KR20150062599A - 생체 신호 기반의 스마트 조명 장치 - Google Patents

생체 신호 기반의 스마트 조명 장치 Download PDF

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신승철
이강천
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Abstract

본 발명은 생체 신호 기반의 스마트 조명 장치에 관한 것으로서, 생체 신호 기반의 스마트 조명 장치는 생체 신호를 감지하는 생체 신호 감지부, 상기 주변 환경을 감지하는 환경 감지부, 상기 생체 신호 감지부와 상기 환경 감지부와 연결되어 있고, 상기 생체 신호 감지부에서 입력되는 신호를 이용하여 생체 상태를 판정하고 환경 감지부에서 입력되는 신호를 이용하여 주변 환경을 판정하고, 판정된 생체 상태와 주변 환경에 따라 감성 지수를 산출하는 주 제어부, 그리고 상기 주 제어부와 연결되어 있고, 상기 주 제어부에서 출력되는 제어 신호에 따라 색상과 밝기가 제어되는 LED 조명부를 포함하고, 상기 주 제어부는 판정된 감성 지수에 따라 상기 제어 신호의 상태를 제어한다.

Description

생체 신호 기반의 스마트 조명 장치{SMART LIGHTING APPARATUS USING BIO-SIGNAL}
본 발명은 생체 신호 기반의 스마트 조명 장치에 관한 것이다.
최근 들어 우울증으로 인한 자살률의 증가가 사회적인 문제로 대두되고 있으며, 2010년 우리나라의 자살률은 인구 10만 명당 31.2명으로 OECD 국가 중 1위를 차지하였고 OECD 국가 중 유일하게 자살률이 증가하는 국가이다.
국내 21개 질병군 중에서 우울증과 같은 정신질환 관련 비용은 2007년 암 관련 치료비용의 38%에 이르고 있으며, 매년 18.7%씩 급격히 상승하고 있는 실정이다.
자살률과 정신질환의 증가에 따라 보건복지부에서는 2013년부터 전 국민을 대상으로 우울증 정기검진을 실시하기로 결정하였으며, 국내 대기업들도 직장 내 사원들에 대한 정신검사 도입을 활발히 진행하고 있다.
이러한 우울증을 치유하기 위하여 단순히 조명 또는 태양광을 쏘이거나 특정한 불빛을 바라보게 하는 등의 라이트 테라피(Light Therapy) 기술에 대하여 국내를 비롯하여 일본, 미국, 유럽 등에서 많은 연구가 진행되어오고 있다.
라이트 테라피의 통하여 혈중의 세로토닌 농도를 증가시켜 우울증 치료는 물론 식욕을 떨어뜨리는 비만 치료, 불면증과 수면장애, 생리 증후군과 학습장애까지 치유범위를 확대해 가고 있다.
발광 다이오드(light emitting diode, LED)를 이용한 조명기술의 발전은 라이트 테라피에도 많은 영향을 주고 있으며, LED 구동기술을 통하여 조명의 색온도를 2,300K 내지 8,000K 범위에서 자유롭게 조정할 수 있는 감성조명 기술개발이 활발히 진행되고 있다.
감성조명은 인간이 만들어 낸 인공조명을 최대한 자연조명과 유사하게 만든 인간 친화적인 조명을 지칭하는 것으로서, 전력소비량이 낮고 친환경적이며 색온도 조절이 가능한 LED 조명을 이용하여 활발하게 개발되고 있다.
일례로 색온도가 인간에게 미치는 효과를 바탕으로 학습을 할 때에는 약 6,500K 색온도 근처의 푸른색 빛이 나오도록 하고, 휴식 시에는 3,000K 색온도 근처의 붉은 색의 빛이 나오도록 하며, 독서를 할 때에는 약 5,000K 색온도 근처의 일출 시와 유사한 빛이 나오도록 조절 가능한 조명 장치가 있다.
하지만, 이러한 조명 장치의 경우에는 사용자의 심리적인 상태나 건강상태, 스트레스 상태를 측정하거나 고려하지 않고 있으며, 사용자가 직접 조명등의 색온도를 선택하도록 하고 있어 자신의 현재 상태에 적합한 조명을 정확하게 선택할 수 없어 동작 효율의 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 조명등이 색온도 변화를 통하여 사용자가 원하는 감성 상태로 유도하는 기능이 결여되어 있으며, 주위의 온도와 습도 상태를 고려하지 않고 일방적인 색온도의 조명을 제공하고 있는 실정이다.
한국 공개특허공보 공개번호 2011-0113437(공개일자: 2011년 10월 17일)
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 생체 신호 기반을 이용하여 스트레스 및 우울증 정도를 파악하고 온도 및 습도와 같은 주변 환경을 고려하여 조명을 제어하여, 사용자의 만족도를 향상시키기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 생체 신호에 따라 최적의 조명 상태를 제공하여 조명을 이용한 치료 효과를 달성하기 위한 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 생체 신호 기반의 스마트 조명 장치는 생체 신호를 감지하는 생체 신호 감지부, 주변 환경을 감지하는 환경 감지부, 상기 생체 신호 감지부와 상기 환경 감지부와 연결되어 있고, 상기 생체 신호 감지부에서 입력되는 신호를 이용하여 생체 상태를 판정하고 환경 감지부에서 입력되는 신호를 이용하여 주변 환경을 판정하고, 판정된 생체 상태와 주변 환경에 따라 감성 지수를 산출하는 주 제어부, 그리고 상기 주 제어부와 연결되어 있고, 상기 주 제어부에서 출력되는 제어 신호에 따라 색상과 밝기가 제어되는 LED 조명부를 포함하고, 상기 주 제어부는 판정된 감성 지수에 따라 상기 제어 신호의 상태를 제어한다.
상기 생체 신호 감지부는 심전도를 감지하는 심전도 센서나 맥파를 감지하는 맥파 측정 센서인 것이 좋다.
상기 환경 감지부는 온도 센서, 습도 센서 및 조도 센서 중 적어도 하나인 것이 바람직하다.
상기 특징에 따른 생체 신호 기반의 스마트 조명 장치는 상기 주 제어부와 연결되어 있고 상기 감지 지수에 따른 제어 신호에 음원과 음원의 세기가 제어되는 음원 조정부를 더 포함할 수 있다.
이러한 특징에 따르면, 이와 같이, 생체 신호뿐만 아니라 주변 환경 상태에 따라 조명의 색상과 밝기가 자동으로 제어되므로, 사용자의 감성에 가장 적합한 조명 상태를 제공하므로, 사용자의 만족도가 크게 향상된다.
또한, 사용자의 몸과 주변 환경 상태에 따른 최적의 조명을 자동으로 제공하므로, 수동 조정 시 비적합 상태로 조명의 밝기와 색상을 제어할 필요가 없으므로, 조명 장치의 사용 효율이 향상된다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 생체 신호 기반의 스마트 조명 장치를 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 생체 신호 기반의 스마트 조명 장치의 동작 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 생체 신호 기반의 스마트 조명 장치의 동작 순서도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 생체 신호 기반의 스마트 조명 장치의사용 예를 도시한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 생체 신호 기반의 스마트 조명 장치에 대하여 설명한다
도 1 및 도 2에 도시한 것처럼, 생체 신호 기반의 스마트 조명 장치(100)는 심전도(electrocardiogram, ECG) 센서(11), PPG 센서(12), 온도 센서(13), 습도 센서(14), 조도 센서(15), 이들 센서(11-15)와 연결되어 있는 아날로그 신호 처리부(21), 아날로그 신호 처리부(21)에 연결되어 있는 주 제어부(22), 주 제어부(31)에 연결되어 있는 LED 조명부(31), 음원 조정부(32) 및 통신부(33)를 구비한다.
이외에도, 생체신호와 주변 환경을 이용한 조명 장치(100)는 수동으로 LED 조명부(31)의 동작 상태를 제어하는 복수의 수동 스위치(34)를 구비한다.
심전도 센서(11)는 도 1에 도시한 것처럼, 심장을 중심으로 왼쪽 부분과 오른쪽 부분을 접촉하기 위한 두 개의 감지부가 필요하므로, 제1 심전도 측정용 센서(111)와 제2 심전도 측정용 센서(112)를 구비한다.
이처럼, 주 제어부(22)는 심전도 센서(11, 온도센서(13), 습도센서(14), 조도센서(15)의 값을 이용하여 사용자의 신체리듬과 주위 환경상태를 파악하여 LED 조명부(31)의 조명 색상과 밝기를 조절한다.
사용자의 신체리듬을 파악하기 위해서는 두 개의 심전도 측정용 센서(111,112)에 왼손과 오른손을 각각 올리면, 심전도 측정용 센서(111, 112)에 의해 심전도와 맥박, 심박 변이도(HRV, heart rate variability), 스트레스 지수에 해당하는 생체 신호가 아날로그 신호 처리부(21)를 거쳐 디지털 상태로 주 제어부(22)로 출력된다.
따라서, 주 제어부(22)는 심전도 센서(11)에서 출력되는 신호를 이용하여 심전도, 맥박, 심박 변이도, 스트레스 정도를 판정하여 사용자의 생체 상태를 판정한다.
심전도 센서(11) 대신에 맥파(PPG, photo-plethysmography) 측정센서(12)를 사용하여 사용자의 생체리듬을 파악할 수 있고, 이들 두 센서(11, 12)를 모두 사용할 수 있다.
이처럼, 심전도 센서(11)와 PPG 센서(12)는 심전도나 맥파와 같은 인간의 생체 신호를 감지하여 출력하는 생체 신호 감지부이다.
또한, 주 제어부(22)는 온도 센서(13), 습도 센서(14) 및 조도 센서(15)에서 출력되어 아날로그 신호 처리부(21)를 거쳐 인가되는 주변 환경 상태에 관한 신호를 이용하여, 주변의 온도, 습도 및 주변의 밝기 상태와 같은 환경 상태를 판단한다.
이러한 생체 상태와 주변 환경 상태가 판단되면, 주 제어부(22)는 판정된 상태에 가장 적합한 상태로 LED 조명부(31)의 색상과 밝기와 같은 조명 상태를 제어한다.
또한, 온도 센서(13), 습도 센서(14) 및 조도 센서(15)는 주변 환경의 온도, 습도 및 밝기 상태를 감지하여 해당 상태의 신호를 출력하는 것으로서, 주변 환경을 감지하는 환경 감지부이다.
본 예와 달리, 환경 감지부는 온도 센서(13), 습도 센서(14) 및 조도 센서(15) 중 적어도 하나 사용할 수 있다.
이미 설명한 것처럼, 아날로그 신호 처리부(21)는 각 센서(11-15)에서 출력되는 아날로그 상태의 감지 신호에 포함되어 있는 노이즈를 제거하고 증폭하며, 디지털 상태로 변환하여 주 제어부(22)로 출력한다. 본 예와 달리, 아날로그 상태의 신호를 디지털 상태로 변환하는 기능은 주 제어부(22)에 구비될 수 있다.
LED 조명부(31)는 적어도 하나의 발광 다이오드로 이루어져 있고, 주 제어부(22)에서 출력되는 제어 신호에 따라 밝기 상태와 색상이 제어된다.
그리고 음원 조정부(32)는 주 제어부(22)의 제어에 의해 동작하며, 생체 상태와 주변 환경 상태에 적합한 음원을 외부로 제공한다. 이때, 음원의 세기 역시 생체 상태와 주변 환경 상태에 따라 주 제어부(22)에 의해 제어된다.
통신부(33)는 외부기기와의 통신을 위한 것으로서, 외부기기로부터의 명령을 수신한 후 주 제어부(22)로 전달하여, 외부로부터 인가되는 명령에 의해 LED 조명부(31)의 동작 상태가 제어되도록 한다. 또한, 주 제어부(22)는 통신부(33)를 통하여 외부기기로 LED 조명부(31)의 동작 상태를 전달한다.
도 3에 도시한 것처럼, 주 제어부(22)는 LED 조명부(31)에 전원이 들어와 동작이 시작되면(S10), ECG 센서(11)나 PPG 센서(12)에 손을 또는 손가락을 갖다 대면 조명장치(100)에서는 센서(11, 12)에 손이 접촉되었는지의 여부를 판단한다(S11, S12).
손이 해당 센서(11, 12)에 접촉이 제대로 되었으면 측정된 심전도 신호로부터 신체리듬을 측정하고, 주위 온도센서(13)와 습도센서(14), 조도센서(14)의 값으로부터 감지 신호를 판독하여, 생체 상태와 주변 환경 상태를 이용하여 감성 지수를 판정한다(S13).
다음, 판정된 감성 지수를 이용하여 LED 조명부(31)의 색상과 밝기를 산출하여 LED 조명부(31)를 구동한다(S14).
또한, 산출된 감성 지시를 이용하여 음원 조정부(32)를 제어하여 음원을 구동한다(S15).
그런 다음, 통신부(33)를 통해 외부에서의 통신 명령이 있을 경우(S16), 주 제어부(22)는 이를 기초로 하여 LED 조명부(31)를 제어하여 조명의 색상과 밝기가 조정되도록 한다.
도 4는 본 예에 따른 생체 신호 기반의 스마트 조명 장치가 설치된 예를 도시한 도면이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (4)

  1. 생체 신호를 감지하는 생체 신호 감지부,
    주변 환경을 감지하는 환경 감지부,
    상기 생체 신호 감지부와 상기 환경 감지부와 연결되어 있고, 상기 생체 신호 감지부에서 입력되는 신호를 이용하여 생체 상태를 판정하고 환경 감지부에서 입력되는 신호를 이용하여 주변 환경을 판정하고, 판정된 생체 상태와 주변 환경에 따라 감성 지수를 산출하는 주 제어부, 그리고
    상기 주 제어부와 연결되어 있고, 상기 주 제어부에서 출력되는 제어 신호에 따라 색상과 밝기가 제어되는 LED 조명부
    를 포함하고,
    상기 주 제어부는 판정된 감성 지수에 따라 상기 제어 신호의 상태를 제어하는
    생체 신호 기반의 스마트 조명 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 생체 신호 감지부는 심전도를 감지하는 심전도 센서나 맥파를 감지하는 맥파 측정 센서인 생체 신호 기반의 스마트 조명 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 환경 감지부는 온도 센서, 습도 센서 및 조도 센서 중 적어도 하나인 생체 신호 기반의 스마트 조명 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 주 제어부와 연결되어 있고 상기 감지 지수에 따른 제어 신호에 음원과 음원의 세기가 제어되는 음원 조정부를 더 포함하는 생체 신호 기반의 스마트 조명 장치.
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