KR102585811B1

KR102585811B1 - 스마트 베개

Info

Publication number: KR102585811B1
Application number: KR1020210125326A
Authority: KR
Inventors: 김영욱
Original assignee: 주식회사 프록시헬스케어
Priority date: 2021-09-18
Filing date: 2021-09-18
Publication date: 2023-10-06
Also published as: KR20230041928A

Abstract

본 발명은 스마트 베개에 관한 것으로, 베개 몸체; 상기 베개 몸체에 위치하며, 구동 신호를 공급받아 상기 구동 신호에 대응하는 전자기파를 제공하는 하나 이상의 전극; 및 AC 신호와 DC 신호를 혼합하여 상기 구동 신호를 생성하고, 상기 구동 신호를 상기 전극에 공급하는 신호 공급부; 를 포함할 수 있다.

Description

스마트 베개{SMART PILLOW}

본 발명은 미세전류 특수 전자기파를 활용하여 베개가 오염되는 것을 방지하고, 온도 조절을 통해 숙면을 유도하며 수면 습관을 분석하기 위한 스마트 베개에 관한 것이다.

사람은 매일 일정시간 동안 수면을 취하여 활동과정에서 발생한 정신적인 피로와 신체적인 피로를 해소하고 재활동에 필요한 에너지를 충전하며, 긴 수면 시간보다는 충분한 숙면을 취하는 것이 피로해소와 에너지 충전에 효과적인 것으로 보고되고 있다. 다만 최근에는 잘못된 수면 습관이나 수면 패턴으로 인해 양질의 수면을 취하지 못하는 사람이 점차 늘어나고 있어 수면 중 인간의 수면 상태 정보를 수집, 활용하여 수면 환경을 능동적으로 개선시킬 수 있는 베개가 제안되고 있다.

또한 베개의 경우 사람의 침과 땀, 화장품 등이 섞여 세균이 번식하기에 좋은 환경을 갖고 있으며 특히 오염 물질이 베개의 충전재 속에 흡수된 상태로 오랫동안 방치되는 경우가 많다는 문제점이 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은 전자기파를 통해 베개가 오염되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 스마트 베개를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 AC 신호와 DC 신호가 혼합되어 생성된 구동 신호를 활용함으로써 베개 오염의 원인이 되는 바이오필름의 제거 효과를 증폭시킨 스마트 베개를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 전자기파를 통해 두피 오염의 원인이 되는 바이오필름을 효과적으로 방지할 수 있는 스마트 베개를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 숙면하기에 적합한 온도 조절이 가능한 스마트 베개를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 수면 습관을 분석할 수 있는 스마트 베개를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 스마트 베개는, 베개 몸체; 상기 베개 몸체에 위치하며, 구동 신호를 공급받아 상기 구동 신호에 대응하는 전자기파를 제공하는 하나 이상의 전극; 및 AC 신호와 DC 신호를 혼합하여 상기 구동 신호를 생성하고, 상기 구동 신호를 상기 전극에 공급하는 신호 공급부; 를 포함할 수 있다.

또한, 상기 신호 공급부로 배터리 전압을 공급하는 배터리가 구비되며, 상기 베개 몸체와 전기적으로 연결되는 전원 장치; 를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 베개 몸체에 위치하며, 냉각 패드와 온열 패드를 포함하는 온도 조절 패드; 및 상기 베개 몸체에 위치하며, 사용자의 움직임을 감지하는 압력 센서; 를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 전극은, 서로 이격하여 위치하는 제1 전극과 제2 전극을 포함하며, 상기 제1 전극은, 제1 방향을 따라 배치되는 다수의 제1 서브 전극; 및 상기 다수의 제1 서브 전극을 서로 연결하며 상기 제1 방향을 따라 연장되어 형성된 제1 연결 전극을 포함하고, 상기 제2 전극은, 상기 제1 방향을 따라 배치되는 다수의 제2 서브 전극; 및 상기 다수의 제2 서브 전극을 서로 연결하며 상기 제1 방향을 따라 연장되어 형성된 제2 연결 전극을 포함하며, 상기 제1 서브 전극과 상기 제2 서브 전극은 상기 제1 방향을 따라 서로 번갈아 나열될 수 있다.

또한, 상기 압력 센서에서 감지된 신호를 사용자 단말 장치로 전송하기 위한 통신부; 를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 베개 몸체는 상기 온도 조절 패드의 적어도 일부를 외부에 노출시키는 개구부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 신호 공급부는, 외부 입력에 대응하여 상기 구동 신호의 특성 중 적어도 하나를 변경시킬 수 있다.

또한, 상기 구동 신호의 특성은, 진폭, DC 오프셋 및 크기를 포함할 수 있다.

또한, 상기 신호 공급부는, 상기 스마트 베개를 벤 사용자가 수면 상태일 때 상기 구동 신호를 생성하여 상기 전극으로 공급할 수 있다.

또한, 상기 신호 공급부는, 상기 스마트 베개의 사용 기간 동안 제1 구동 신호를 생성하여 상기 전극으로 공급하고, 상기 스마트 베개의 사용이 종료된 후 제2 구동 신호를 생성하여 상기 전극으로 공급하며, 상기 제2 구동 신호의 크기는 상기 제1 구동 신호의 크기 보다 클 수 있다.

본 발명에 따르면, 전자기파를 통해 베개가 오염되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 스마트 베개를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, AC 신호와 DC 신호가 혼합되어 생성된 구동 신호를 활용함으로써 베개 오염의 원인이 되는 바이오필름의 제거 효과를 증폭시킨 스마트 베개를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 전자기파를 통해 두피 오염의 원인이 되는 바이오필름을 효과적으로 방지할 수 있는 스마트 베개를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 숙면하기에 적합한 온도 조절이 가능한 스마트 베개를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 수면 습관을 분석할 수 있는 스마트 베개를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 스마트 베개를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 베개 몸체의 분해도이다.
도 3a 및 도 3b는 AC 신호와 DC 신호가 혼합되어 생성된 구동 신호의 바이오 필름 제거 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 전원 장치를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 신호 공급부의 내부 구성을 나타낸 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 실시예에 의한 신호의 파형을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 신호 공급부의 내부 구성을 나타낸 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 신호 공급부를 나타낸 도면이다.

이하에서는 본 발명과 관련된 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 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, 본 명세서에서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. "연결", "결합" 또는 "접속"의 경우, 물리적으로 "연결", "결합" 또는 "접속"되는 것뿐만 아니라 필요에 따라 전기적으로 "연결", "결합" 또는 "접속"되는 것으로 이해될 수 있다.

본 명세서에 기재된 "~부(유닛)", "~기", "~자", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 본 명세서에 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

그리고 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주 기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다.

이하, 본 발명의 실시예들과 관련된 도면들을 참고하여, 본 발명의 실시예에 의한 스마트 베개에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 스마트 베개를 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 베개 몸체의 분해도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 스마트 베개(1)는 베개 몸체(10), 전원 장치(20), 및 베개 몸체(10)와 전원 장치(20)를 연결하는 케이블(60)을 포함할 수 있다.

베개 몸체(10)는 구동 신호를 공급받아 구동 신호에 대응하는 전기장을 생성하는 전극(11), 온도 조절이 가능한 온도 조절 패드(13), 및 사용자의 움직임을 감지하는 압력 센서(15)를 포함할 수 있다.

베개 몸체(10)는 베개 형상일 수 있으며, 탄성 재질로 형성되어 탄성력을 가질 수 있다. 예를 들어 사용자가 스마트 베개(1)를 벨 때, 즉 외부로부터 압력이 가해질 때 변형이 일어나며 상기 외부로부터의 압력이 제거되면 다시 원 상태로 복원 가능할 수 있다.

이를 위하여 베개 몸체(10)는 인체에 무해한 고분자를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 열가소성 탄성 중합체(thermoplastic elastomer), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리올레핀(polyolefin), 폴리우레탄 열가소성 탄성 중합체(polyurethane thermoplastic elastomers), 폴리아미드(polyamides), 합성고무(synthetic rubbers), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane), 폴리부타디엔(polybutadiene), 폴리이소부티렌(polyisobutylene), 폴리(스티렌-부타디엔-스티렌)[poly(styrene-butadienestyrene)], 폴리우레탄(polyurethanes), 폴리클로로프렌(polychloroprene), 폴리에틸렌(polyethylene), 실리콘(silicone) 등 및 이들의 조합들 중 인체에 무해한 것을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

도 2에 도시된 것과 같이, 베개 몸체(10)에는 온도 조절 패드(13)를 외부로 노출하기 위한 개구부(10a, 10b)가 마련될 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 베개 몸체(10)에 개구부가 마련되지 않은 경우 온도 조절 패드(13)는 베개 몸체(10)의 일 면 상에 위치할 수 있다.

또한 도면에 도시되지 않았으나, 본 발명의 다른 실시예에 의할 경우 베개 몸체(10)의 적어도 일부에 다수의 홀, 특히 미세 홀이 형성될 수 있으며, 전극(11)에 의해 제공되는 전자기파가 다수의 홀을 통해 외부로 방출되기 용이할 수 있다.

전극(11)은 제1 전극(11a) 및 제2 전극(11b)을 포함할 수 있으며, 제1 전극(11a)과 제2 전극(11b)은 각각 양의 전극과 음의 전극으로 설정될 수 있다.

또한, 제1 전극(11a)과 제2 전극(11b)은 구리(copper), 황동(brass), 알루미늄(Aluminum), 전도성 고분자(Conducting polymer), 전도성 실리콘(Conducting Silicon), 스테인리스 스틸(stainless steel) 등의 물질로 형성될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 전도성을 가진 물질이라면 해당 전극 재료로의 사용이 가능하다.

제1 전극(11a)과 제2 전극(11b)의 상하측 또는 일측에는 별도의 절연층이 배치될 수 있다. 또한, 제1 전극(11a)과 제2 전극(11b)은 제1 회로 기판(110) 상에 형성될 수 있으며, 여기서 제1 회로 기판(110)은 연성인쇄회로기판(FPCB: Flexible Printed Circuits Board) 형태로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

제1 전극(11a)과 제2 전극(11b)은 전기장 밀도를 높이기 위하여 특정 방향(예를 들어, Y축 방향)을 따라 상호 번갈아가며 배치될 수 있다.

예를 들어, 제1 전극(11a)은 제1 방향(예를 들어, Y축 방향)을 따라 배치되는 다수의 제1 서브 전극(111), 및 상기 다수의 제1 서브 전극(111)을 서로 연결하는 제1 연결 전극(112)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 서브 전극(111)은 제1 방향과 교차하는 제2 방향(예를 들어, X축 방향)을 따라 연장된 형상을 가지며, 제1 연결 전극(112)은 제1 서브 전극(111)의 각 일단과 연결될 수 있다.

또한, 제2 전극(11b)은 제1 방향(예를 들어, Y축 방향)을 따라 배치되며 제1 서브 전극(111) 사이에 위치하는 다수의 제2 서브 전극(113), 및 다수의 제2 서브 전극(113)을 서로 연결하는 제2 연결 전극(114)을 포함할 수 있다. 이때, 제2 서브 전극(113)은 제1 방향(예를 들어, Y축 방향)과 교차하는 제2 방향(예를 들어, X축 방향)을 따라 연장된 형상을 가지며, 제2 연결 전극(114)은 제2 서브 전극(113)의 각 일단과 연결될 수 있다.

다만, 제1 전극(11a)과 제2 전극(11b)의 설계 구조는 이에 제한되지는 않으며, 다양한 형태로 변경될 수 있다.

다음으로, 온도 조절 패드(13)는 사용자의 체온을 떨어뜨리기 위한 냉각 패드인 제1 패드(13a) 및 사용자의 체온을 상승시키기 위한 온열 패드인 제2 패드(13b)를 포함할 수 있다.

제1 패드(13a) 및 제2 패드(13b)는 열전소자(예를 들어, 펠티어 소자)를 포함할 수 있으며, 열전소자에 의한 온도 조절을 통해, 제1 패드(13a) 및 제2 패드(13b)는 사용자가 숙면하기에 적합한 온도로 설정될 수 있다.

압력 센서(15)는 사용자가 스마트 베개(1)를 벨 때 가해지는 압력, 즉 사용자 머리의 움직임을 감지할 수 있으며, 압력 센서(15)는 예를 들어 FSR(Force Sensitive Resistor) 센서일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

압력 센서(15)에서 감지된 신호는 사용자의 수면 습관, 패턴 등을 분석하는데 사용될 수 있으며, 이를 위하여 압력 센서(15)에서 감지된 신호는 제2 회로 기판(120)에 실장된 통신부(미도시됨)를 통해 사용자 단말 장치 등으로 전송될 수 있다.

압력 센서(15) 하부에는 제2 회로 기판(120)이 위치할 수 있으며, 제2 회로 기판(120) 상에는 전원 장치(20)로부터 배터리 전압을 공급받아 구동 신호(Vd)를 생성하는 신호 공급부(40; 도 5 참조)가 실장될 수 있다.

또한 제2 회로 기판(120)에는 후술할 제어부(50; 도 7 참조), 압력 센서(15) 및 온도 조절 패드(13)에 구동 신호를 공급하는 별도의 회로부(미도시됨), 압력 센서(15)에서 감지된 신호를 사용자 단말 장치로 전송하기 위한 통신부(미도시됨)가 더 실장될 수 있다.

또한 도면에 도시되지 않았으나, 베개 몸체(10)에는 전극(11a, 11b)과 제2 회로 기판(120)을 전기적으로 연결하는 적어도 하나 이상의 연결선, 압력 센서(15)와 제2 회로 기판(120)을 전기적으로 연결하는 적어도 하나 이상의 연결선, 온도 조절 패드(13a, 13b)와 제2 회로 기판(120)을 전기적으로 연결하는 적어도 하나 이상의 연결선이 더 구비될 수 있다.

도 3a 및 도 3b는 AC 신호와 DC 신호가 혼합되어 생성된 구동 신호의 바이오 필름 제거 효과를 설명하기 위한 도면이다.

신호 공급부(40; 도 5 참조)는 전원 장치(20)에 구비된 배터리로부터 공급되는 배터리 전압을 이용하여 구동 신호를 생성할 수 있으며, 생성된 구동 신호를 전극(11a, 11b)으로 공급할 수 있다.

전극(11a, 11b)은 구동 신호의 전기 에너지를 기초로 전자기파를 제공할 수 있다. 즉 전극(11a, 11b)은 구동 신호의 전기 에너지를 기초로 전자기파를 외부로 발산할 수 있으며, 이러한 전자기파는 베개에 바이오 필름(biofilm)이 생성되는 것을 억제하고 생성된 바이오 필름을 제거하여, 베개가 오염되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 외부로 발산된 전자기파는 스마트 베개(1)를 벤 사용자의 두피에 바이오 필름이 생성되는 것을 억제하고 생성된 바이오 필름을 제거할 수도 있다.

또한, 신호 공급부(40; 도 5 참조)는 AC(Alternating Current) 신호와 DC(Direct Current) 신호를 혼합하여 구동 신호를 생성할 수 있다.

이에 따라, 구동 신호에는 AC 성분과 DC 성분이 모두 포함되어 있으며, AC 성분과 DC 성분의 동시 적용에 따른 시너지 효과 및 공진이 발생하여 베개 오염물의 제거 효과가 상승될 수 있다.

도 3a를 참조하면, 구동 신호의 DC 성분에 의한 전기장은 국소적인 전하량 분포의 불균형을 유도하여 바이오 필름의 구조적인 스트레스를 증가시키고, AC 성분에 의한 전기장은 특이적인 진동 발생을 통해 외부 보호체의 투과성을 증가시킬 수 있다.

이러한 AC 성분과 DC 성분의 시너지 효과는 도 3b에서 확인할 수 있다. 즉, AC 성분에 의한 전기장과 DC 성분에 의한 전기장을 각각 단독으로 제공하였을 때의 바이오 필름 제거 효과에 비해, AC 성분에 의한 전기장과 DC 성분에 의한 전기장을 중첩하여 동시에 제공하는 경우 바이오 필름의 제거 효과가 월등히 우세함을 알 수 있다.

본 발명의 실시예에 의한 신호 공급부(40)가 공급하는 구동 신호에 의해 DC 성분에 의한 전기장과 AC 성분에 의한 전기장이 전극(11a, 11b)으로부터 동시 제공될 수 있으므로, 상술한 바이오 필름에 대한 증폭된 제거 효과를 달성할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 전원 장치를 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 전원 장치(20)는 스위치(21, 22, 23) 및 충전 단자(25)를 포함할 수 있다.

스위치(21, 22, 23)는 스마트 베개(1)의 전원 온(on)/오프(off)를 제어하고, 온도 조절 패드(13)의 온도를 설정하기 위하여 사용될 수 있으며, 신호 공급부(40; 도 5 참조)에서 생성되는 구동 신호의 특성을 제어하기 위하여 사용될 수도 있다.

충전 단자(25)는 전원 장치(20)의 내부에 배치된 배터리를 충전시키기 위하여 사용될 수 있다.

또한 도면에 도시되지는 않았으나 전원 장치(20)는 내부에 배치된 배터리의 충전 상태를 표시하는 표시부를 더 포함할 수 있다. 표시부는 LED(Light-Emitting Diode)를 구비하여 다수의 색상으로 발광할 수 있으며, 충전 상태(예를 들어, 적색) 및 완충 상태(예를 들어, 파란색) 등을 표시할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 의한 배터리와 신호 공급부의 내부 구성을 나타낸 도면이고, 도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 실시예에 의한 신호의 파형을 나타낸 도면이다. 특히, 도 6a에서는 필터링된 AC 신호(Sac’)를 도시하였고, 도 6b에서는 DC 신호(Sdc)를 도시하였으며, 도 6c에서는 필터링된 AC 신호(Sac’)와 DC 신호(Sdc)가 혼합되어 생성된 구동 신호(Vd)를 도시하였다.

도 5를 참조하면, 전원 장치(20) 내부에 수용된 배터리(30)는, 신호 공급부(40)로 배터리 전압(Vb)을 제공할 수 있다.

신호 공급부(40)는 DC-DC 컨버터(41), 신호 발생부(42), 필터(43), 및 캘리브레이션부(44)를 포함할 수 있으며, 추가적으로 전압 분배부(45)를 더 포함할 수 있다.

DC-DC 컨버터(41)는 배터리(30)로부터 배터리 전압(Vb)을 공급받고, 배터리 전압(Vb)을 소정 레벨의 출력 전압(Vo)으로 변환시켜 출력할 수 있다.

신호 발생부(42)는 DC-DC 컨버터(41)로부터 공급되는 전압을 기초로 동작하며, DC-DC 컨버터(41)의 출력 전압(Vo)을 이용하여 소정의 주파수를 갖는 AC 신호(Sac)를 생성할 수 있다.

신호 발생부(42)는 오실레이터(Oscillator), 함수 발생기(Function Generator) 등과 같은 AC 신호를 생성 가능한 기 공지된 구성을 이용하여 구현될 수 있다.

예를 들어, AC 신호(Sac)는 1KHz ~ 1000MHz의 주파수로 설정될 수 있다. AC 신호(Sac)가 1KHz 미만의 저주파로 설정되는 경우에는 바이오 필름의 제거 효과가 떨어지며, AC 신호(Sac)가 1000MHz를 넘는 초고주파로 설정되는 경우에도 바이오 필름의 제거 효과가 떨어지기 때문이다. 한편, AC 신호(Sac)의 주파수는 바이오 필름의 제거에 적합한 5MHz ~ 15MHz의 주파수로 설정될 수 있다.

또한, AC 신호(Sac)의 진폭은 바이오 필름의 제거에 적합한 0.1mV ~ 10V로 설정될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. AC 신호(Sac)의 진폭이 0.1mV 미만인 경우 바이오 필름의 제거 효과를 기대하기 어렵기 때문이다.

필터(43)는 신호 발생부(42)에 의해 생성된 AC 신호(Sac)에 대한 필터링 동작을 수행할 수 있다. 일례로, 필터(43)는 대역 통과 필터(Band Pass Filter)를 포함하여, 톱니파(Sawtooth Wave) 형태의 AC 신호(Sac)를 사인파(Sine Wave) 형태의 AC 신호(Sac’)로 변환할 수 있다. 다만, 필터(43)의 종류는 이에 제한되지 않으며, 설계 구조에 따라 다양한 종류의 필터가 채용될 수 있다.

캘리브레이션부(44)는 필터(43)를 통해 공급된 AC 신호(Sac’)에 DC 신호(Sdc)를 혼합하여 구동 신호(Vd)를 생성할 수 있다. 일례로, 캘리브레이션부(44)는 AC 신호(Sac’)와 DC 신호(Sdc)의 합산(또는 중첩)이 가능한 연산 증폭기(operating amplifier)로 구현될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

이에 따라, AC 신호(Sac’)에는 DC 신호(Sdc)에 해당하는 오프셋(offset)이 발생되며, AC 성분과 DC 성분을 모두 보유한 구동 신호(Vd)가 생성될 수 있다.

구동 신호(Vd)는 AC 신호(Sac)의 특성을 모두 포함하고 있으므로, 구동 신호(Vd)는 1KHz ~ 1000MHz의 주파수로 설정될 수 있으며, 또한 모공 내 노폐물의 제거에 보다 적합한 5MHz ~ 15MHz의 주파수로 설정될 수 있다. 또한, 구동 신호(Vd)의 진폭은 0.1mV ~ 10V로 설정될 수 있다.

도 6a를 참조하면 캘리브레이션부(440)는 A 볼트(V)의 진폭을 갖는 AC 신호(Sac’)를 필터(43)로부터 공급받을 수 있으며, 해당 AC 신호(Sac’)에 도 6b에 도시된 바와 같은 B 볼트(V)의 DC 신호(Sdc)을 중첩함으로써 도 6c에 도시된 바와 같은 최종 구동 신호(Vd)를 생성할 수 있다.

이때, DC 신호(Sdc)의 전압값은 AC 신호(Sac’)의 진폭 이상으로 설정될 수 있다. 이에 따라, 구동 신호(Vd)의 전압값은 0 이상으로 설정될 수 있다.

결국, 구동 신호(Vd)의 DC 오프셋 값은 구동 신호(Vd)의 진폭과 동일하거나 그보다 크게 설정될 수 있다.

구동 신호(Vd)의 DC 오프셋 값이 구동 신호(Vd)의 진폭 값 미만인 경우, 구동 신호(Vd)의 전압이 음의 값을 갖게 되는 구간이 발생하게 되고, 상기 구간에서 전압이 음의 값을 갖게 됨에 따라 전기 에너지의 손실이 발생하게 된다.

다만 본 발명의 실시예와 같이, 구동 신호(Vd)의 DC 오프셋 값을 구동 신호(Vd)의 진폭과 동일하거나 그보다 크게 설정하게 되면, 구동 신호(Vd)의 전압이 항상 ‘0’ 이상이므로 전기 에너지의 손실을 최소화할 수 있다.

한편, DC 신호(Sdc)는 전압 분배부(45)에 의해 생성될 수 있다. 예를 들어, 전압 분배부(45)는 DC-DC 컨버터(41)의 출력 전압(Vo)을 전달받을 수 있으며, 출력 전압(Vo)에 대한 전압 분배를 수행하여 DC 신호(Sdc)를 생성할 수 있다.

전압 분배부(45)는 출력 전압(Vo)을 분배하기 위한 저항 스트링으로 구성될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.

DC-DC 컨버터(41)의 출력 전압(Vo)이 구동 신호(Vd) 생성에 바로 사용되기에 적합한 경우, 해당 출력 전압(Vo)이 DC 신호(Sdc)의 역할을 수행할 수 있다. 이 경우 전압 분배부(45)는 생략될 수 있으며, DC-DC 컨버터(41)의 출력 전압(Vo)이 캘리브레이션부(44)로 입력될 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스마트 베개에 포함된 제어부를 설명하기 위한 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 의하면 신호 공급부(40)는 사용자의 제어에 대응하여 구동 신호(Vd)의 특성 중 적어도 하나를 변경시킬 수 있으며 이를 위하여, 사용자의 입력에 대응하여 신호 공급부(40)를 제어하는 제어부(50)를 추가적으로 포함할 수 있다.

예를 들어, 구동 신호(Vd)의 특성은 구동 신호(Vd)의 진폭, DC 오프셋 및 크기를 포함할 수 있다.

즉, 사용자는 구동 신호(Vd)의 진폭, DC 오프셋 및 크기 중 적어도 어느 하나를 조절함으로써, 사용자에게 적합한 최적의 구동 신호(Vd)를 설정할 수 있으며, 이러한 기능을 통해, 사용자 특성을 고려한 스마트 베개(1)의 위생 관리 및 사용자의 두피 건강 관리가 가능해진다.

이때, 구동 신호(Vd)의 특성 제어를 위한 사용자의 입력 방식은 전원 장치(20)에 설치된 스위치(21, 22, 23) 또는 별도 버튼(미도시)에 의한 것일 수 있으며, 사용자는 전원 장치(20)에 설치된 스위치(21, 22, 23) 등을 조작함으로써, 구동 신호(Vd)의 특성을 조절 또는 설정할 수 있다.

사용자에 의한 버튼 또는 스위치 조작으로 구동 신호(Vd)의 설정 정보가 입력되면, 제어부(50)는 구동 신호(Vd)가 입력된 설정 정보에 대응하는 특성 값을 갖도록 신호 공급부(40)를 제어할 수 있다.

제어부(50)는 신호 발생부(42)를 제어함으로써 AC 신호(Sac)의 진폭을 변경할 수 있다. 또한, 제어부(50)는 DC-DC 컨버터(41) 및/또는 전압 분배부(45)를 제어함으로써 DC 신호(Sdc)의 전압 값을 조절할 수 있다. 이에 따라, 최종적으로 구동 신호(Vd)의 특성이 변경될 수 있다.

이때, 제어부(50)는 DC 신호(Sdc)의 전압 값이 AC 신호(Sac’)의 진폭 이상으로 설정되도록 DC-DC 컨버터(41) 및/또는 전압 분배부(45)를 제어할 수 있으며, 이에 따라 구동 신호(Vd)의 전압 값은 ‘0’ 이상으로 설정될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 신호 공급부(40)는 사용자의 수면 상태에 따라 구동 신호(Vd)를 생성하여 전극(11)으로 출력하거나 전극(11)으로 출력하지 않을 수 있다.

예를 들어, 신호 공급부(40)는 스마트 베개(1)를 벤 사용자가 비수면 상태일 때 구동 신호(Vd)를 전극(11a, 11b)으로 출력하지 않고, 스마트 베개(1)를 벤 사용자가 수면 상태일 때 구동 신호(Vd)를 생성하여 전극(11a, 11b)으로 출력할 수 있다.

여기서 제어부(50)가 스마트 베개(1)를 벤 사용자가 비수면 상태인지 수면 상태인지 여부를 압력 센서(15)로 센싱한 데이터를 통해 판단할 수 있으며, 예를 들어 스마트 베개(1)를 벤 사용자의 움직임이 기 설정된 시간 동안 없는 것으로 판단되면 사용자가 수면 상태인 것으로 판단할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 신호 공급부(40)는 사용자에 의한 스마트 베개(1)의 사용 여부에 따라 구동 신호(Vd)의 특성을 변경할 수 있으며, 또한, 여기서 스마트 베개(1)를 사용하는 것의 의미는 사용자의 머리가 스마트 베개(1) 상에 위치하여 소정의 압력이 가해지는 것일 수 있다.

예를 들어, 신호 공급부(40)는 스마트 베개(1)의 사용 기간 동안 전극(11a, 11b)에 공급되는 구동 신호(Vd)의 크기보다, 스마트 베개(1)의 사용이 종료된 후 전극(11a, 11b)에 공급되는 구동 신호(Vd)가 더 크도록 제어할 수 있다. 여기서, 구동 신호(Vd)의 크기는 실효값(Root Mean Square, RMS)을 의미할 수 있다.

보다 구체적으로, 신호 공급부(40)는 스마트 베개(1)의 사용 기간 동안 제1 구동 신호를 생성하여 전극(11a, 11b)으로 공급하고, 스마트 베개(1)의 사용이 종료되면 제2 구동 신호를 생성하여 전극(11a, 11b)으로 공급하며, 제1 구동 신호의 특성과 제2 구동 신호의 특성이 상이할 수 있다.

이때 신호 공급부(40)는 제1 구동 신호의 진폭 및 DC 오프셋 중 적어도 어느 하나의 크기를 조절하고, 제2 구동 신호의 진폭 및 DC 오프셋 중 적어도 어느 하나의 크기를 조절함으로써, 제2 구동 신호가 제1 구동 신호 보다 커지도록 제어할 수 있다.

제어부(50)는 스마트 베개(1)의 사용이 종료되었는지 여부를 압력 센서(15)로 센싱한 데이터를 통해 판단할 수 있으며, 예를 들어 압력 센서(15)에 소정의 압력이 가해지다가, 미리 설정된 시간 이상 가해지는 압력이 없는 경우 스마트 베개(1)의 사용이 종료된 것으로 판단할 수 있다.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 신호 공급부를 나타낸 도면이다.

도 8a 및 도 8b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 신호 공급부(60)는 DC-DC 컨버터(61), 신호 발생부(62), 전압 강하부(63), 필터(64), 및 오프셋 조절부(65)를 포함할 수 있다.

DC-DC 컨버터(61)는 배터리 전압(Vb)을 공급받고, 배터리 전압(Vb)을 소정 레벨의 출력 전압(Vo)으로 변환시켜 출력할 수 있다.

신호 발생부(62)는 DC-DC 컨버터(61)로부터 공급되는 전압을 기초로 동작하며, DC-DC 컨버터(61)의 출력 전압(Vo)을 이용하여 소정의 주파수를 갖는 제1 AC 신호(Sa1)를 생성할 수 있다.

신호 발생부(62)는 오실레이터(Oscillator), 함수 발생기(Function Generator) 등과 같은 AC 신호를 생성 가능한 기 공지된 구성을 이용하여 구현될 수 있다.

예를 들어, 제1 AC 신호(Sa1)는 1KHz ~ 1000MHz의 주파수로 설정될 수 있다. 제1 AC 신호(Sa1)가 1KHz 미만의 저주파로 설정되는 경우에는 바이오 필름의 제거 효과가 떨어지며, 제1 AC 신호(Sa1)가 1000MHz를 넘는 초고주파로 설정되는 경우에도 바이오 필름의 제거 효과가 떨어지기 때문이다. 한편, 제1 AC 신호(Sa1)의 주파수는 바이오 필름의 제거에 적합한 5MHz ~ 15MHz의 주파수로 설정될 수 있다.

전압 강하부(63)는 신호 발생부(62)로부터 출력된 제1 AC 신호(Sa1)의 크기(예를 들어, 피크 투 피크 전압 등)를 감소시키기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 전압 강하부(63)는 저항 소자(R)로 구현될 수 있으며, 이를 통해 제1 AC 신호(Sa1)에 비해 크기가 감소된 제2 AC 신호(Sa2)가 전압 강하부(63)로부터 출력될 수 있다.

필터(64)는 전압 강하부(63)로부터 공급된 제2 AC 신호(Sa2)에 대한 필터링 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 필터(64)는 커패시터 소자(C)를 포함한 저역 통과 필터(Low Pass Filter)로 설정될 수 있으며, 톱니파(Sawtooth Wave) 형태의 제2 AC 신호(Sa2)를 사인파(Sine Wave) 형태의 제3 AC 신호(Sa3)로 변환할 수 있다.

또한, 필터(64)를 통해 예기치 않은 제2 AC 신호(Sa2)의 DC 오프셋(DC offset)를 제거하여, 구동 신호(Vd)의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

오프셋 조절부(65)는 DC 신호에 필터(64)로부터 출력된 제3 AC 신호(Sa3)를 혼합하여 구동 신호(Vd)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 오프셋 조절부(65)는 다수의 저항 소자(R1, R2)을 포함하여 구성될 수 있으며, 특정 전압(예를 들어, DC-DC 컨버터(61)의 출력 전압(Vo))에 대한 전압 분배를 수행하여 소정 레벨의 DC 신호를 생성할 수 있다.

즉, 제1 저항 소자(R1)와 제2 저항 소자(R2)의 공통 노드(N)에 생성된 DC 신호에 필터(64)를 통해 공급된 제3 AC 신호(Sa3)가 중첩되어 최종 구동 신호(Vd)가 생성될 수 있다.

이 경우, 구동 신호(Vd)의 진폭은 0.1mv ~ 10V로 설정될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이지 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1: 스마트 베개
10: 베개 몸체
11: 전극
13: 온도 조절 패드
15: 압력 센서
20: 전원 장치

Claims

스마트 베개에 있어서,
베개 몸체;
상기 베개 몸체에 위치하며, 구동 신호를 공급받아 상기 구동 신호에 대응하는 전자기파를 제공하는 하나 이상의 전극;
AC 신호와 DC 신호를 혼합하여 상기 구동 신호를 생성하고, 상기 구동 신호를 상기 전극에 공급하는 신호 공급부; 및
상기 베개 몸체에 위치하며, 사용자의 움직임을 감지하는 압력 센서; 를 포함하며,
상기 신호 공급부는, 상기 스마트 베개의 사용 기간 동안 제1 구동 신호를 생성하여 상기 전극으로 공급하고, 상기 스마트 베개의 사용이 종료된 후 제2 구동 신호를 생성하여 상기 전극으로 공급하며,
상기 신호 공급부는, 상기 제2 구동 신호의 실효값이 상기 제1 구동 신호의 실효값보다 크도록 제어하고,
상기 신호 공급부는, 상기 압력 센서가 센싱한 데이터를 통해, 상기 스마트 베개의 사용 기간과 상기 스마트 베개의 사용 종료 여부를 판단하며,
상기 구동 신호의 전압값이 0 이상으로 설정되도록, 상기 DC 신호의 전압값은 상기 AC 신호의 진폭 이상으로 설정되는 스마트 베개.
제1항에 있어서,
상기 신호 공급부로 배터리 전압을 공급하는 배터리가 구비되며, 상기 베개 몸체와 전기적으로 연결되는 전원 장치; 를 더 포함하는 스마트 베개.
제2항에 있어서,
상기 베개 몸체에 위치하며, 냉각 패드와 온열 패드를 포함하는 온도 조절 패드; 를 더 포함하는 스마트 베개.
제3항에 있어서,
상기 전극은, 서로 이격하여 위치하는 제1 전극과 제2 전극을 포함하며,
상기 제1 전극은,
제1 방향을 따라 배치되는 다수의 제1 서브 전극; 및
상기 다수의 제1 서브 전극을 서로 연결하며 상기 제1 방향을 따라 연장되어 형성된 제1 연결 전극을 포함하고,
상기 제2 전극은,
상기 제1 방향을 따라 배치되는 다수의 제2 서브 전극; 및
상기 다수의 제2 서브 전극을 서로 연결하며 상기 제1 방향을 따라 연장되어 형성된 제2 연결 전극을 포함하며,
상기 제1 서브 전극과 상기 제2 서브 전극은 상기 제1 방향을 따라 서로 번갈아 나열된 스마트 베개.
제3항에 있어서,
상기 압력 센서에서 감지된 신호를 사용자 단말 장치로 전송하기 위한 통신부; 를 더 포함하는 스마트 베개.
제3항에 있어서,
상기 베개 몸체는 상기 온도 조절 패드의 적어도 일부를 외부에 노출시키는 개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 베개.
제1항에 있어서,
상기 신호 공급부는, 외부 입력에 대응하여 상기 구동 신호의 특성 중 적어도 하나를 변경시키는 것을 특징으로 하는 스마트 베개.
제7항에 있어서,
상기 구동 신호의 특성은, 진폭, DC 오프셋 및 크기를 포함하는 스마트 베개.
제8항에 있어서,
상기 신호 공급부는
상기 스마트 베개를 벤 사용자가 수면 상태일 때 상기 구동 신호를 생성하여 상기 전극으로 공급하는 것을 특징으로 하는 스마트 베개.
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