TWI718892B - 光刺激震動裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明係一種光刺激震動裝置，包括控制器、至少一發光二極體單元、震動馬達、至少一感測器、電池單元以及基板，係連結至手機，並受手機控制而運作。尤其，本發明利用控制器接收控制指令，以控制發光二極體單元的色光以及震動馬達的震動特性，進而投射色光及施加震動於皮膚的穴道位置，達到結合色光及震動的按摩功能。此外，還利用感測器感測生理信號，並由控制器接收後傳送至手機，再由手機的應用程式分析生理信號，產生並顯示相對應的生理資訊。之後，應用程式可依據生理資訊而動態改變控制指令，藉以最佳化光刺激、震動按摩功效。

Description

光刺激震動裝置
本發明係有關於一種光刺激震動裝置，尤其是利用控制器連結手機而接收控制指令，並依據控制指令以控制發光二極體單元的色光以及震動馬達的震動特性，進而將色光投射到皮膚，且將震動施加於皮膚，達到結合色光及震動的按摩功能，同時還利用特定的感測器以感測生理信號，並由控制器接收，進而傳送至手機，再由手機的應用程式分析生理信號而產生所需的生理資訊，之後應用程式可依據生理資訊而動態改變控制指令，藉以最佳化光刺激、震動按摩功效。
一般，肌肉緊繃或運動拉傷造成痠痛是常發生的症狀，而藉由物理性的震動刺激引痛點來緩解肌筋膜疼痛，或是到醫院就醫以尋求復健治療是比較安全的處理方式，不過交通往返及候診會耗費相當多的寶貴時間及體力。
此外，已有業者使用基本可見光、紅外線和紫外線照射在皮膚的穴道或特殊部位，而光線照在穴位上時，或藉由細胞之生物光子( Biophotons)把訊息帶入經脈和身體的能量系統，用以平衡身心靈能量，並加以調整，一種不痛、非侵入性的能量調整方法，且沒有副作用。
然而，目前市面上僅有單一用途的產品，如發光二極體照明刺激腳底按摩儀、電動手指按摩儀，並無結合色光及震動之產品。
因此，非常需要一種創新的光刺激震動裝置，利用控制器連結手機而接收控制指令，並依據控制指令以控制發光二極體單元的色光以及震動馬達的震動特性，進而將色光投射到皮膚，且將震動施加於皮膚，達到結合色光及震動的按摩功能，尤其是還利用特定的感測器以感測生理信號，並由控制器接收，進而傳送至手機，再由手機的應用程式分析生理信號而產生所需的生理資訊，之後應用程式可依據生理資訊而動態改變控制指令，藉以最佳化光刺激、震動按摩功效，進而解決上述習用技術的所有問題。
本發明之主要目的在於提供一種光刺激震動裝置，包括控制器、至少一發光二極體單元、震動馬達、至少一感測器、電池單元以及基板，係用以接觸皮膚而感測生理訊號，並發射色光及產生震動，且連結至手機，並受手機控制而運作。
具體而言，控制器具無線通信功能，用以連結至手機而通信，且由手機啟動應用程式而產生並傳送控制指令至控制器，控制器依據控制指令以產生並傳送脈衝寬度調變色光驅動信號及脈衝寬度調變震動驅動信號。
發光二極體單元電氣連接至控制器，並接收脈衝寬度調變色光驅動信號，藉以產生並發射色光而朝向皮膚，達成光刺激。此外，震動馬達電氣連接至控制器，並接收脈衝寬度調變震動驅動信號，藉以產生震動而施加於皮膚，達成震動刺激。
再者，感測器感測皮膚下方經光刺激及震動刺激後所反應的生理訊號，並傳送至控制器，且由電池單元提供電力給控制器、LED單元、震動馬達及感測器而運作。
進一步，基板係用以承載並設置控制器、LED單元、震動馬達、感測器及電池單元，其中LED單元、震動馬達及感測器是位於基板的下表面。
更加具體而言，上述的感測器可包含紅外線感測器以及光體積描記圖感測器的至少其中之一，而生理訊號可包含皮膚溫度、心率、呼吸次數、呼吸深度、血氧飽和濃度以及血壓的至少其中之一，其中紅外線感測器可感測皮膚溫度，而光體積描記圖感測器可感測心率、呼吸次數、呼吸深度、血氧飽和濃度以及血壓。
再者，控制器依據生理訊號分析生理狀態，進而產生生理資訊，並傳送至手機而顯示，以供即時參考。或者，控制器也可不分析生理狀態，而是直接將生理訊號傳送至手機，再由手機依據生理訊號以分析生理狀態，進而產生所需的生理資訊，並顯示生理資訊。
因此，本發明的光刺激震動裝置利用控制器連結手機而接收控制指令，並依據控制指令以控制發光二極體單元的色光以及震動馬達的震動特性，進而將色光投射到皮膚，且將震動施加於皮膚，達到結合色光及震動的按摩功能，尤其是還利用特定的感測器以感測生理信號，並由控制器接收，進而傳送至手機，再由手機的應用程式分析生理信號而產生所需的生理資訊，之後應用程式可依據生理資訊而動態改變控制指令，藉以最佳化光刺激、震動按摩功效。
以下配合圖示及元件符號對本發明之實施方式做更詳細的說明，俾使熟習該項技藝者在研讀本說明書後能據以實施。
請參考第一圖及第二圖，其中第一圖為本發明實施例光刺激震動裝置的示意圖，而第二圖為本發明的應用實例示意圖。如第一圖及第二圖所示，本發明的光刺激震動裝置包括控制器10、至少一發光二極體(LED)單元20、震動馬達30、至少一感測器40、電池單元50以及基板60，係用以接觸皮膚SK而感測生理訊號，並發射色光及產生震動，且連結至手機MB，並受手機MB控制而運作。
要注意的是，為方便說明本發明的特點及功效，圖中顯示四LED單元20及單一感測器40，藉以當作示範性實例，此外，震動馬達30是位於中間，而四LED單元20是配置成環繞震動馬達30的外環，藉以達到較佳功效，不過並非用以限制本發明的範圍。
具體而言，控制器10具無線通信功能，用以連結至手機MB而通信，且由手機MB啟動特定的應用程式(Application，APP)而產生並傳送控制指令至控制器10，進一步，控制器10依據控制指令以產生並傳送脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation，PWM)色光驅動信號及PWM震動驅動信號。
LED單元20是電氣連接至控制器10，並接收PWM色光驅動信號，藉以產生並發射色光而朝向皮膚SK，進而達成光刺激。
此外，震動馬達30是電氣連接至控制器10，並接收PWM震動驅動信號，藉以產生震動而施加於皮膚SK，因而達成震動刺激。感測器40係用以感測皮膚SK下方經該光刺激及該震動刺激後所反應的生理訊號，並傳送至控制器10，而電池單元50用以提供電力給控制器10、LED單元20、震動馬達30及感測器40而運作，比如電池單元50可為一般市售的CR2032鈕扣型電池。
再者，上述的基板60是用以承載並設置控制器10、LED單元20、震動馬達30、感測器40及電池單元50，而且LED單元20、震動馬達30及感測器40是配置成位於基板60的下表面，用以接觸皮膚SK，此外，電池單元50是較佳的位於基板60的上表面，而不接觸皮膚SK。
更加具體而言，控制器10依據生理訊號以分析生理狀態進而產生所需的生理資訊，且將生理資訊傳送至手機MB，並由手機MB顯示生理資訊，以供即時參考。此外，另一實施方式是，由控制器10將生理訊號傳送至手機MB，再由手機MB依據所接收的生理訊號以分析生理狀態，進而產生並顯示生理資訊，亦即，是由手機MB分析生理狀態並產生生理資訊，而非由控制器10分析生理狀態。不過，為方便說明，下文中是以控制器10分析生理狀態為實例。
進一步，感測器40可包含紅外線(IR)感測器以及光體積描記圖(Photoplethysmography，PPG)感測器的至少其中之一，而生理訊號可包含皮膚溫度、心率、呼吸次數、呼吸深度、血氧飽和濃度以及血壓的至少其中之一，其中IR感測器可感測皮膚溫度，PPG感測器可感測心率、呼吸次數、呼吸深度、血氧飽和濃度以及血壓。
再更進一步，LED單元20可包含紅光LED、綠光LED以及藍光LED，用以在控制器10的控制下分別產生紅光、綠光以及藍光，而且來自手機MB，的控制指令可包含發光指令，用以控制LED單元20而個別調控紅光、綠光以及藍光的強度，實現具有所需閃爍頻率、色調及光強度的色光。簡言之，手機MB可利用發光指令藉控制器10以調控LED單元20所產生的色光特性。尤其，控制指令還可包含閃爍指令，用以控制LED單元合成光之閃爍頻率。
此外，控制指令還可包含震動指令，用以控制震動馬達30所產生的震動，包含震動頻率及震動強度。換言之，手機MB可利用震動指令藉控制器10以調控震動馬達30的震動特性，比如頻率及強度。較佳的，震動頻率可為10至30Hz。
整體而言，本發明光刺激震動裝置的操作處理可如第三圖所示，其中由PPG感測器所感測的生理訊號，稱作PPG信號，可經由特定的峰值檢測器(Peak Detector，PD)、低通濾波器(Low Pass Filter，LPF)、帶通濾波器(Band Pass Filter，BPF)、高通濾波器(High Pass Filter，HPF)，再搭配適當的信號處理單元，比如心率檢測(HR)及座標變換(CT)、振幅檢測(AD)及平均值處理(mean)、呼吸次數檢測(BR)及振幅檢測(AD)、振幅檢測(AD)及平均值處理(mean)、頻譜分析及經脈血流分佈檢測，進而產生包含心率變異分析(HRV)、血氧飽和濃度(SPO2)、呼吸深度(BD)、血壓(BP)的生理資訊。
此外，由IR感測器所感測的皮膚溫度可經控制器10的平均處理(比如算術平均)後產生體表溫度，進而匯入生理資訊中。
再進一步，控制器10或手機MB的應用程式可依據生理資訊而控制LED單元20的色光及震動馬達30的震動，藉以達到最佳功效。以LED單元20的色光為例，當色光為紅光時，可刺激血液循環，橙光時可溫暖、增加幸福感，綠光可幫助學習、集中注意力，綠光可達到鎮靜、放鬆效果，藍光可減輕心理壓力，而紫光可平衡左右腦。因此，可依據目前的生理狀態而動態調整色光。同樣的，本發明也可依據目前的生理狀態而動態調整震動特性。
此外，為加強震動按摩的功效，本發明的光刺激震動裝置可進一步包含至少一凸起物(圖中未顯示)，比如豆狀的凸起物，藉以達到點狀穴位按摩，其中凸起物是配置成貼附於震動馬達30，用以接觸皮膚SK，且凸起物的橫向尺寸是小於震動馬達30的橫向尺寸，用以限縮與皮膚SK的接觸面積，因而來自震動馬達30的震動會經凸起物而適當集中於皮膚SK，藉以加強震動按摩而刺激到深層的穴位。
在實際應用上，可將本發明的光刺激震動裝置接觸、貼附到皮膚SK上的特定區域，尤其是特定穴道的位置，接著啟動手機MB的應用程式，由手機MB傳送控制指令至本發明的光刺激震動裝置，並由控制器10接收，進而控制LED單元20的色光，再射入皮膚SK的穴道以誘導適當的生理反應，同時控制震動馬達30的震動而施加於皮膚SK的穴道，藉以按摩皮膚SK的穴道。進一步，感測器40感測生理信號而傳送至控制器10，接著由控制器10分析生理信號以產生、傳送所需的生理資訊至手機MB，並由手機MB的應用程式顯示生理資訊，或者，控制器10不分析生理信號，而是直接轉傳生理信號至手機MB，並由手機MB的應用程式分析生理信號以產生、顯示生理資訊。
特別一提的是，可利用多個本發明的光刺激震動裝置貼附在身體上需要按摩的多個位置，比如沿著特定經絡的穴道位置，並由手機的應用程式逐一控制每個光刺激震動裝置中LED單元及震動馬達的運作，進而投射相同或不同的色光，並施加相同或不同的震動。
舉例而言，可對該等穴道位置投射相同色調及光強度的色光，同時施加相同震動頻率及震動強度的震動，也可依據每個穴道位置所感測到的生理資訊，個別投射不同色調及光強度的色光，或個別施加不同震動頻率及震動強度的震動，或者，也可將相同的及不同的色光以及相同的及不同的震動混合、組合使用。顯而易見的是，本發明提供非常多樣的應用實施手段，可達到緩解各種不適症狀的目的。
另外，還可針對特定經絡穴道位置，依據經絡循行路徑逐一照光並按摩，更能加強緩解的功效。
以頭後痛、顛頂痛的虛症為例，如果是依循本經採取補法，則可針對束骨、足通谷、至陰，進行本經輸滎井穴的順向帶狀按摩；如果是肝經採取補法，則針對大敦、行間、太衝，進行肝經井滎輸穴的順向帶狀按摩；如果是脾經採取補法，則針對隱白、大都、太白，進行脾經井滎輸穴的順向帶狀按摩。
再者，本發明是以脈波寬度調變(PWM)方式調整光線強度及閃爍頻率，進而達到空間亮度、顏色與時間閃爍等三維的刺激。同時，本發明還以脈波寬度調變方式調整震動馬達的力道與震動次數。尤其，利用光體積描記圖(PPG)測量心率、呼吸次數及深度、血氧飽和濃度與血壓，並使用紅外線感測器測量皮膚溫度，因而本發明的整體結構相當輕巧，並具有高度整合性功能。
眾所周知，肌肉緊繃或運動拉傷造成痠痛是常發生的症狀，通常是使用痠痛貼布或服用止痛藥來緩和症狀，但是有藥物副作用的風險，所以藉由物理性的震動刺激引痛點來緩解肌筋膜疼痛或到醫院尋求復健治療是比較安全的處理方式。對此，本發明是結合色光刺激經脈穴道之循環震動裝置，可以藉由智慧手機控制多個色光與震動馬達，配合中醫經脈走向循環震動按摩穴道，期望有效緩解痠痛的症狀。
另外，學術研究已證實震動刺激疼痛點有助於緩解疼痛，本發明能針對疼痛點附近穴道進行點狀震動刺激或是針對該疼痛點區域所屬之經脈範圍施加如推拿般的帶狀震動刺激，所以不僅不會有直接碰觸疼痛點引起的強烈疼痛，而且在緩解症狀上會有加成的效果。另外，本發明可結合色光對皮下神經的能量傳遞，會依不同光線波長而有不同的刺激效果。
綜上所述，本發明的特點在於利用控制器連結手機而接收控制指令，並依據控制指令以控制發光二極體單元的色光以及震動馬達的震動特性，進而將色光投射到皮膚，且將震動施加於皮膚，達到結合色光及震動的按摩功能。尤其，利用感測器以感測生理信號，並由控制器接收，進而傳送至手機，由手機的應用程式分析生理信號而產生所需的生理資訊，再依據生理資訊而動態改變控制指令，藉以最佳化光刺激、震動按摩功效。
此外，本發明具備電源單元而不需使用外部電源，確實達到無線操作的目的，所以在使用時，不會有電線干擾，大幅改善方便性，非常具有產業利用性。
本發明的另一特點在於利用智慧手機以無線方式控制多個排列於相同或不同經脈上穴道之光刺激震動裝置，達成循環震動按摩的功能，並以色光刺激為輔助來加強效果。此外，透過感測皮膚溫度、心率、呼吸次數及深度、血氧飽和濃度與血壓等生理訊號，用以評估不適症狀的緩解程度，進而調整光刺激及震動的強度，達成循環震動按摩。
以上所述者僅為用以解釋本發明之較佳實施例，並非企圖據以對本發明做任何形式上之限制，是以，凡有在相同之發明精神下所作有關本發明之任何修飾或變更，皆仍應包括在本發明意圖保護之範疇。
10:控制器 20:發光二極體(LED)單元 30:震動馬達 40:感測器 50:電池單元 60:基板 MB:手機 SK:皮膚
第一圖顯示本發明實施例光刺激震動裝置的示意圖。 第二圖顯示依據本發明實施例光刺激震動裝置的應用實例示意圖。 第三圖顯示依據本發明實施例光刺激震動裝置的操作處理示意圖。
10:控制器
20:發光二極體(LED)單元
30:震動馬達
40:感測器
50:電池單元
60:基板
MB:手機

Claims (12)

  1. 一種光刺激震動裝置，係用以接觸一皮膚，包括： 一控制器，具一無線通信功能，用以連結至一手機而通信，且由該手機啟動一應用程式(Application，APP)而產生並傳送一控制指令至該控制器，該控制器依據該控制指令以產生並傳送一脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation，PWM)色光驅動信號及一PWM震動驅動信號； 至少一發光二極體(LED)單元，該LED單元是電氣連接至該控制器，並接收該PWM色光驅動信號以產生並發射一色光而朝向該皮膚，藉以達成一光刺激； 一震動馬達，是電氣連接至該控制器，並接收該PWM震動驅動信號以產生震動而施加於該皮膚，藉以達成一震動刺激； 至少一感測器，係用以感測該皮膚經該光刺激及該震動刺激而產生的一生理訊號，並傳送至該控制器； 一電池單元，用以提供電力給該控制器、該等LED單元、該震動馬達及該感測器；以及 一基板，係用以承載並設置該控制器、該等LED單元、該震動馬達、該感測器及該電池單元，且該等LED單元、該震動馬達及該感測器是位於該基板的一下表面， 其中該至少一感測器包含一紅外線(IR)感測器以及一光體積描記圖(Photoplethysmography，PPG)感測器的至少其中之一，該生理訊號包含一皮膚溫度、一心率、一呼吸次數、一呼吸深度、一血氧飽和濃度以及一血壓的至少其中之一，該IR感測器係用以感測該皮膚溫度， 該 PPG感測器係用以感測該心率、該呼吸次數、該呼吸深度、該血氧飽和濃度以及該血壓，該控制器依據該生理訊號以分析一生理狀態而產生一生理資訊，且傳送該生理資訊至該手機而顯示。
  2. 如請求項1之光刺激震動裝置，其中該電池單元是位於該基板的一上表面。
  3. 如請求項1之光刺激震動裝置，其中該LED單元包含一紅光LED、一綠光LED以及一藍光LED，用以在該控制器的控制下分別產生一紅光、一綠光以及一藍光。
  4. 如請求項3之光刺激震動裝置，其中該控制指令包含一發光指令，用以控制該LED單元而個別調控該紅光、該綠光以及該藍光的強度。
  5. 如請求項3之光刺激震動裝置，其中該控制指令包含一閃爍指令，用以控制該LED單元合成光之一閃爍頻率。
  6. 如請求項1之光刺激震動裝置，其中該控制指令包含一震動指令，用以控制該震動馬達的震動的一震動頻率及一震動強度。
  7. 一種光刺激震動裝置，係用以接觸一皮膚，包含： 一控制器，具一無線通信功能，用以連結至一手機而通信，且由該手機啟動一應用程式(Application，APP)而產生並傳送一控制指令至該控制器，該控制器依據該控制指令以產生並傳送一脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation，PWM)色光驅動信號及一PWM震動驅動信號； 至少一發光二極體(LED)單元，該LED單元是電氣連接至該控制器，並接收該PWM色光驅動信號以產生並發射一色光而朝向該皮膚，藉以達成一光刺激； 一震動馬達，是電氣連接至該控制器，並接收該PWM震動驅動信號以產生震動而施加於該皮膚，藉以達成一震動刺激； 至少一感測器，係用以感測該皮膚經該光刺激及該震動刺激而產生的一生理訊號，並傳送至該控制器； 一電池單元，用以提供電力給該控制器、該等LED單元、該震動馬達及該感測器；以及 一基板，係用以承載並設置該控制器、該等LED單元、該震動馬達、該感測器及該電池單元，且該等LED單元、該震動馬達及該感測器是位於該基板的一下表面， 其中該至少一感測器包含一紅外線(IR)感測器以及一光體積描記圖(PPG)感測器的至少其中之一，該生理訊號包含一皮膚溫度、一心率、一呼吸次數、一呼吸深度、一血氧飽和濃度以及一血壓的至少其中之一，該IR感測器係用以感測該皮膚溫度，該 PPG感測器係用以感測該心率、該呼吸次數、該呼吸深度、該血氧飽和濃度以及該血壓， 該控制器傳送該生理訊號至該手機，且該手機依據該生理訊號以分析一生理狀態而產生並顯示一生理資訊。
  8. 如請求項7之光刺激震動裝置，其中該電池單元是位於該基板的一上表面。
  9. 如請求項7之光刺激震動裝置，其中該LED單元包含一紅光LED、一綠光LED以及一藍光LED，用以在該控制器的控制下分別產生一紅光、一綠光以及一藍光。
  10. 如請求項9之光刺激震動裝置，其中該控制指令包含一發光指令，用以控制該LED單元而個別調控該紅光、該綠光以及該藍光的強度。
  11. 如請求項9之光刺激震動裝置，其中該控制指令包含一閃爍指令，用以控制該LED單元合成光之一閃爍頻率。
  12. 如請求項7之光刺激震動裝置，其中該控制指令包含一震動指令，用以控制該震動馬達的震動的一震動頻率及一震動強度。
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