라이트 시스템에 있어서,
    상기 라이팅 유니트(200)를 제어하는 컨트롤 유니트(100)가, 넥밴드(Neckband) 타입으로 구성되어 사용자의 목 주위에 안착되고,
    페달형 무선제어 유니트(300)를 더 구비하여, 사용자가 발을 사용하여 상기 라이팅 유니트(200)를 온/오프시키는 것을 특징으로 하는 넥밴드형 의료용 헤드라이트 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 넥밴드형 컨트롤 유니트(100)는,
    일측에 구비되는 메인 PCB(110)와, 타측에 구비되는 보조 PCB(130)를 구비하는 것을 특징으로 하는 넥밴드형 의료용 헤드라이트 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 컨트롤 유니트(100)의 메인 PCB(110)는,
    페달형 무선제어 유니트(300) 및 스마트폰과의 무선통신을 위한 RF 안테나(119)와,
    사용자의 잘못된 자세에 대해 경고음을 발생시키는 부저(117)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 넥밴드형 의료용 헤드라이트 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤 유니트(100)의 일측에, 전원 케이블(5)의 일단이 조립되도록 하는 소켓형 마그넷 커넥터(119)가 구비되는 것을 특징으로 하는 넥밴드형 의료용 헤드라이트 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리는,
    상기 넥밴드형 컨트롤 유니트(100)의 양단에 각각 구비되고,
    래치형 록커(140)에 의해 푸시타입으로 컨트롤 유니트(100)에 장착되고 탈거되는 것을 특징으로 하는 넥밴드형 의료용 헤드라이트 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전원 케이블(5)의 일단에, 컨트롤 유니트(100)의 소켓형 마그넷 커넥터(119)와 조립되기 위한 플러그형 마그넷 커넥터(119-1)가 구비되고,
    상기 전원 케이블(5)의 타단에, 라이팅 유니트(200)의 커넥터와의 결합을 위한 플러그형 커넥터(221-1)가 조립되는 것을 특징으로 하는 넥밴드형 의료용 헤드라이트 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤 유니트(100)는, 2개의 저손실 다이오드(123)를 구비하여 2개의 배터리 중 높은 전압의 배터리를 우선 선택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 넥밴드형 의료용 헤드라이트 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 라이팅 유니트(200)는, 9축 센서(223)를 구비하여 사용자의 움직임을 인식하고 이를 통해 라이팅 유니트(200)를 제어하는 것을 특징으로 하는 넥밴드형 의료용 헤드라이트 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 9축 센서(223)는, 3개의 가속도센서와 3축 자이로센서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 넥밴드형 의료용 헤드라이트 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    사용자가 2~3초 이내에 고개를 상하로 2번 움직일 경우, 라이팅 유니트(200)를 온 또는 오프시키는 것을 특징으로 하는 넥밴드형 의료용 헤드라이트 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    사용자가 2~3초 이내에 고개를 상하 1회 움직이고, 우측으로 고개를 이동한 후 다시 중앙으로 돌아올 경우, 라이팅 유니트(200)의 밝기를 한 단계 높이는 것을 특징으로 하는 넥밴드형 의료용 헤드라이트 시스템.
  12. 제 9 항에 있어서,
    사용자가 2~3초 이내에 고개를 상하 1회 움직이고, 좌측으로 고개를 이동한 후 다시 중앙으로 돌아올 경우, 라이팅 유니트(200)의 밝기를 한 단계 낮추는 것을 특징으로 하는 넥밴드형 의료용 헤드라이트 시스템.
  13. 제 9 항에 있어서,
    사용자의 목이 일정각도 이상 과도하게 숙여져 있고 이러한 자세가 계속 유지될 경우, 컨트롤 유니트(100)의 부저(117)로 경고하는 것을 특징으로 하는 넥밴드형 의료용 헤드라이트 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 라이팅 유니트(200)는, 컨트롤 유니트(100)의 PWM 제어에 의해 온/오프 또는 밝기를 조절하는 것을 특징으로 하는 넥밴드형 의료용 헤드라이트 시스템.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 헤드라이트 시스템은, 스마트폰 앱과 연계되어 사용자의 목 각도를 저장하고, 날짜별, 시간별 목의 피로도를 분석해 주는 것을 특징으로 하는 넥밴드형 의료용 헤드라이트 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    스마트폰 앱에서 컨트롤 유니트(100)의 설정을 변경할 수 있는 것을 특징으로 하는 넥밴드형 의료용 헤드라이트 시스템.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 페달형 무선제어 유니트(300)는,
    컨트롤 유니트(100)와의 무선 통신을 위한 RF 안테나(321)와,
    페달에 고유번호를 설정하기 위한 딥스위치(314)와,
    탑 커버(318)가 일정 각도 회동하도록 하기 위한 힌지(323)와,
    상기 탑 커버(318)를 지지하는 스프링(322)과,
    페달형 무선제어 유니트(300)에 전원을 공급하기 위한 배터리(317)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 넥밴드형 의료용 헤드라이트 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 페달형 무선제어 유니트(300)의 딥스위치(314)와 컨트롤 유니트(100)의 딥스위치(115)의 고유값 설정을 통해 헤드라이트 시스템의 오작동을 방지하는 것을 특징으로 하는 넥밴드형 의료용 헤드라이트 시스템.
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