KR20130094525A - 뇌파를 이용한 조명 제어 장치 및 방법 - Google Patents

뇌파를 이용한 조명 제어 장치 및 방법 Download PDF

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이찬수
박신원
남종우
장자순
임해용
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영남대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명의 제1 측면에 따르면, 사용자의 필요에 발광 동작하여 실내를 조명하는 장치에 있어서, 외부의 제어에 따라 광의 색온도, 조도 및 RGB 분포의 조절이 가능한 조명부; 사용자의 뇌파를 측정하고 측정된 값에 해당하는 신호를 출력하는 뇌파 측정부; 상기 뇌파 측정부에서 출력되는 신호를 입력받아 상기 뇌파의 성분에 따른 뇌파 상태를 판단하는 뇌파 상태 평가부; 및 상기 뇌파 상태 평가부의 분석 결과에 대응하여 상기 조명부의 색온도, 조도 및 상기 색온도와 조도에 따른 RGB 분포를 설정하여 제어하는 제어부를 포함하는 뇌파를 이용한 조명 제어 장치를 제공한다.
상기와 같은 본 발명은 사용자의 뇌파를 측정하고, 주파수 대역에 따른 뇌파의 분포량에 따라 사용자의 상태(예들 들어, 집중 상때 또는 이완 상태)에 대응하여 실내의 조명을 제어할 수 있다.

Description

뇌파를 이용한 조명 제어 장치 및 방법{Apparatus and method for light control using electroencephalogram}
본 발명은 뇌파를 이용한 조명 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 사용자의 뇌파를 측정하고 측정된 뇌파에 포함되어 있는 뇌파 성분을 분석하여 사용자에게 적합한 조명을 제공할 수 있는 뇌파를 이용한 조명 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 들어 정보통신 기술이 발달하면서 주거 문화도 많은 변화가 일어나고 있다. 즉, 얼마 전 까지만 해도 건물 신축 시 실내 인테리어가 주된 관심사였으나 점차 조명제어장치, 가스제어장치, 방범장치, 에어컨, 보일러, 세탁기 등을 원격 제어할 수 있는 홈 네트워크 시스템의 구축이 큰 이슈가 되고 있다.
사람이 일상적으로 경험하는 정보의 70%는 시각에 의해 얻어지는 것으로 알려져 있다. 시각을 통해 인지된 각 물체의 색은 사람의 정서 및 경험에 큰 작용을 한다.
홈 네트워크 시스템은 사용자에 의해 미리 지정된 키 입력값이나 주변의 실내 환경 요소들에 의해 구동된다. 특히, 사용자에게 시각 정보의 제공을 위해서의 조명의 적절한 제어를 필요로 한다. 이를 위해 조명 장치와 조명 제어는 대한민국 등록특허 10-0724795 '조명장치 및 조명 데이터 설정방법'에 개시되어 있다.
상기와 같은 조명 제어 시, 실내에서 실제 생활하고 행동하는 사용자의 심리상태나 감정 상태는 고려하지 못하여, 인체의 감성 상태에 따라 최적화된 실내 환경을 연출하지 못하는 문제점이 있었다.
따라서, 실내의 조명을 사용자의 감성 상태에 따라 조절할 필요가 있다.
본 발명은 상기한 필요성을 해결하기 위한 것으로서, 사용자의 뇌파를 측정하고, 주파수 대역에 따른 뇌파의 분포량에 따른 사용자의 상태(예들 들어, 집중 상태 또는 이완 상태)에 대응하여 실내의 조명을 제어할 수 있는 뇌파를 이용한 조명 제어 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제1 측면에 따르면, 사용자의 필요에 따라 발광 동작하여 조명을 제어하는 장치에 있어서, 외부의 제어에 따라 광의 색온도, 조도 및 RGB 분포의 조절이 가능한 조명부; 사용자의 뇌파를 측정하고 측정된 값에 해당하는 신호를 출력하는 뇌파 측정부; 상기 뇌파 측정부에서 출력되는 신호를 입력받아 상기 뇌파의 성분에 따른 뇌파 상태를 판단하는 뇌파 상태 평가부; 및 상기 뇌파 상태 평가부의 분석 결과에 대응하여 상기 조명부의 색온도, 조도 및 상기 색온도와 조도에 따른 RGB 분포를 설정하여 제어하는 제어부를 포함하는 뇌파를 이용한 조명 제어 장치를 제공한다.
상기 조명부는 LED를 포함할 수 있다.
상기 뇌파 상태 평가부는, 상기 뇌파 측정부에서 측정된 전체 뇌파와 상기 전체 뇌파의 주파수 대역에 따른 분포량을 환산하고, 환산값을 상기 제어부로 출력할 수 있다.
상기 제어부는, 집중 상태의 뇌파 성분의 비율에 비례하여 상기 조명부의 색온도 및 조도가 높아지도록 제어하고, 이완 상태의 뇌파 성분의 비율에 반비례하여 상기 조명부의 색온도 및 조도가 낮아지도록 제어할 수 있다.
상기 제어부에서 출력되는 신호는 블루투스(bluetooth), 지그비(zigbee) 통신 및 RS485 중 선택된 하나에 의해 상기 조명부로 전달될 수 있다.
사용자 피부의 전기 전도도와 맥박을 측정하고 측정된 값에 해당하는 신호를 출력하는 생체 신호 측정부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 생체 신호 측정부가 측정한 상기 피부 전도도값 또는 상기 맥박 측정값이 증가하면 상기 색온도 및 조도가 높아지도록 가중치를 적용하고, 상기 생체 신호 측정부가 측정한 상기 피부 전도도값 또는 상기 맥박 측정값이 감소하면 상기 색온도 및 조도가 낮아지도록 가중치를 적용할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제2 측면에 따르면, 사용자의 뇌파를 측정하는 단계; 상기 측정된 뇌파의 주파수 대역에 따른 분포량을 환산하는 단계; 상기 뇌파의 주파수 대역에 따른 분포량에 대응하여 색온도 및 조도를 설정하는 단계; 를 포함하는 뇌파를 이용한 조명 제어 방법을 제공한다.
상기 색온도 및 조도는 집중 상태의 뇌파 성분의 비율에 비례하여 높아지도록 설정되고, 이완 상태의 뇌파 성분의 비율에 반비례하여 낮아지도록 설정될 수 있다.
사용자 피부의 전기 전도도와 맥박을 측정하고 측정된 값에 해당하는 신호를 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 피부 전도도값 또는 상기 맥박 측정값이 증가하면 상기 색온도 및 조도가 높아지도록 가중치가 적용되고, 상기 생체 신호 측정부가 측정한 상기 피부 전도도값 또는 상기 맥박 측정값이 감소하면 상기 색온도 및 조도가 낮아지도록 가중치가 적용될 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 사용자의 뇌파를 측정하고, 주파수 대역에 따른 뇌파의 분포량에 따라 사용자의 상태(예들 들어, 집중 상태 또는 이완 상태)에 대응하여 실내의 조명을 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌파를 이용한 조명 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 뇌파를 이용한 조명 제어 방법의 구성을 나타내는 흐름도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌파를 이용한 조명 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 뇌파를 이용한 조명 제어 장치(100)는 조명부(110), 뇌파 측정부(120), 뇌파 상태 평가부(130), 제어부(150)를 포함한다. 또한, 뇌파를 이용한 조명 제어 장치(100)는 생체 신호 측정부(140)를 더 포함한다.
도 2는 본 발명에 따른 뇌파를 이용한 조명 제어 방법의 구성을 나타내는 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 뇌파를 이용한 조명 제어 방법은 뇌파를 측정하는 단계(S110), 뇌파의 주파수 대역에 따른 분포량을 환산하는 단계(S120) 및 색온도 및 조도를 설정하는 단계(S130)를 포함한다.
다음에서는 도 1과 도 2을 참조하여, 뇌파를 이용한 조명 제어 장치와 제어 방법을 설명하고자 한다.
우선, 본 발명은 조명부(110)를 포함한다.
조명부(110)는 외부의 전원을 공급받아 발광 동작하여 실내를 조명한다.
조명부(110)는 LED(Light emitting diode)를 포함하며, 복수개의 LED를 포함하는 모듈 형태일 수 있다. 조명부(110)는 조명을 위해 사용자가 필요로 하는 다양한 형태로 형성될 수 있다. 또한, 조명부(110)는 사용자의 필요에 따라 실내의 다양한 위치에 배치될 수 있다.
조명부(110)는 외부의 제어에 의해 색온도 및 조도가 조절될 수 있다. 또한, 조명부(110)는 색온도 및 조도 조절 시, 적녹청(RGB)의 비율을 조절할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. 이를 위해 조명부(110)는 DMX 512 제어기와 같은 조명제어회로를 갖는 것이 바람직하다.
뇌파 측정부(120)는 사용자의 뇌파를 측정하여 측정된 값에 해당하는 신호로서 출력하여, 뇌파 측정 단계(S110)를 수행할 수 있다. 이때, 뇌파 측정 단계(S110)를 수행한 후, 뇌파 측정부(120)에서 출력되는 신호는 후술하는 뇌파 상태 평가부(130)에서 신호 처리가 용이한 형태인 것이 바람직하다.
뇌파 측정부(120)는 탈부착이 가능한 건식 1채널 탈부착형 건식 뇌파측정기를 사용하는 것이 바람직하지만, 사용자의 필요에 따라 다양한 형식이 사용될 수 있다. 또한, 뇌파 측정의 정확성을 위해, 뇌파 측정부(120)는 복수개로 이루어지는 것이 바람직하다.
뇌파 측정부(120)는 뇌파 측정을 위해 사용자가 휴대하기 용이한 형태(예를 들어 모자, 이어폰 등)로 이루어질 수 있다.
뇌파 측정부(120)에 의한 뇌파 측정은 30초 또는 1분 또는 사용자의 필요에 의해 설정된 소정의 시간 단위로 연속적으로 이루어질 수 있다.
뇌파 측정부(120)와 생체 신호 측정부(140)에서 출력되는 신호는 뇌파 상태 평가부(130)로 입력된다.
뇌파 상태 평가부(130)는 입력되는 뇌파 신호에 포함되어 있는 다양한 주파수 대역의 뇌파 분포량을 환산하여 출력한다. 따라서, 뇌파 상태 평가부(130)는 뇌파의 주파수 대역에 따른 분포량을 환산하는 단계(S120)를 수행함을 알 수 있다.
뇌파 상태 평가부(130)의 환산 결과에 의해 사용자의 상태(예를 들어, 사용자의 집중 상태 및 이완 상태)가 판단될 수 있다.
뇌파 상태 평가부(130)의 작용에 대해 보다 상세히 살펴보기로 한다.
뇌파 측정부(120)에서 측정된 뇌파는 다양한 주파수 대역의 뇌파를 포함하고 있다. 뇌파 상태 평가부(130)는 뇌파 측정부(120)에서 측정된 뇌파 중 12~15Hz 대역의 뇌파, 16~20Hz 대역의 대역의 뇌파를 측정하여 분석한다.
즉, 뇌파 상태 평가부(130)는 각각의 주파수 대역의 뇌파를 측정하고, 측정된 전체 뇌파에서 각각의 주파수 대역의 뇌파가 차지하는 비율을 백분율 형태로 환산한 후, 이에 해당하는 신호를 출력한다.
여기서, 뇌파 상태 평가부(130)에서 환산한 주파수 대역에 따른 뇌파의 성분에 따라 집중 및 이완 상태를 바탕으로 활동유형을 평가할 수 있다. 여기서, 활동 유형은 공부, 연구등과 같은 정적이고 두뇌활동을 요하는 집중 활동, 활동과 사고가 중첩되어 있는 일반 활동, 그리고 휴식 활동으로 나누어서 구분할 수 있다.
뇌파 상태 평가부(130)는 집중 신호 또는 집중에 대한 신호에 대한 변화의 흐름을 시계열에서 분석함으로 이전 상태에서 현재 상태로 변화하는 변화의 흐름을 파악하고, 그 변화가 더욱 촉진되는 방향 또는 감소시키는 방향으로 색온도와 조도를 제어할 수 있도록 한다.
예를 들어, 집중에 대한 신호가 점점 증가하고 있다면, 활동이 일상적인 활동을 하다가 집중을 요하는 독서나 공부를 하는 방향으로 바뀌고 있는 것으로 파악될 수 있고, 이러한 경우에는 현재의 집중도 또는 집중도에 해당하는 신호보다 좀더 그것이 강화되었을 때의 신호에 해당하는 신호를 미리 보냄으로 집중이 보다 잘 일어날 수 있도록 한다.
뇌파 상태 평가부(130)는 12~15Hz 대역의 뇌파 분포와 16~20Hz 대역의 뇌파 분포량을 환산하여 출력한다.
여기서, 12~15Hz 대역의 뇌파는 느린 베타파로서 사용자의 이완 상태를 나타내는 뇌파이고, 16~20Hz 대역의 뇌파는 중간 베타파로서 사용자의 집중 상태를 나타내는 뇌파이다. 본 실시예에서는 이완 상태의 뇌파는 12~15Hz 대역이고, 집중 상태의 뇌파는 16~20Hz 대역인 것으로 상정하여 설명하고 있지만, 뇌파의 대역은 사용자에 따라 변경될 수 있다.
제어부(150)는 뇌파 상태 평가부(130)에서 출력되는 12~15Hz 대역의 뇌파와 16~20Hz 대역의 뇌파가 전체 뇌파에서 차지하는 비율에 따라 조명부(110)의 색온도와 밝기를 다음의 [표 1] 및 [표 2]에 기재된 바와 같이 환산하고, 이에 따라 조명부(110)를 제어한다.
여기서, 뇌파 상태 평가부(130)와 제어부(150) 간의 신호 입출력은 블루투스(bluetooth) 통신을 이용할 수 있다. 블루투스(bluetooth) 통신은 이 분야에서는 널리 알려진 기술이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 신호 입출력이 용이하게 이루어진다면, 블루투스 통신 이외의 다양한 통신 방식이 사용될 수 있다.
[표 1]은 뇌파 상태 평가부(130)가 환산한 뇌파 비율에 따라 제어부(150)가 설정한 조명부(110)의 색온도와 조도를 나타낸다.
12~15Hz 대역의 뇌파 분포(%) 16~20Hz 대역의 뇌파 분포(%) 설정 색온도(K) 설정 조도(lux)
0~20 100~80 3000 80
32 68 3600 240
40 60 4000 384
52 48 4600 529
60 40 5000 610
72 28 5600 687
80 20 6000 725
92 8 6600 794
100 0 7000 800
[표 1]은 이완 상태의 뇌파와 집중 상태의 뇌파의 분포 비율의 합이 100%인 경우의 설정 색온도와 설정 조도를 나타내지만, 전체 뇌파에 포함되어 있는 뇌파 분포에 따라서는 이완 상태의 뇌파와 집중 상태의 뇌파 분포 비율의 합이 100%가 되지 않는 경우도 발생될 수 있다.
이러한 경우에는 분포량이 보다 큰 뇌파 대역의 값을 우선하여 사용할 수 있다. 즉, 이완 상태의 뇌파 분포량이 60%이고, 집중 상태의 뇌파가 20%인 것으로 측정되면, 이완 상태의 뇌파 분포량에 대응하여 색온도와 조도를 설정할 수 있다. 이때, 사용자의 필요에 따라 분포량이 보다 작은 뇌파 대역의 값을 우선하여 사용할 수도 있다.
또한, 제어부(150)는 설정된 색온도와 조도의 구현을 위한 RGB 성분을 구한다.
[표 2]는 뇌파 상태 평가부(130)가 환산한 조명부(110)의 색온도와 조도의 구현을 위한 RGB 성분의 비율을 나타낸다.
색온도(K) 조도 (lux) R G B
3000 80 24 17 10
3600 240 69 54 39
4000 384 111 91 71
4600 529 147 128 110
5000 610 171 153 138
5600 687 189 176 168
6000 725 199 190 187
6600 794 217 213 218
7000 800 223 219 230
여기서, R,G,B 값은 0~255 범위를 갖는다. 즉, 0은 무광 상태, 255는 최대 발광 상태로서, [표 2]에서의 R,G,B 조도 상태를 8bit값으로 표현한 경우이다.
제어부(150)는 뇌파 상태 평가부(130)에서 출력되는 뇌파의 비율에 따라 상기 [표 1]과 [표 2]에 기재된 바와 같이 조명부(110)를 제어한다.
이때, 제어부(150)와 조명부(110)의 신호 연결은 블루투스(bluetooth), RS485 및 지그비(Zigbee) 통신 사양 중 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다. 블루투스(bluetooth), RS485 또는 지그비(Zigbee) 통신은 이 분야에서는 널리 알려진 기술이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
블루투스(bluetooth), 지그비(zigbee) 통신 및 RS485 중 선택된 하나에 의해
여기서, 색온도와 조도는 사용자의 뇌파 성분의 비율에 의해 이루어지지만, 생체 신호 측정부(140)에서 측정되어 출력되는 기준 맥박 및 피부 전도도에 따른 가중치가 적용될 수 있다. 즉, 맥박이 증가하거나 피부전도도가 증가하는 경우에 집중에 해당하는 성분에 가중치를 적용할 수 있고, 반대의 경우에는 이완에 해당하는 성분에 가중치를 적용할 수 있다.
이를 위해, 본 발명에는 생체 신호 측정부(140)가 더 포함될 수 있다.
생체 신호 측정부(140)는 사용자의 피부의 피부 전도도 및 맥박을 측정하고 측정된 값에 해당하는 신호를 출력한다(S140). 생체 신호 측정부(140)에 의한 생체 신호 측정은 30초 또는 1분 또는 사용자의 필요에 의해 설정된 소정의 시간 단위로 연속적으로 이루어질 수 있다.
생체 신호 측정부(140)의 측정 신호는 뇌파 측정부(120)에서 측정된 뇌파에 의한 조명 제어를 보다 정확하게 한다. 예를 들어, 생체 신호 측정부(140)에서 측정된 생체 신호(피부 전도도 및 맥박)이 점차 증가한다면, 제어부(150)는 사용자는 집중 상태가 보다 활성화되는 것으로 판단하여 사용자의 집중 상태에 가중치를 적용하여 색온도와 조도를 조절할 수 있다.
또한, 생체 신호 측정부(140)에서 측정된 생체 신호(피부 전도도 및 맥박)가 점차 감소한다면, 제어부(150)는 이완 상태로 전환하는 것으로 판단하여 사용자의 이완상태에 가중치를 적용하여 색온도와 조도를 조절할 수 있다.
여기서, 집중 상태 또는 이완 상태에 적용되는 가중치는 사용자의 필요에 따라 설정되며, 같은 사용자인 경우에도 측정 시간 등에 따라 변경될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 조명 제어 장치
110: 조명부
120: 뇌파 측정부
130: 뇌파 상태 평가부
140: 생체 신호 측정부
150: 제어부

Claims (11)

  1. 사용자의 필요에 따라 발광 동작하여 조명을 제어하는 장치에 있어서,
    외부의 제어에 따라 광의 색온도, 조도 및 RGB 분포의 조절이 가능한 조명부;
    사용자의 뇌파를 측정하고 측정된 값에 해당하는 신호를 출력하는 뇌파 측정부;
    상기 뇌파 측정부에서 출력되는 신호를 입력받아 상기 뇌파의 성분에 따른 뇌파 상태를 판단하는 뇌파 상태 평가부; 및
    상기 뇌파 상태 평가부의 분석 결과에 대응하여 상기 조명부의 색온도, 조도 및 상기 색온도와 조도에 따른 RGB 분포를 설정하여 제어하는 제어부를 포함하는 뇌파를 이용한 조명 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조명부는, LED를 포함하는 뇌파를 이용한 조명 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 뇌파 상태 평가부는, 상기 뇌파 측정부에서 측정된 전체 뇌파와 상기 전체 뇌파의 주파수 대역에 따른 분포량을 환산하고, 상기 환산값을 상기 제어부로 출력하는 뇌파를 이용한 조명 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는, 집중 상태의 뇌파 성분의 비율에 비례하여 상기 조명부의 색온도 및 조도가 높아지도록 제어하고,
    이완 상태의 뇌파 성분의 비율에 반비례하여 상기 조명부의 색온도 및 조도가 낮아지도록 제어하는 뇌파를 이용한 조명 제어 장치.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 제어부에서 출력되는 신호는 블루투스(bluetooth), 지그비(zigbee) 통신 및 RS485 중 선택된 하나에 의해 상기 조명부로 전달되는 뇌파를 이용한 조명 제어 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    사용자 피부의 전기 전도도와 맥박을 측정하고 측정된 값에 해당하는 신호를 출력하는 생체 신호 측정부를 더 포함하는 뇌파를 이용한 조명 제어 장치.
  7. 제4항 또는 제6항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 생체 신호 측정부가 측정한 상기 피부 전도도값 또는 상기 맥박 측정값이 증가하면 상기 색온도 및 조도가 높아지도록 가중치를 적용하고,
    상기 생체 신호 측정부가 측정한 상기 피부 전도도값 또는 상기 맥박 측정값이 감소하면 상기 색온도 및 조도가 낮아지도록 가중치를 적용하는 뇌파를 이용한 조명 제어 장치.
  8. 사용자의 뇌파를 측정하는 단계;
    상기 측정된 뇌파의 주파수 대역에 따른 분포량을 환산하는 단계; 및
    상기 뇌파의 주파수 대역에 따른 분포량에 대응하여 색온도 및 조도를 설정하는 단계를 포함하는 뇌파를 이용한 조명 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 색온도 및 조도는 집중 상태의 뇌파 성분의 비율에 비례하여 높아지도록 설정되고,
    이완 상태의 뇌파 성분의 비율에 반비례하여 낮아지도록 설정되는 뇌파를 이용한 조명 제어 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    사용자 피부의 전기 전도도와 맥박을 측정하고 측정된 값에 해당하는 신호를 출력하는 단계를 더 포함하는 뇌파를 이용한 조명 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 피부 전도도값 또는 상기 맥박 측정값이 증가하면 상기 색온도 및 조도가 높아지도록 가중치가 적용되고,
    상기 생체 신호 측정부가 측정한 상기 피부 전도도값 또는 상기 맥박 측정값이 감소하면 상기 색온도 및 조도가 낮아지도록 가중치가 적용되는 뇌파를 이용한 조명 제어 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101518393B1 (ko) * 2014-04-14 2015-05-08 (주)다비치안경체인 개인 맞춤형 빛을 발산하는 탁상램프
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