KR20230112287A - 생체신호를 측정하여 사용자의 상태를 판단할 수 있는 이어폰 - Google Patents

생체신호를 측정하여 사용자의 상태를 판단할 수 있는 이어폰 Download PDF

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Abstract

본 발명은 생체신호를 측정하여 사용자의 상태를 판단할 수 있는 이어폰에 관한 것으로서, 귀에 착용될 수 있도록 형성되며 소리를 출력할 수 있도록 형성되는 이어폰과, 상기 이어폰에 형성되며 상기 이어폰이 상기 귀에 착용될 때 상기 귀와 분리되지 않도록 상기 귀에 걸어 사용할 수 있도록 형성되는 고정부와, 상기 고정부에 형성되며 상기 귀에 밀착되어 상기 이어폰을 착용한 사용자의 생체정보를 수집할 수 있도록 형성되는 측정부와, 상기 이어폰과 연결되어 음원 데이터를 전송하거나 상기 이어폰으로부터 측정된 생체정보를 수신받아 정보를 표기하는 단말기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

생체신호를 측정하여 사용자의 상태를 판단할 수 있는 이어폰{Earphones to diagnosis the user's condition by measuring bio-signals}
본 발명은 생체신호를 측정하여 사용자의 상태를 판단할 수 있는 이어폰에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이어폰을 귀에 착용하는 것만으로 사용자의 건강상태나 질환 발생 유무를 판단할 수 있는 생체신호를 측정하여 사용자의 상태를 판단할 수 있는 이어폰에 관한 것이다.
최근 지속적으로 웨어러블 전자기기에 대한 관심이 높아지고 있으며, 이에 맞추어 웨어러블 전자기기를 구현하기 위한 요소기술들의 개발이 지속적으로 이루어지고 있다.
웨어러블 전자기기를 활용하고자 하는 산업분야는 다양한데, 웨어러블 전자기기를 활용하여 사용자의 건강상태를 지속적으로 모니터링하기 위한 용도로 웨어러블 전자기기를 활용하고자 하는 분야도 이에 속한다.
지금까지 개발되고 있는 생체신호를 모니터링하기 위한 웨어러블 전자기기는 밴드 또는 시계형태로 구성되어 사용자의 신체에 착용되는 형태로 구현되고 있는데, 이러한 형태의 웨어러블 전자기기는 센싱된 생체신호의 측정값을 외부서버 혹은 외부 모니터링 디바이스로 전송하여 측정값을 사용자가 확인하도록 형성되어 있다.
이러한 손목밴드 형태의 웨어러블 전자기기는 손목에 착용해야 하므로 부피가 커 보관하기 어렵고 무게로 인해 착용감이 좋지 않으며, 오랜 시간동안 착용된 상태로 유지하고 있어야 한다는 문제점이 있었다.
특히 사계절이 뚜렷한 한국의 경우 여름에 손목밴드로 인해 손목에 땀이 차면서 습진이 발생되고, 겨울에는 손목밴드가 외기로 인해 냉각되면서 손목에 열을 빼앗아 착용감이 불편하다는 문제점이 있었다.
한국특허 공개번호 제10-2016-0078709호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 이어폰을 착용하면 사용자의 생체신호를 자동으로 측정하여 건강정보를 안내할 수 있는 생체신호를 측정하여 사용자의 상태를 판단할 수 있는 이어폰을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 부피가 가벼워 착용감이 뛰어나고 귀에 착용된 상태에서 생체신호를 측정할 수 있어 사용자의 활동에 영향을 미치지 않는 생체신호를 측정하여 사용자의 상태를 판단할 수 있는 이어폰을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 다양한 생체신호를 이용하여 사용자의 건강상태 및 정보를 실시간으로 측정하고 이를 시각화하여 사용자가 확인할 수 있도록 하는 생체신호를 측정하여 사용자의 상태를 판단할 수 있는 이어폰을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 생체신호를 측정하여 사용자의 상태를 판단할 수 있는 이어폰은 귀에 착용될 수 있도록 형성되며 소리를 출력할 수 있도록 형성되는 이어폰과, 상기 이어폰에 형성되며 상기 이어폰이 상기 귀에 착용될 때 상기 귀와 분리되지 않도록 상기 귀에 걸어 사용할 수 있도록 형성되는 고정부와, 상기 고정부에 형성되며 상기 귀에 밀착되어 상기 이어폰을 착용한 사용자의 생체정보를 수집할 수 있도록 형성되는 측정부와, 상기 이어폰과 연결되어 음원 데이터를 전송하거나 상기 이어폰으로부터 측정된 생체정보를 수신받아 정보를 표기하는 단말기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 생체신호를 측정하여 사용자의 상태를 판단할 수 있는 이어폰의 상기 측정부는 상기 고정부에 의해 귓불에 밀착되어 혈관에 LED광원을 조사하고 반사된 신호를 기반으로 심박수를 측정하는 PPG센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 생체신호를 측정하여 사용자의 상태를 판단할 수 있는 이어폰의 상기 측정부는 심박수, 산소포화도, 심전도, 생체임피던스, 혈압 중 어느 하나 이상의 생체정보를 측정할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 생체신호를 측정하여 사용자의 상태를 판단할 수 있는 이어폰의 상기 고정부는 귓볼의 전면과 후면을 감싸는 U자 형태로 이루어져 있으며 탄성력에 의해 상기 귀에 밀착되어 상기 이어폰 및 상기 측정부의 위치를 상기 귓불에 고정하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 생체신호를 측정하여 사용자의 상태를 판단할 수 있는 이어폰의 상기 고정부는 상기 이어폰의 외이도에 삽입되는 팁의 외주면에 형성되어 상기 외이도에 접촉된 상태에서 상기 사용자의 생체정보를 수집할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 생체신호를 측정하여 사용자의 상태를 판단할 수 있는 이어폰의 상기 이어폰은 내부에 배터리가 내장되어 있어 무선통신으로 상기 단말기와 통신할 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 생체신호를 측정하여 사용자의 상태를 판단할 수 있는 이어폰에 의하면, 이어폰을 착용하면 사용자의 생체신호를 자동으로 측정하여 건강정보를 안내할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 생체신호를 측정하여 사용자의 상태를 판단할 수 있는 이어폰에 의하면, 부피가 가벼워 착용감이 뛰어나고 귀에 착용된 상태에서 생체신호를 측정할 수 있어 사용자의 활동에 영향을 미치지 않는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 생체신호를 측정하여 사용자의 상태를 판단할 수 있는 이어폰에 의하면, 다양한 생체신호를 이용하여 사용자의 건강상태 및 정보를 실시간으로 측정하고 이를 시각화하여 사용자가 확인할 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 생체신호를 측정하여 사용자의 상태를 판단할 수 있는 이어폰의 전체적인 구성을 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 생체신호를 측정하여 사용자의 상태를 판단할 수 있는 이어폰이 귀에 착용된 모습을 나타낸 예시도.
도 3은 본 발명에 따른 생체신호를 측정하여 사용자의 상태를 판단할 수 있는 이어폰의 형상을 나타낸 측면도.
본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 이하에서 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
본 발명은 생체신호를 측정하여 사용자의 상태를 판단할 수 있는 이어폰에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이어폰을 귀에 착용하는 것만으로 사용자의 건강상태나 질환 발생 유무를 판단할 수 있는 생체신호를 측정하여 사용자의 상태를 판단할 수 있는 이어폰에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참고로 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 생체신호를 측정하여 사용자의 상태를 판단할 수 있는 이어폰의 전체적인 구성을 나타낸 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 생체신호를 측정하여 사용자의 상태를 판단할 수 있는 이어폰이 귀에 착용된 모습을 나타낸 예시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 생체신호를 측정하여 사용자의 상태를 판단할 수 있는 이어폰의 형상을 나타낸 측면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 생체신호를 측정하여 사용자의 상태를 판단할 수 있는 이어폰(100)은 귀(10)에 착용될 수 있도록 형성되며 소리를 출력할 수 있도록 형성되는 이어폰(100)과, 이어폰(100)에 형성되며 이어폰(100)이 귀(10)에 착용될 때 귀(10)와 분리되지 않도록 귀(10)에 걸어 사용할 수 있도록 형성되는 고정부(300)와, 고정부(300)에 형성되며 귀(10)에 밀착되어 이어폰(100)을 착용한 사용자의 생체정보를 수집할 수 있도록 형성되는 측정부(200)와, 이어폰(100)과 연결되어 음원 데이터를 전송하거나 이어폰(100)으로부터 측정된 생체정보를 수신받아 정보를 표기하는 단말기(400)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이어폰(100)은 단말기(400)로부터 음원 데이터를 수신받을 수 있도록 무선 또는 유선 형태로 단말기(400)와 연결되도록 형성되고, 상단에는 음원을 출력하기 위한 스피커(110)가 내부에 탑재되어 있고, 일면은 외부로 돌출되어 외이도에 삽입될 수 있도록 팁(120)이 마련되어 있다.
이때 이어폰(100)은 좌측 귀(10)와 우측 귀(10)에 각각 장착되어 음원을 들을 수 있도록 형성되어 있으며, 이어폰(100)은 2개가 한 쌍으로 사용되는 것이 바람직하나, 사용되는 용도에 따라 한 개만 착용하여 사용될 수도 있다.
팁(120)은 외이도에 삽입되어 외부 소리를 차단시킴과 동시에 스피커(110)로부터 출력되는 소리를 외이도를 통해 고막으로 전달하기 위해 사용되며, 이어폰(100)이 착용되었을 때 외이도에 삽입된 팁(120)에 의해 이어폰(100)이 고정된 상태로 유지될 수 있게 된다.
또한 이어폰(100)의 상단 외면에는 마이크(130)가 형성되어 있어 통화를 할 때 사용자의 음성이 마이크(130)를 통해 단말기(400)로 입력될 수 있도록 형성되어 있으며, 마이크(130)에는 별도의 노이즈필터(140)가 마련되어 있어 주변에서 발생되는 소음이 감소된 상태에서 사용자의 음성만 단말기(400)로 송신할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
또한 노이즈필터(140)는 노이즈캔슬링을 위해 사용될 수도 있는데, 이 경우 외부 소음이 마이크(130)로 입력되면 마이크(130)에서 입력된 소음의 주파수와 반대되는 주파수를 발생시켜 소음을 상쇄시킴으로써 이어폰(100)을 착용한 사용자가 외부 소음을 차단한 상태로 음원을 감상할 수 있게 된다.
또한 마이크(130)는 골전도 이어폰(100)으로 형성되어 있을 수 있으며, 사용자의 골전도를 통해 입력되는 진동을 감지할 수 있으며 사용자가 말을 하면서 발생되는 진동을 단말기(400)로 전송하여 깨끗한 목소리를 단말기(400)로 전달할 수도 있게 된다.
또한 이어폰(100)은 내부에 배터리(150)가 내장되어 있어 무선통신으로 단말기(400)와 통신할 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
이어폰(100)은 유선 또는 무선으로 사용될 수 있도록 형성되어 있는데, 유선으로 이용하는 경우에는 이어폰(100)의 하단에 케이블이 형성되어 단말기(400)에 형성된 단자에 연결되어 단말기(400)로부터 전원을 공급받고 케이블을 통해 데이터를 송수신할 수 있게 된다.
무선으로 이용하는 경우 이어폰(100)의 내부에는 전력을 공급하기 위해 배터리(150)가 마련되고, 단말기(400)와 블루투스로 무선통신을 하기 위한 통신모듈(160)이 포함되어 있으며, 배터리(150)를 통해 자체적으로 작동될 수 있고 통신모듈(160)을 통해 단말기(400)와 무선으로 데이터를 송수신할 수 있게 된다.
본 발명에서는 무선으로 작동되는 이어폰(100)을 기준으로 설명하기로 한다.
고정부(300)는 이어폰(100)을 귀(10)에 착용하였을 때 사용자의 움직임에 따라 외이도에 삽입된 팁(120)이 빠지는 것을 방지하고, 이어폰(100)이 정해진 방향대로 귀(10)에 고정되도록 하기 위해 사용된다.
이때 고정부(300)는 귓볼(11)의 전면과 후면을 감싸는 U자 형태로 이루어져 있으며 탄성력에 의해 귀(10)에 밀착되어 이어폰(100) 및 측정부(200)의 위치를 귓불에 고정하는 것을 특징으로 한다.
고정부(300)는 이어폰(100)의 하단에 형성되어 있으며 외면으로 돌출되어 탄성력에 의해 귓불을 감싸 귓불에 밀착되어 고정되도록 형성되어 있으며, 고정부(300)의 내측면에는 생체정보를 측정하기 위한 측정부(200)가 마련되어 있어 이어폰(100)을 고정시킴과 동시에 측정부(200)가 생체정보를 수집할 수 있게 고정시킨다.
이어폰(100)은 외이도에 팁(120)이 삽입된 상태로 1차 고정될 수 있으며, 고정부(300)를 통해 귓불에 장착됨으로써 2차 고정되어 사용자가 격한 동작을 수행할 때에도 이어폰(100)이 귀(10)에서 떨어져 낙하되지 않도록 방지할 수 있게 된다.
또한 위에 언급한 고정부(300)는 이어폰(100)의 종류가 커널형 경우를 예시로 나타낸 것이며, 이어폰(100)이 클립형 또는 오버이어형인 경우 고정부(300)는 귀(10)의 상부에서 귓등으로 연결되는 고리(320)가 사용될 수 있고, 이어폰(100)이 목에 감싸는 넥밴드형인 경우 고정부(300)는 목에 감싸는 반 원형의 지지체(310)로 이루어질 수 있다.
또한 이어폰(100)의 착용 방식에 따라 측정부(200)의 위치는 변형될 수 있으며, 클립형 또는 오버이어형인 경우 귓등에 밀착될 수 있고, 넥밴드형인 경우 귀(10)가 아닌 목에 미착될 수 있게 된다.
또한 고정부(300)는 이어폰(100)의 외이도에 삽입되는 팁(120)의 외주면에 형성되어 외이도에 접촉된 상태에서 사용자의 생체정보를 수집할 수 있는 것을 특징으로 한다.
이어폰(100)이 커널형인 경우 이어폰(100)의 팁(120)은 외이도에 밀착될 수 있도록 형성되므로 팁(120)의 외면에 측정부(200)가 형성되도록 하여 외이도를 통해 사용자의 생체정보를 수집할 수 있도록 구성될 수도 있다.
측정부(200)는 사용자의 생체정보를 측정하기 위해 사용되는 것으로, 이어폰(100)에 형성되어 사용자의 신체에 접촉된 부위에서 사용자의 생체정보를 측정한 후 통신모듈(160)을 통해 단말기(400)로 측정 정보를 제공하게 된다.
이때 측정부(200)는 사용자의 신체에 완전히 밀착된 상태에서 사용되어야 생체정보를 보다 정밀하게 분석할 수 있게 되므로 고정부(300)에 형성되어 사용자의 신체에 밀착된 상태로 유지되는 것이 바람직하다.
또한 측정부(200)는 고정부(300)에 의해 귓불에 밀착되어 혈관에 LED광원을 조사하고 반사된 신호를 기반으로 심박수를 측정하는 PPG센서(210)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 측정부(200)는 심박수, 산소포화도, 심전도, 생체임피던스, 혈압 중 어느 하나 이상의 생체정보를 측정할 수 있는 것을 특징으로 한다.
PPG센서(210)는 피부에 빛을 조사하면 혈류량에 따라 흡수되는 빛의 양이 달라지며, 이로 인해 반사된 빛을 감지함으로써 빛이 얼마나 흡수됐는지를 측정함으로써 혈액량의 변화를 알 수 있게 된다.
심장이 피를 보내기 위해 뛸 때 혈관을 따라 미세한 변화가 생기는 것을 맥파(Plethysmogram, PTG)라고 하는데, 맥파에 따라 변하는 미세한 혈류량을 측정함으로써 심박수를 측정할 수 있게 된다.
또한 PPG센서(210)는 심박수 외에 산소포화도를 측정할 수 있게 되는데, 이는 적외선 및 적색광을 이용해 혈류량 변화를 계속 지켜보면서 혈중 산소 포화도(SpO2)를 측정할 수 있게 된다.
이때는 적혈구에 결합된 산소화 헤모글로빈과 비산소화 헤모글로빈의 광 흡수도 차이를 검출해서 산소포화도를 측정할 수 있게 되며, 맥파 측정에는 적색광 대신 녹색광을 쓰는 것이 바람직하다.
측정부(200)에는 PPG센서(210) 외에, 심전도를 측정하기 위한 ECG센서(220), 생체임피던스를 측정하여 근골격 및 지방, 피부의 수분상태를 판단하기 위해 사용되는 BIA센서(230), 혈압을 측정하기 위한 혈압센서(240)가 추가로 포함될 수 있다.
각각의 센서는 하나의 측정모듈에 일체형으로 형성될 수 있으며 신체 접촉 부위나 측정 방식에 따라 이어폰(100)에 서로 분리되어 형성되어 있을 수 있다.
ECG센서(220)는 심장에 흐르는 전기를 감지하여 심전도를 측정하기 위한 것으로 심장의 근육이 활동할 때 활동 전위가 발생되는데, 이러한 전위는 1mV 정도의 미세한 전압 값을 가지고 있어 패드나 전극을 통해 감지할 수 있게 된다.
측정된 정보를 기반으로 심장 박동을 측정하거나 심전도 값을 확인할 수 있게 된다.
BIA센서(230)는 신체에 미세전류를 흘려보낸 후 돌아오는 생체 임피던스를 이용하여 체질량지수와 기초대사량, 근골력, 지방, 수분상태를 판단하기 위해 사용된다.
이때 BIA센서(230)는 좌측 귀(10)와 우측 귀(10)에 각각 착용되는 이어폰(100)에 각각 형성되어 있어 두 개의 이어폰(100)이 장착된 상태에서만 동작될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
측정부(200)에 형성된 각각의 센서를 이용하여 이어폰(100)이 착용되었을 때 사용자의 현재 상태를 실시간으로 측정할 수 있게 되며, 측정된 정보는 통신모듈(160)을 통해 단말기(400)로 전송되어 단말기(400)의 어플리케이션을 통해 측정 정보를 파형이나 숫자를 통해 시각적으로 확인할 수 있게 된다.
이때 어플리케이션은 수집된 각 생체정보를 기반으로 심박수, 산소포화도, 심전도, 생체임피던스, 혈압을 계산할 수 있게 된다.
또한 단말기(400)에 형성된 어플리케이션은 측정된 정보를 기반으로 질병이나 응급상태를 판단하여 사용자에게 안내할 수 있게 되며, 부정맥이나 심장마비와 같은 긴급 상황이 발생된 경우 단말기(400)가 119로 연락하여 자동으로 사용자의 상태를 안내하고 신속한 구조가 이루어질 수 있도록 유도할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 생체신호를 측정하여 사용자의 상태를 판단할 수 있는 이어폰에 의하면, 이어폰을 착용하면 사용자의 생체신호를 자동으로 측정하여 건강정보를 안내할 수 있고, 부피가 가벼워 착용감이 뛰어나고 귀에 착용된 상태에서 생체신호를 측정할 수 있어 사용자의 활동에 영향을 미치지 않으며, 다양한 생체신호를 이용하여 사용자의 건강상태 및 정보를 실시간으로 측정하고 이를 시각화하여 사용자가 확인할 수 있도록 하는 효과가 있다.
이상과 같이 본 발명은, 바람직한 실시 예를 중심으로 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어야 한다.
10 : 귀
11 : 귓볼
100 : 이어폰
110 : 스피커
120 : 팁
130 : 마이크
140 : 노이즈필터
150 : 배터리
160 : 통신모듈
200 : 측정부
210 : PPG센서
220 : ECG센서
230 : BIA센서
240 : 혈압센서
300 : 고정부
310 : 지지체
320 : 고리
400 : 단말기

Claims (6)

  1. 귀에 착용될 수 있도록 형성되며 소리를 출력할 수 있도록 형성되는 이어폰과;
    상기 이어폰에 형성되며 상기 이어폰이 상기 귀에 착용될 때 상기 귀와 분리되지 않도록 상기 귀에 걸어 사용할 수 있도록 형성되는 고정부와;
    상기 고정부에 형성되며 상기 귀에 밀착되어 상기 이어폰을 착용한 사용자의 생체정보를 수집할 수 있도록 형성되는 측정부와;
    상기 이어폰과 연결되어 음원 데이터를 전송하거나 상기 이어폰으로부터 측정된 생체정보를 수신받아 정보를 표기하는 단말기;를 포함하는 것을 특징으로 하는
    생체신호를 측정하여 사용자의 상태를 판단할 수 있는 이어폰.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 측정부는
    상기 고정부에 의해 귓불에 밀착되어 혈관에 LED광원을 조사하고 반사된 신호를 기반으로 심박수를 측정하는 PPG센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는
    생체신호를 측정하여 사용자의 상태를 판단할 수 있는 이어폰.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 측정부는 심박수, 산소포화도, 심전도, 생체임피던스, 혈압 중 어느 하나 이상의 생체정보를 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는
    생체신호를 측정하여 사용자의 상태를 판단할 수 있는 이어폰.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 고정부는
    귓볼의 전면과 후면을 감싸는 U자 형태로 이루어져 있으며 탄성력에 의해 상기 귀에 밀착되어 상기 이어폰 및 상기 측정부의 위치를 상기 귓불에 고정하는 것을 특징으로 하는
    생체신호를 측정하여 사용자의 상태를 판단할 수 있는 이어폰.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 고정부는
    상기 이어폰의 외이도에 삽입되는 팁의 외주면에 형성되어 상기 외이도에 접촉된 상태에서 상기 사용자의 생체정보를 수집할 수 있는 것을 특징으로 하는
    생체신호를 측정하여 사용자의 상태를 판단할 수 있는 이어폰.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 이어폰은
    내부에 배터리가 내장되어 있어 무선통신으로 상기 단말기와 통신할 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는
    생체신호를 측정하여 사용자의 상태를 판단할 수 있는 이어폰.

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