KR20160095265A - 뇌파를 이용한 조명 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 뇌파를 이용하여 사용자의 상태에 따라 조명을 제어할 수 있는 조명 제어 장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 뇌파를 이용한 조명 제어 장치는 사용자의 뇌파를 수신하는 뇌파 수신부, 수신된 뇌파로부터 주파수에 따른 뇌파의 종류를 분류하여 추출하는 뇌파 분석부, 상기 추출된 뇌파의 변화를 이용하여 사용자의 수면 상태를 판단하는 상태 판단부, 및 사용자의 수면 또는 기상 상태에 따라 조명을 제어하는 조명 조절부를 포함한다.

Description

뇌파를 이용한 조명 제어 장치{LAMP CONTROL DEVICE USING BRAIN WAVE}

본 발명은 조명 제어 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 뇌파를 이용한 조명 제어 장치에 관한 것이다.

일반적으로 뇌파란, 인간의 의식 또는 무의식 상태를 직접 혹은 간접적으로 반영하는 생체신호를 말하며, 인간의 두피에 모든 영역에서 측정되고 수십 마이크로 볼트의 전위차로 주로 30Hz 이하의 주파수를 지닌 파장을 말한다.

이러한 뇌파는 주파수 대역별로 델타(delta)파, 세타(theta)파, 알파(alpha)파, 베타(beta)파, 감마(gamma)파로 분류된다. 델타파는 4Hz 이하의 주파수를 가진 뇌파로서 정상적인 수면상태에서 전형적으로 나타나며, 세타파는 4∼8Hz 정도의 주파수를 가진 뇌파로서 정신적으로 상태가 불안하거나 주위가 산만할 때 주로 나타나며 학습장애가 있는 청소년에게 종종 나타난다.

알파파는 8∼12Hz 정도의 주파수를 가진 뇌파로서 대체로 정신적인 상태가 안정적이며 눈을 감고 편안한 심리적 상태를 취하고 있을 때 뚜렷하게 나타난다. 또한 알파파는 주변의 상황에서 분리될 정도로 고도의 집중이 이루어진 경우 또는 명상으로 인하여 심리적인 안정이 이루어진 경우에도 발생한다. 감마파는 30~50Hz의 주파수를 갖는 뇌파를 말하며 흥분 상태에서 나타난다.

베타파는 12∼30Hz 정도의 주파수를 가진 뇌파를 지칭하며, 약간의 긴장상태나 일정 이상의 주의를 기울일 때 주로 나타난다. 베타파는 운동이나 학습, 또는 업무를 수행일 때 뇌 전체에서 광범위하게 나타난다. 베타파는 12∼15Hz의 주파수를 갖는 SMR파, 15∼18Hz의 주파수를 갖는 중간 베타파, 20Hz 이상의 주파수를 갖는 고 베타파로 구분된다. 베타파는 불안, 긴장 등의 스트레스를 받을 경우 더욱 강하게 나타나므로 스트레스파라고도 한다.

주의를 기울인 상태에서는 SMR파가 나타나며, 집중, 정상적인 활동을 할 때에는 좌측 뇌에서 15∼18Hz의 주파수를 갖는 중간 베타파가 나타나고 긴장과 불안이 계속될 때에는 20Hz 이상의 고베타파가 나타난다.

본 발명은 뇌파를 이용하여 사용자의 상태에 따라 조명을 제어할 수 있는 조명 제어 장치를 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따른 뇌파를 이용한 조명 제어 장치는 사용자의 뇌파를 수신하는 뇌파 수신부, 수신된 뇌파로부터 주파수에 따른 뇌파의 종류를 분류하여 추출하는 뇌파 분석부, 상기 추출된 뇌파의 변화를 이용하여 사용자의 수면 상태를 판단하는 상태 판단부, 및 사용자의 수면 또는 기상 상태에 따라 조명을 제어하는 조명 조절부를 포함한다.

여기서 상기 뇌파 수신부는 베개로 이루어질 수 있으며, 상기 뇌파 수신부는 모자 또는 안경으로 이루어질 수 있다.

상기 상태 판단부는 사용자가 수면 상태로 진입한 것을 판단하는 수면 판단 모듈과 사용자가 수면 상태에서 벗어난 것을 기상 판단 모듈을 포함할 수 있다.

상기 수면 판단 모듈은 SMR파와 중간 베타파의 세기가 감소하고, 세타파의 세기가 증가할 때 수면 상태인 것으로 판단할 수 있다.

상기 기상 판단 모듈은 SMR파와 중간 베타파의 세기가 증가하고, 세타파의 세기가 감소할 때 기상 상태인 것으로 판단할 수 있다.

상기 뇌파를 이용한 조명 제어 장치는 상기 추출된 뇌파의 변화 패턴을 기 저장된 패턴과 비교하여 패턴의 일치 여부를 판단하는 패턴 비교부를 더 포함할 수 있다.

상기 패턴 비교부는 전자기기와의 연결을 위한 페어링 패턴(pairing pattern)과 전자기기의 구동을 위한 구동 패턴이 저장된 패턴 저장 모듈을 포함할 수 있다.

상기 패턴 비교부는 뇌파의 변화가 페어링 패턴과 일치하는 것을 판단하는 페어링 판단 모듈을 포함할 수 있다.

상기 페어링 판단 모듈은 페어링 패턴의 발생 여부를 검색하는 페어링 패턴 검색 유닛과 페어링 패턴이 발생하였을 때 페어링 신호를 전자기기로 전송하여 전자기기가 구동 신호를 입력 받을 수 있도록 대기시키는 페어링 신호 생성 유닛을 포함할 수 있다.

상기 페어링 판단 모듈은 소리 또는 LED 램프를 이용하여 페어링이 실행 중임을 알리는 페어링 표시 유닛을 포함할 수 있다.

상기 패턴 비교부는 상기 패턴 저장 모듈에 저장된 구동 패턴과 수신된 뇌파 변화가 일치하는지 여부를 판단하는 구동패턴 판단 모듈을 포함할 수 있다.

상기 구동패턴 판단 모듈은 좌 두정엽에서 알파파의 세기가 증가하고 좌/우 전두엽에서 알파파의 세기가 낮아지는 패턴이 기 설정된 시간 내에 2회 이상 반복되는 경우 패턴이 일치하는 것으로 판단할 수 있다.

상기 구동패턴 판단 모듈은 SMR파와 중간 베타파의 증가가 기 설정된 기간 내에 2회 반복되는 경우 패턴이 일치하는 것으로 판단할 수 있다.

상기 조명 조절부는 수면 상태로 판단되면 조명을 소등하는 신호를 생성하는 소등신호 생성 모듈과 기상 상태로 판단되면 조명을 점등하는 점등신호 생성 모듈을 포함할 수 있다.

상기와 같이 본 발명에 따르면 뇌파의 변화에 따라 조명을 조절하여 보다 편안한 취침 환경을 형성할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 조명 제어 장치의 작동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 뇌파를 이용한 조명 제어 장치를 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 뇌파를 이용한 조명 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 뇌파를 이용한 조명 제어 장치를 도시한 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 뇌파를 이용한 조명 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 당업자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하여 상세하게 설명한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 조명 제어장치기 적용된 거실을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 뇌파를 이용한 조명 제어 장치를 도시한 구성도이다.

도 1은 본 발명에 따른 조명 제어 장치의 작동 원리를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 뇌파를 이용한 조명 제어 장치를 도시한 구성도이다.

도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 제1 실시예에 따른 뇌파를 이용한 조명 제어 장치(100)는 뇌파 수신부(110), 뇌파 분석부(120), 상태 판단부(130), 조명 조절부(140), 전송부(150)를 포함한다.

뇌파 수신부(110)는 다수의 전극을 사용자의 두피에 부착하여, 전극을 통해 사용자(10)의 뇌파를 수신한다. 예를 들면, 다수의 전극 중 그라운드 전극이 사용자의 두피 중앙에 배치되고, 그 양측으로 우뇌용 전극과 좌뇌용 전극이 동일한 개수로 사용자의 두피에 부착되어 사용자의 뇌파를 수신한다

뇌파 수신부(110)는 사용자의 머리에 부착되는 복수개의 전극을 포함한다. 뇌파 수신부(110)는 안경으로 이루어질 수 있으며, 모자(21) 또는 베개(25)로 이루어질 수 있다. 전극은 모자 또는 안경에 와이어를 매개로 부착될 수 있으며, 베게(25)에는 패드(26) 형태의 전극이 설치될 수 있다. 뇌파 수신부(110)가 베개(25)로 이루어지면 수면 중에 사용자의 뇌파를 용이하게 검출할 수 있다.

뇌파 분석부(120)는 수신된 뇌파로부터 주파수에 따른 뇌파의 종류를 분류하여 추출한다. 뇌파 분석부(120)는 수신된 뇌파로부터 알파파, SMR파, 중간 베타파, 고 베타파, 세타파, 및 감마파를 추출한다. 뇌파 분석부(120)는 증폭 모듈(121)과 필터 모듈(123), AD 변환 모듈(125)을 포함한다.

증폭 모듈(121)은 내부에 증폭기를 구비하고, 증폭기를 통해 뇌파 수신부(110)에서 수신한 수십 μV~ 수십 mV의 뇌파를 3 ~ 5V로 증폭시켜, 수신된 뇌파 분석을 용이하게 하도록 한다.

필터 모듈(123)은 다수의 아날로그 필터를 구비하여 증폭 모듈(121)에서 증폭된 뇌파에 포함된 각종 노이즈를 필터링한다. 이 때, 필터는 고대역통과필터(high pass filter), 대역통과필터(band pass filter), 대역저지필터(band stop filter), 저역통과필터(low pass filter)로 구성된다. 이러한 고대역통과필터는 DC전압, 호흡, 몸 움직임, 눈 깜빡임 등에 의한 노이즈를 1차적으로 제거하고, 대역통과필터는 측정하고자 하는 주파수 대역범위를 갖는 뇌파를 필터링한다. 대역저지필터는 50Hz 또는 60Hz의 전원공급에 따른 노이즈를 제거하고, 저역통과필터는 뇌파를 대역제한 시켜 왜곡현상을 방지하고, 뇌파 복원 시 발생하는 왜곡현상을 방지한다. AD 변환 모듈(125)은 필터 모듈(123)을 통해 추출한 아날로그 상태의 뇌파를 디지털화한다.

상태 판단부(130)는 상기 추출된 뇌파의 변화를 이용하여 사용자의 상태를 판단하는데, 수면 판단 모듈(131), 기상 판단 모듈(132)을 포함한다.

수면 판단 모듈(131)은 SMR파와 중간 베타파의 세기가 감소하고, 세타파의 세기가 증가할 때 수면 상태인 것으로 판단한다. 수면 판단 모듈(131)은 세타파가 5분동안 높은 상태를 유지하고, SMR파와 중간 베타파의 세기가 낮은 상태를 유지할 때, 수면 상태인 것으로 판단한다. 세타파와 SMR파와 중간 베타파의 세기는 배경 상태의 뇌파를 기준으로 설정될 수 있다.

기상 판단 모듈(132)은 SMR파와 중간 베타파의 세기가 증가하고, 세타파의 세기가 감소할 때 기상 상태인 것으로 판단한다. 기상 판단 모듈(132)은 세타파가 5분동안 낮은 상태를 유지하고, SMR파와 중간 베타파의 세기가 높은 상태를 유지할 때, 기상 상태인 것으로 판단한다. 세타파와 SMR파와 중간 베타파의 세기는 수면 상태의 뇌파를 기준으로 설정될 수 있다.

조명 조절부(140)는 사용자의 수면 또는 기상 상태에 따라 조명(40)을 제어하데, 소등신호 생성 모듈(141)과 점등신호 생성 모듈(142)을 포함한다. 소등신호 생성 모듈(142)은 수면 판단 모듈(131)에서 사용자가 수면 상태로 판단되면 조명(40)을 소등하는 신호를 생성하여 조명(40)을 소등시킨다. 또한, 점등신호 생성 모듈(142)은 기상 판단 모듈(131)에서 사용자가 기상 상태로 판단되면 조명(40)을 점등하는 신호를 생성하여 조명(40)을 점등한다.

전송부(150)는 무선 통신 방식으로 스마트 기기(30)로 사용자의 상태에 대한 정보를 전송한다. 전송부(150)는 블루투스, 와이파이 등의 방식으로 정보를 전송할 수 있으며, 가정에 설치된 유무선 공유기 등의 통신 장치를 이용하여 외부의 스마트 기기(30)로 정보를 전송할 수도 있다. 이에 따라 사용자의 부모는 사용자가 어떠한 상태인지를 용이하게 파악할 수 있다. 스마트 기기(30)는 스마트 폰, 태블릿 PC 등으로 이루어질 수 있다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 뇌파를 이용한 조명 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 1 및 도 3을 참조하여 설명하면, 본 제1 실시예에 따른 뇌파를 이용한 조명 제어 방법은 뇌파 수신 단계(S101), 뇌파 분석 단계(S102), 상태 판단 단계(S103), 조명 조절 단계(S104), 및 전송 단계(S105)를 포함한다.

뇌파 수신 단계(S101)는 뇌파 수신부(110)에 의하여 이루어지며 다수의 전극을 사용자의 두피에 부착하여, 상기 전극을 통해 상기 사용자의 뇌파를 수신한다. 예를 들면, 다수의 전극 중 그라운드 전극이 사용자의 두피 중앙에 배치되고, 그 양측으로 우뇌용 전극과 좌뇌용 전극이 동일한 개수로 사용자의 두피에 부착되어 사용자의 뇌파를 수신한다. 이 때, 뇌파 수신 단계(S101)는 사용자의 전두엽영역에 대한 뇌파 또는 전두엽을 제외한 영역에 대한 뇌파 등을 선택하여 수신할 수 있다.

뇌파 분석 단계(S102)는 수신된 뇌파로부터 주파수에 따른 뇌파의 종류를 분류하여 추출한다. 뇌파 분석 단계(S102)는 수신된 뇌파로부터 알파파, SMR파, 중간 베타파, 고 베타파, 세타파, 및 감마파를 추출한다. 뇌파 분석 단계(S102)는 증폭 단계, 필터링 단계, 및 AD 변환 단계를 포함한다.

증폭 단계는 증폭 모듈(121)에 의하여 이루어지며 증폭기를 이용하여 뇌파 수신부(110)에서 수신한 수십 μV~ 수십 mV의 뇌파를 3 ~ 5V로 증폭시킨다.

필터링 단계는 필터 모듈(123)에 의하여 이루어지며 다수의 아날로그 필터를 이용하여 증폭된 뇌파에 포함된 각종 노이즈를 필터링한다. 이 때, 필터는 고대역통과필터(high pass filter), 대역통과필터(band pass filter), 대역저지필터(band stop filter), 저역통과필터(low pass filter)로 이루어질 수 있다. 이러한 필터링 단계(S103)는 고대역통과필터를 이용하여 DC전압, 호흡, 몸 움직임, 눈 깜빡임 등에 의한 노이즈를 1차적으로 제거하는 고대역 필터링 단계와 대역통과필터를 이용하여 측정하고자 하는 주파수 대역범위를 갖는 뇌파를 필터링하는 밴드 패스 필터링 단계를 포함한다.

필터링 단계는 대역저지필터를 이용하여 50Hz 또는 60Hz의 전원공급에 따른 노이즈를 제거하는 대역저지 필터링 단계와 저역통과필터를 이용하여 뇌파를 대역제한 시켜 왜곡현상을 방지하고, 뇌파 복원 시 발생하는 왜곡현상을 방지하는 저역통과 필터링 단계를 더 포함한다.

또한 필터링 단계는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD 변환 단계를 더 포함할 수 있는데, AD 변환 단계는 AD 변환 모듈(125)을 이용하여 아날로그 상태의 뇌파를 디지털화 한다.

상태 판단 단계(S103)는 추출된 뇌파의 변화를 이용하여 사용자의 상태를 판단하는데, 수면 판단 단계와 기상 판단 단계를 포함한다.

수면 판단 단계는 수면 판단 모듈(131)에 의하여 수행되며 SMR파와 중간 베타파의 세기가 감소하고, 세타파의 세기가 증가할 때 수면 상태인 것으로 판단한다. 수면 판단 단계는 세타파가 5분동안 높은 상태를 유지하고, SMR파와 중간 베타파의 세기가 낮은 상태를 유지할 때, 수면 상태인 것으로 판단한다. 세타파와 SMR파와 중간 베타파의 세기는 배경 상태의 뇌파를 기준으로 설정될 수 있다.

기상 판단 단계는 기상 판단 모듈(132)에 의하여 수행되며 SMR파와 중간 베타파의 세기가 증가하고, 세타파의 세기가 감소할 때 기상 상태인 것으로 판단한다. 기상 판단 단계는 세타파가 5분동안 낮은 상태를 유지하고, SMR파와 중간 베타파의 세기가 높은 상태를 유지할 때, 기상 상태인 것으로 판단한다. 세타파와 SMR파와 중간 베타파의 세기는 수면 상태의 뇌파를 기준으로 설정될 수 있다.

조명 조절 단계(S104)는 조명 조절부(140)를 이용하여 사용자의 수면 또는 기상 상태에 따라 조명(40)을 제어하데, 소등신호 생성 단계와 점등신호 생성 단계를 포함한다. 소등신호 생성 단계는 수 사용자가 수면 상태로 판단되면 조명(40)을 소등하는 신호를 생성하여 조명(40)을 소등시킨다. 또한, 점등신호 생성 단계는 사용자가 기상 상태로 판단되면 조명(40)을 점등하는 신호를 생성하여 조명(40)을 점등한다.

전송 단계(S105)는 전송부(150)를 이용하여 무선 통신 방식으로 스마트 기기(30)로 사용자의 상태에 대한 정보를 전송한다. 전송 단계(S105)는 블루투스, 와이파이 등의 방식으로 정보를 전송할 수 있으며, 가정에 설치된 유무선 공유기 등의 통신 장치를 이용하여 외부의 스마트 기기(30)로 정보를 전송할 수도 있다. 이에 따라 사용자의 부모는 사용자가 어떠한 상태인지를 용이하게 파악할 수 있다. 스마트 기기(30)는 스마트 폰, 태블릿 PC 등으로 이루어질 수 있다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 뇌파를 이용한 조명 제어 장치를 도시한 구성도이다.

도 4를 참조하여 설명하면, 본 제2 실시예에 따른 뇌파를 이용한 조명 제어 장치(200)는 뇌파 수신부(210), 뇌파 분석부(220), 상태 판단부(230), 조명 조절부(240), 전송부(250), 패턴 비교부(260)를 포함한다.

뇌파 수신부(210)는 다수의 전극을 사용자의 두피에 부착하여, 전극을 통해 사용자(10)의 뇌파를 수신한다. 예를 들면, 다수의 전극 중 그라운드 전극이 사용자의 두피 중앙에 배치되고, 그 양측으로 우뇌용 전극과 좌뇌용 전극이 동일한 개수로 사용자의 두피에 부착되어 사용자의 뇌파를 수신한다

뇌파 수신부(210)는 사용자의 머리에 부착되는 복수개의 전극을 포함한다. 뇌파 수신부(210)는 안경으로 이루어질 수 있으며, 모자(21) 또는 베개(25)로 이루어질 수 있다. 전극은 모자 또는 안경에 와이어를 매개로 부착될 수 있으며, 베게(25)에는 패드(26) 형태의 전극이 설치될 수 있다. 뇌파 수신부(210)가 베개(25)로 이루어지면 수면 중에 사용자의 뇌파를 용이하게 검출할 수 있다.

뇌파 분석부(220)는 수신된 뇌파로부터 주파수에 따른 뇌파의 종류를 분류하여 추출한다. 뇌파 분석부(220)는 수신된 뇌파로부터 알파파, SMR파, 중간 베타파, 고 베타파, 세타파, 및 감마파를 추출한다. 뇌파 분석부(220)는 증폭 모듈(221)과 필터 모듈(223), AD 변환 모듈(225)을 포함한다.

증폭 모듈(221)은 내부에 증폭기를 구비하고, 증폭기를 통해 뇌파 수신부(210)에서 수신한 수십 μV~ 수십 mV의 뇌파를 3 ~ 5V로 증폭시켜, 수신된 뇌파 분석을 용이하게 하도록 한다.

필터 모듈(223)은 다수의 아날로그 필터를 구비하여 증폭 모듈(221)에서 증폭된 뇌파에 포함된 각종 노이즈를 필터링한다. 이 때, 필터는 고대역통과필터(high pass filter), 대역통과필터(band pass filter), 대역저지필터(band stop filter), 저역통과필터(low pass filter)로 구성된다. 이러한 고대역통과필터는 DC전압, 호흡, 몸 움직임, 눈 깜빡임 등에 의한 노이즈를 1차적으로 제거하고, 대역통과필터는 측정하고자 하는 주파수 대역범위를 갖는 뇌파를 필터링한다. 대역저지필터는 50Hz 또는 60Hz의 전원공급에 따른 노이즈를 제거하고, 저역통과필터는 뇌파를 대역제한 시켜 왜곡현상을 방지하고, 뇌파 복원 시 발생하는 왜곡현상을 방지한다. AD 변환 모듈(225)은 필터 모듈(223)을 통해 추출한 아날로그 상태의 뇌파를 디지털화한다.

상태 판단부(230)는 상기 추출된 뇌파의 변화를 이용하여 사용자의 상태를 판단하는데, 수면 판단 모듈(231), 기상 판단 모듈(232)을 포함한다.

수면 판단 모듈(231)은 SMR파와 중간 베타파의 세기가 감소하고, 세타파의 세기가 증가할 때 수면 상태인 것으로 판단한다. 수면 판단 모듈(231)은 세타파가 5분동안 높은 상태를 유지하고, SMR파와 중간 베타파의 세기가 낮은 상태를 유지할 때, 수면 상태인 것으로 판단한다. 세타파와 SMR파와 중간 베타파의 세기는 배경 상태의 뇌파를 기준으로 설정될 수 있다.

기상 판단 모듈(232)은 SMR파와 중간 베타파의 세기가 증가하고, 세타파의 세기가 감소할 때 기상 상태인 것으로 판단한다. 기상 판단 모듈(232)은 세타파가 5분동안 낮은 상태를 유지하고, SMR파와 중간 베타파의 세기가 높은 상태를 유지할 때, 기상 상태인 것으로 판단한다. 세타파와 SMR파와 중간 베타파의 세기는 수면 상태의 뇌파를 기준으로 설정될 수 있다.

패턴 비교부(260)는 수신된 뇌파에서 뇌파의 변화 패턴을 인식하고 저장된 패턴과 비교하여 일치하는 패턴이 존재하는지 여부를 판단한다. 패턴 비교부(260)는 패턴 저장 모듈(261)과 페어링 판단 모듈(263, 구동패턴 판단 모듈(265)을 포함한다.

패턴 저장 모듈(261)은 기 설정된 뇌파 변화 패턴을 저장하는데 패턴 저장 모듈에는 전자기기와의 연결을 위한 페어링 패턴(pairing pattern)과 전자기기의 구동을 위한 구동 패턴이 저장된다. 뇌파 변화 패턴은 알파파의 변화 패턴, SMR파의 변화 패턴, 중간 베타파의 변화 패턴, 고 베타파의 변화 패턴, 세타파의 변화 패턴, 감마파의 변화 패턴 및 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.

예를 들어서, 1부터 10까지 머리속으로 숫자를 세는 경우와, 머리 속으로 애국가를 부르는 경우에는 서로 다른 뇌파가 발생하는데 이러한 뇌파의 변화 패턴이 패턴 저장 모듈(261)에 저장된다. 또한 눈을 감을 때 변화하는 뇌파의 패턴이나 문자나 그림을 인식할 때 변화하는 뇌파의 패턴이 패턴 저장 모듈에 저장된다. 패턴은 기 설정된 시간 동안 동일 한 패턴이 적어도 2회 이상 반복되는 것으로 설정되며, 시간은 1초, 에서 1분까지 다양한 범위로 설정될 수 있다.

페어링 판단 모듈(263)은 추출된 뇌파의 변화가 페어링 패턴과 일치하는 것을 판단하여 페어링 신호를 발생시키며, 페어링패턴 검색 유닛, 페어링신호 생성 유닛, 및 페어링 표시 유닛을 포함한다. 페어링패턴 검색 유닛(263)은 패턴 저장 모듈(261)에 페어링 패턴으로 저장된 뇌파 패턴과 일치하는 뇌파의 발생 여부를 검색하는데, 페어링 패턴은 한곳을 집중적으로 주시하는 동작 시에 발생하는 뇌파 패턴으로 이루어질 수 있다.

사용자가 조명 등을 계속 주시할 때 뇌파의 변화가 발생하는데 페어링패턴 검색 유닛은 이러한 뇌파의 변화를 탐지한다. 한곳을 집중하여 주시하면 SMR파와 중간 베타파의 세기가 증가하고 세타파의 세기가 감소하는데, 이러한 뇌파의 변화가 나타나면 페어링패턴 검색 유닛은 패어링 패턴이 존재하는 것으로 판단한다.

페어링신호 생성 유닛은 페어링 신호를 전자기기로 전송하여 전자기기가 구동 신호를 입력 받을 수 있도록 대기 상태로 전환한다. 페어링 표시 유닛은 소리 또는 LED 램프를 이용하여 페어링이 실행 중임을 알린다. 이에 사용자는 자신의 의도에 따라 기기가 구동될 수 있음을 확인하고 뇌파의 발생을 위한 생각이나 동작을 취할 수 있다.

구동패턴 판단 모듈(265)은 패턴저장 모듈(261)에 저장된 구동 패턴과 수신된 뇌파의 변화가 일치하는지 여부를 판단한다.

구동패턴 판단 모듈(265)은 알파파의 증가와 감소가 기절 설정된 기간 내에 2회 이상 반복되는 경우 패턴이 일치하는 것으로 판단한다. 사용자가 3초 간격으로 눈을 감고 뜨는 동작을 반복할 경우, 폐안 시에는 알파파가 증가하고 폐안 시에는 알파파가 감소하는데, 이러한 알파파의 증감 패턴이 패턴 저장 모듈(261)에 저장되고, 구동패턴 판단 모듈(265)은 이러한 패턴의 일치 여부를 판단할 수 있다.

구동패턴 판단 모듈(265)은 알파파의 활성도 변화를 판단 함에 있어, 좌 두정엽의 활성이 높아지고 좌/우 전두엽의 활성이 낮아지는 패턴이 기 설정된 시간 내에 적어도 2회 이상 반복되는 경우 패턴이 일치하는 것으로 판단할 수 있다. 문자를 읽거나 문자를 머리속으로 생각하는 경우, 좌 두정엽의 활성이 높아지고 좌/우 전두엽의 활성이 매우 낮아지는데 이러한 알파파의 증감 패턴이 패턴 저장 모듈(261)에 저장되고, 구동패턴 판단 모듈(265)은 이러한 패턴의 일치 여부를 판단할 수 있다.

또한, 구동패턴 판단 모듈(265)은 SMR파와 중간 베타파의 증가가 기 설정된 기간 내에 2회 이상 반복되는 경우 패턴이 일치하는 것으로 판단할 수 있다. 사용자가 그림 또는 문자를 인식하는 경우에는 SMR파와 중간 베타파가 증가하는데 패턴 판단 모듈(262)은 이러한 패턴의 일치 여부를 판단할 수 있다.

조명 조절부(240)는 사용자의 수면 또는 기상 상태에 따라 조명(40)을 제어하데, 소등신호 생성 모듈(241)과 점등신호 생성 모듈(242)을 포함한다. 소등신호 생성 모듈(242)은 수면 판단 모듈(231)에서 사용자가 수면 상태로 판단되면 조명(40)을 소등하는 신호를 생성하여 조명(40)을 소등시킨다. 또한, 점등신호 생성 모듈(242)은 기상 판단 모듈(231)에서 사용자가 기상 상태로 판단되면 조명(40)을 점등하는 신호를 생성하여 조명(40)을 점등한다.

또한, 소등신호 생성 모듈(241)은 구동패턴 판단 모듈(265)에서 사용자가 소등시킬 의사가 있는 것으로 판단될 때 소등신호를 생성하며, 점등신호 생성 모듈(242)은 구동패턴 판단 모듈(265)에서 사용자가 점등시킬 의사가 있는 것으로 판단될 때 조명을 점등신호를 생성한다.

전송부(250)는 무선 통신 방식으로 스마트 기기(30)로 사용자의 상태에 대한 정보를 전송한다. 전송부(250)는 블루투스, 와이파이 등의 방식으로 정보를 전송할 수 있으며, 가정에 설치된 유무선 공유기 등의 통신 장치를 이용하여 외부의 스마트 기기(30)로 정보를 전송할 수도 있다. 이에 따라 사용자의 부모는 사용자가 어떠한 상태인지를 용이하게 파악할 수 있다. 스마트 기기(30)는 스마트 폰, 태블릿 PC 등으로 이루어질 수 있다.

도 5은 본 발명의 제2 실시예에 따른 뇌파를 이용한 조명 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 5를 참조하여 설명하면, 본 제1 실시예에 따른 뇌파를 이용한 조명 제어 방법은 뇌파 수신 단계(S201), 뇌파 분석 단계(S202), 상태 판단 단계(S203), 페어링 판단 단계(S204), 구동 판단 단계(S205), 조명 조절 단계(S206), 및 전송 단계(S207)를 포함한다.

뇌파 수신 단계(S201)는 뇌파 수신부(210)에 의하여 이루어지며 다수의 전극을 사용자의 두피에 부착하여, 상기 전극을 통해 상기 사용자의 뇌파를 수신한다. 예를 들면, 다수의 전극 중 그라운드 전극이 사용자의 두피 중앙에 배치되고, 그 양측으로 우뇌용 전극과 좌뇌용 전극이 동일한 개수로 사용자의 두피에 부착되어 사용자의 뇌파를 수신한다. 이 때, 뇌파 수신 단계(S201)는 사용자의 전두엽영역에 대한 뇌파 또는 전두엽을 제외한 영역에 대한 뇌파 등을 선택하여 수신할 수 있다.

뇌파 분석 단계(S202)는 수신된 뇌파로부터 주파수에 따른 뇌파의 종류를 분류하여 추출한다. 뇌파 분석 단계(S202)는 수신된 뇌파로부터 알파파, SMR파, 중간 베타파, 고 베타파, 세타파, 및 감마파를 추출한다. 뇌파 분석 단계(S202)는 증폭 단계, 필터링 단계, 및 AD 변환 단계를 포함한다.

증폭 단계는 증폭 모듈(221)에 의하여 이루어지며 증폭기를 이용하여 뇌파 수신부(210)에서 수신한 수십 μV~ 수십 mV의 뇌파를 3 ~ 5V로 증폭시킨다.

필터링 단계는 필터 모듈(223)에 의하여 이루어지며 다수의 아날로그 필터를 이용하여 증폭된 뇌파에 포함된 각종 노이즈를 필터링한다. 이 때, 필터는 고대역통과필터(high pass filter), 대역통과필터(band pass filter), 대역저지필터(band stop filter), 저역통과필터(low pass filter)로 이루어질 수 있다. 이러한 필터링 단계(S203)는 고대역통과필터를 이용하여 DC전압, 호흡, 몸 움직임, 눈 깜빡임 등에 의한 노이즈를 1차적으로 제거하는 고대역 필터링 단계와 대역통과필터를 이용하여 측정하고자 하는 주파수 대역범위를 갖는 뇌파를 필터링하는 밴드 패스 필터링 단계를 포함한다.

필터링 단계는 대역저지필터를 이용하여 50Hz 또는 60Hz의 전원공급에 따른 노이즈를 제거하는 대역저지 필터링 단계와 저역통과필터를 이용하여 뇌파를 대역제한 시켜 왜곡현상을 방지하고, 뇌파 복원 시 발생하는 왜곡현상을 방지하는 저역통과 필터링 단계를 더 포함한다.

또한 필터링 단계는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD 변환 단계를 더 포함할 수 있는데, AD 변환 단계는 AD 변환 모듈(225)을 이용하여 아날로그 상태의 뇌파를 디지털화 한다.

상태 판단 단계(S203)는 추출된 뇌파의 변화를 이용하여 사용자의 상태를 판단하는데, 수면 판단 단계와 기상 판단 단계를 포함한다.

수면 판단 단계는 수면 판단 모듈(231)에 의하여 수행되며 SMR파와 중간 베타파의 세기가 감소하고, 세타파의 세기가 증가할 때 수면 상태인 것으로 판단한다. 수면 판단 단계는 세타파가 5분동안 높은 상태를 유지하고, SMR파와 중간 베타파의 세기가 낮은 상태를 유지할 때, 수면 상태인 것으로 판단한다. 세타파와 SMR파와 중간 베타파의 세기는 배경 상태의 뇌파를 기준으로 설정될 수 있다.

기상 판단 단계는 기상 판단 모듈(232)에 의하여 수행되며 SMR파와 중간 베타파의 세기가 증가하고, 세타파의 세기가 감소할 때 기상 상태인 것으로 판단한다. 기상 판단 단계는 세타파가 5분동안 낮은 상태를 유지하고, SMR파와 중간 베타파의 세기가 높은 상태를 유지할 때, 기상 상태인 것으로 판단한다. 세타파와 SMR파와 중간 베타파의 세기는 수면 상태의 뇌파를 기준으로 설정될 수 있다.

페어링 판단 단계(S204)는 페어링 판단 모듈(263)에 의하여 이루어지며 페어링패턴 검색 단계, 페어링 신호 생성 단계, 및 페어링 표시 단계를 포함한다.

페어링패턴 검색 단계는 페어링패턴의 발생 여부를 검색하는데, 패턴 저장 모듈(261)에 페어링패턴으로 저장된 뇌파 패턴과 일치하는 뇌파의 발생 여부를 검색한다.

페어링 패턴은 한곳을 집중적으로 주시하는 동작 시에 발생하는 뇌파 패턴으로 이루어질 수 있다. 즉, 사용자가 조명을 계속 주시할 때 뇌파의 변화가 발생하는데 페어링패턴 검색 단계는 이러한 뇌파의 변화를 탐지한다. 한곳을 집중하여 주시하면 SMR파와 중간 베타파의 세기가 증가하고 세타파의 세기가 감소하는데, 이러한 뇌파의 변화가 나타나면 페어링패턴 검색 단계는 패어링 패턴이 존재하는 것으로 판단한다.

페어링 신호 생성 단계는 페어링 신호를 전자기기로 전송하여 전자기기가 구동 신호를 입력 받을 수 있도록 대기 상태로 전환한다. 페어링 표시 단계는 소리 또는 LED 램프를 이용하여 페어링이 실행 중임을 알린다.

구동패턴 판단 단계(S205)는 구동패턴 판단 모듈(265)에 의하여 이루어지며 패턴저장 모듈(261)에 저장된 구동 패턴과 수신된 뇌파의 변화가 일치하는지 여부를 판단한다. 구동패턴 판단 단계(S205)는 알파파의 활성도 변화를 판단 함에 있어, 좌 두정엽에서 알파파의 세기가 증가하고 좌/우 전두엽에서 알파파의 세기가 낮아지는 패턴이 기 설정된 시간 내에 2회 이상 반복되는 경우 패턴이 일치하는 것으로 판단할 수 있다. 문자를 읽거나 문자를 머리속으로 생각하는 경우, 좌 두정엽의 활성이 높아지고 좌/우 전두엽의 활성이 매우 낮아지는데 이러한 알파파의 증감 패턴이 패턴 저장 모듈(261)에 저장되고, 구동패턴 판단 단계(S205)는 이러한 패턴의 일치 여부를 판단할 수 있다.

구동패턴 판단 단계(S205)는 SMR파와 중간 베타파의 증가가 기 설정된 기간 내에 2회 이상 반복되는 경우 패턴이 일치하는 것으로 판단할 수 있다. 사용자가 그림 또는 문자를 인식하는 경우에는 SMR파와 중간 베타파가 증가하는데 구동패턴 판단 단계(S205)는 이러한 패턴의 일치 여부를 판단할 수 있다.

조명 조절 단계(S206)는 조명 조절부(240)를 이용하여 사용자의 수면 또는 기상 상태에 따라 조명(40)을 제어하데, 소등신호 생성 단계와 점등신호 생성 단계를 포함한다. 소등신호 생성 단계는 수 사용자가 수면 상태로 판단되면 조명(40)을 소등하는 신호를 생성하여 조명(40)을 소등시킨다. 또한, 점등신호 생성 단계는 사용자가 기상 상태로 판단되면 조명(40)을 점등하는 신호를 생성하여 조명(40)을 점등한다.

전송 단계(S207)는 전송부(250)를 이용하여 무선 통신 방식으로 스마트 기기(30)로 사용자의 상태에 대한 정보를 전송한다. 전송 단계(S207)는 블루투스, 와이파이 등의 방식으로 정보를 전송할 수 있으며, 가정에 설치된 유무선 공유기 등의 통신 장치를 이용하여 외부의 스마트 기기(30)로 정보를 전송할 수도 있다. 이에 따라 사용자의 부모는 사용자가 어떠한 상태인지를 용이하게 파악할 수 있다. 스마트 기기(30)는 스마트 폰, 태블릿 PC 등으로 이루어질 수 있다.

이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

100, 200: 조명 제어 장치
110, 210: 뇌파 수신부
120, 220: 뇌파 분석부
121, 221: 증폭 모듈
123, 223: 필터 모듈
125, 225: AD 변환 모듈
130, 230: 상태 판단부
131, 231: 활동 판단 모듈
132, 232: 학습 판단 모듈
135, 235: 수면 판단 모듈
140, 240: 조명 조절부
141, 241: 신호 생성 모듈
142, 242: 조명 조절 모듈
143, 243: 음향 조절 모듈
144, 244: 온도 조절 모듈
150, 250: 전송부
245: 습도 조절 모듈
246: 향기 조절 모듈
260: 뇌파 전달부
261: 뇌파신호 생성 모듈
262: 근적외선 발생 모듈
263: 근적외선 조사 모듈

Claims (15)

1. 사용자의 뇌파를 수신하는 뇌파 수신부;
   수신된 뇌파로부터 주파수에 따른 뇌파의 종류를 분류하여 추출하는 뇌파 분석부;
   상기 추출된 뇌파의 변화를 이용하여 사용자의 수면 상태를 판단하는 상태 판단부; 및
   사용자의 수면 또는 기상 상태에 따라 조명을 제어하는 조명 조절부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌파를 이용한 조명 제어 장치.
   
2. 제1 항에 있어서,
   상기 뇌파 수신부는 베개로 이루어진 것을 특징으로 하는 뇌파를 이용한 조명 제어 장치.
   
3. 제1 항에 있어서,
   상기 뇌파 수신부는 모자 또는 안경으로 이루어진 것을 특징으로 하는 뇌파를 이용한 조명 제어 장치.
   
4. 제1 항에 있어서,
   상기 상태 판단부는 사용자가 수면 상태로 진입한 것을 판단하는 수면 판단 모듈과 사용자가 수면 상태에서 벗어난 것을 기상 판단 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌파를 이용한 조명 제어 장치.
   
5. 제4 항에 있어서,
   상기 수면 판단 모듈은 SMR파와 중간 베타파의 세기가 감소하고, 세타파의 세기가 증가할 때 수면 상태인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 뇌파를 이용한 조명 제어 장치.
   
6. 제4 항에 있어서,
   상기 기상 판단 모듈은 SMR파와 중간 베타파의 세기가 증가하고, 세타파의 세기가 감소할 때 기상 상태인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 뇌파를 이용한 조명 제어 장치.
   
7. 제1 항에 있어서,
   상기 뇌파를 이용한 조명 제어 장치는 상기 추출된 뇌파의 변화 패턴을 기 저장된 패턴과 비교하여 패턴의 일치 여부를 판단하는 패턴 비교부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌파를 이용한 조명 제어 장치.
   
8. 제7 항에 있어서,
   상기 패턴 비교부는 전자기기와의 연결을 위한 페어링 패턴(pairing pattern)과 전자기기의 구동을 위한 구동 패턴이 저장된 패턴 저장 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌파를 이용한 조명 제어 장치.
   
9. 제8 항에 있어서,
   상기 패턴 비교부는 뇌파의 변화가 페어링 패턴과 일치하는 것을 판단하는 페어링 판단 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌파를 이용한 조명 제어 장치.
   
10. 제9 항에 있어서,
    상기 페어링 판단 모듈은 페어링 패턴의 발생 여부를 검색하는 페어링 패턴 검색 유닛과 페어링 패턴이 발생하였을 때 페어링 신호를 전자기기로 전송하여 전자기기가 구동 신호를 입력 받을 수 있도록 대기시키는 페어링 신호 생성 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌파를 이용한 조명 제어 장치.
    
11. 제10 항에 있어서,
    상기 페어링 판단 모듈은 소리 또는 LED 램프를 이용하여 페어링이 실행 중임을 알리는 페어링 표시 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌파를 이용한 조명 제어 장치.
    
12. 제7 항에 있어서,
    상기 패턴 비교부는 상기 패턴 저장 모듈에 저장된 구동 패턴과 수신된 뇌파 변화가 일치하는지 여부를 판단하는 구동패턴 판단 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌파를 이용한 조명 제어 장치.
    
13. 제12 항에 있어서,
    상기 구동패턴 판단 모듈은 좌 두정엽에서 알파파의 세기가 증가하고 좌/우 전두엽에서 알파파의 세기가 낮아지는 패턴이 기 설정된 시간 내에 2회 이상 반복되는 경우 패턴이 일치하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 뇌파를 이용한 조명 제어 장치.
    
14. 제12 항에 있어서,
    상기 구동패턴 판단 모듈은 SMR파와 중간 베타파의 증가가 기 설정된 기간 내에 2회 반복되는 경우 패턴이 일치하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 뇌파를 이용한 조명 제어 장치.
    
15. 제1 항에 있어서,
    상기 조명 조절부는 수면 상태로 판단되면 조명을 소등하는 신호를 생성하는 소등신호 생성 모듈과 기상 상태로 판단되면 조명을 점등하는 점등신호 생성 모듈을 포함하는 뇌파를 이용한 조명 제어 장치.
    
    

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