WO2012108736A2 - 수면 유도 장치 및 그 제어방법 - Google Patents

수면 유도 장치 및 그 제어방법 Download PDF

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윤경식
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Woo Hyo Jun
Yun Kyong Sik
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Definitions

  • the present invention relates to a device for inducing sleep and a control method thereof.
  • the present invention relates to an induction device capable of inducing a good night's sleep or changing or stopping a sleep state by stimulating at least one of the five senses in consideration of a user's state. It is about.
  • brain waves can be classified into alpha waves (7-14 Hz), beta waves (14-30 Hz), delta waves (0.5-4 Hz), and theta waves (4-8 Hz).
  • beta waves 14-30 Hz
  • delta waves 0.5-4 Hz
  • theta waves 4-8 Hz
  • the beta wave usually appears
  • the delta wave appears mainly
  • the awakening level is not too high or too low
  • alpha or theta wave appears.
  • Non-REM sleep is generally reclassified into four stages according to the depth of sleep.
  • Beta waves are often observed when people are awake. Then, when you close your eyes and relax, the alpha waves begin to increase and fall into the sleepy sleep, and as your sleep progresses deeper, the brain also calms and emits delta waves.
  • the EEG When the non-REM sleep ends and begins to enter the REM sleep, the EEG emits beta waves as if it were awake, and the eyes began to move quickly under both eyelids as if the eye saw a fast moving object.
  • the above described sleep stages will be described with reference to FIG. 1.
  • 1 is a graph showing an example of general sleep stages.
  • a step between the deep and the non-remem sleeps is gradually stepped up, and the proportion of the REM sleep increases toward the second half.
  • dreams are known to be dreaming at the REM sleep stage.
  • the human wakes up in the middle of the REM sleep state 110 it may be difficult and unpleasant to feel, but when waking from the end of the REM sleep 120 may feel refreshed with relatively little unpleasantness.
  • brain waves are different according to the stage of sleep, and when the brain waves are transmitted from the outside to the brain, the user experiences the corresponding sleep state. Therefore, patients with symptoms that are difficult to fall asleep from sleep (i.e. insomnia) or who have symptoms such as inability to sleep deeply and often wake up, such as by injecting EEG so that they do not wake up at a lower sleep stage, are preferred sleep patterns. It is possible to derive In addition, if you wake up at the end of the REM sleep, it is possible to provide a user with a refreshing and less unpleasant morning.
  • sound waves may be used as one of methods for delivering these brain waves to a user.
  • human audible frequencies range from 20Hz to 20kHz. Since the brain waves described above all have frequencies below the audible frequency ( ⁇ 20 Hz), the general method cannot deliver the desired frequency to the brain.
  • the brain waves must be delivered to the brain by using a binaural beat.
  • the brain uses a principle that the frequency corresponding to the frequency difference of the sound waves delivered to each ear is transmitted. For example, if you deliver 1500 Hz sound waves to the left ear and 1510 Hz sound waves to the right ear, the effect is actually the same as delivering 10 Hz to the brain waves.
  • the general sleep aid is mostly to help you wake up by a variety of sensors, such as analyzing only the sleep state, or ringing an alarm at the end of the REM sleep.
  • the position of the user's ear, whether or not lying sideways, etc. are not taken into account, so that sound waves of the desired frequency cannot be delivered to both ears accurately.
  • the bone conduction sound wave transmission device also has a disadvantage in that it is difficult to provide accurate stereo sound beats because the whole bone vibrates.
  • the present invention is to provide a sleep guidance device and a control method thereof that can induce a user's desired sleep more efficiently.
  • the present invention provides a sleep guidance device and a control method that can sense the sleep state of the user and the position of the body in a variety of ways, and can transmit the EEG suitable for the sleep state in a direction corresponding to the detected position of the body will be.
  • the sleep state detection unit for sensing the position of the user's sleep state and at least part of the body;
  • An output unit for stimulating at least one of the five senses of the user through at least one of vibration, sound, light, taste, and aroma;
  • a controller configured to output an output for maintaining or changing the sleep state of the user in response to the detected sleep state and the position of at least a part of the body.
  • the sleep state detection unit detects the position of each of the user's both ears
  • the output unit includes a plurality of sound output units provided in different positions
  • the control unit is the detected both sides of the sound output unit
  • the first frequency sound is output through the first sound output unit corresponding to one side of the position of the ear
  • the second frequency sound is output through the second sound output unit corresponding to the other side of the detected position of both ears, respectively.
  • the frequency difference between the first frequency sound and the second frequency sound may be controlled to correspond to the frequency of the EEG according to the desired sleep state.
  • the control unit is the first sound output unit
  • the steering device may be controlled to output the first frequency sound toward a position of the sensed one ear corresponding to the first sound output unit.
  • the controller may be configured to consider the distance between the first sound output unit and the detected position of one ear and the distance between the second sound output unit and the sensed position of the other ear.
  • Acoustic components for applying a cross talk cancellation (CTC) scheme to the frequency sound may be controlled to be added respectively.
  • CTC cross talk cancellation
  • the relative positional relationship between the first sound output unit, the second sound output unit, and the sleep state detecting unit may be obtained in advance in the control unit.
  • the sleep state detecting unit may further include a camera for acquiring an image of the user including both ears, a microphone for acquiring sound generated by the user during sleep, and a pressure for detecting the movement of the user from the lower part of the user's body. It may include at least one of the sensors.
  • At least one of the plurality of sound output units may be disposed below the user's body.
  • the sound output unit disposed in the lower portion may be implemented in a form constituting a part of the pillow.
  • the pillow may include at least one pressure sensor for detecting the position and the movement of the head of the user.
  • the output unit may further include at least one of an optical output unit for generating light, a fragrance output unit for spraying a substance containing fragrance, and a vibration output unit for generating vibration under the control of the controller. If it is determined that the user's sleep is to be terminated according to the sensed sleep state, at least one of the light output unit, the fragrance output unit, and the vibration output unit is controlled to generate at least one of the light, the fragrance, and the vibration. Can be.
  • the sleep state detecting unit may include a microphone for acquiring a sound generated by the user, and the output unit is disposed under the user's body to adjust the height according to the control of the controller to change the arrangement state of the body.
  • the control unit may include a driving unit, and the controller may control the height of the driving unit to be changed when it is determined that the user snores through the acquired sound.
  • the apparatus may further include a communication unit for performing data exchange with an external server via wire / wireless, and the controller may control the information on the detected sleep state to be transmitted to the external server.
  • the external server may include a preset web server, a medical institution server, and a social network service (SNS) server.
  • SNS social network service
  • a control method of a sleep induction device comprising: detecting a sleep state of a user and a position of at least a part of a body through a sleep state detection unit; And generating, through an output unit, a stimulus for maintaining or changing the sleep state of the user in response to the detected sleep state and the position of at least a part of the body, wherein the output unit includes vibration, sound, light, taste, At least one of the scents may stimulate at least one of the five senses of the user.
  • the sleep state detection unit detects the position of each of the user's both ears
  • the output unit includes a plurality of sound output units provided at different positions
  • the step of generating the stimulus is the A first frequency sound is controlled to be output through a first sound output unit corresponding to one side of the detected positions of both ears, and a second frequency sound is respectively output through a second sound output unit corresponding to the other side of the detected positions of both ears.
  • the frequency difference value between the first frequency sound and the second frequency sound corresponds to the frequency of the EEG according to the desired sleep state.
  • the plurality of sound output units may include a steering apparatus that may mechanically change a direction in which sound is output, and when the steering apparatus is provided in the first sound output unit, the magnetic poles.
  • the generating may include operating the steering device to output the first frequency sound toward a position of the sensed one ear corresponding to the first sound output unit.
  • the generating of the stimulus may include the first frequency in consideration of a distance between the position of the first sound output unit and the detected one ear and a distance between the position of the second sound output unit and the detected other ear.
  • An acoustic component for applying a cross talk cancellation (CTC) scheme to the sound and the second frequency sound may be added and performed, respectively.
  • CTC cross talk cancellation
  • the relative positional relationship between the first sound output unit, the second sound output unit, and the sleep state detection unit may be obtained in advance.
  • the sleep state detection unit is a camera for acquiring the image of the user including the both ears, a microphone for acquiring the sound generated by the user during sleep, pressure for detecting the user's movement in the lower part of the user's body It may include at least one of the sensors.
  • at least one of the plurality of sound output units may be disposed below the user's body in the form of a pillow or the like.
  • the pillow may include at least one pressure sensor for detecting the position and movement of the user's head.
  • the output unit may further include at least one of a light output unit for generating light, a fragrance output unit for spraying a substance containing fragrance, and a vibration output unit for generating vibration, and according to the detected sleep state. Determining to end sleep; And generating at least one of light, fragrance, and the vibration through at least one of the light output unit, the fragrance output unit, and the vibration output unit.
  • the sleep state detecting unit may include a microphone for acquiring a sound generated by the user, and the output unit is disposed under the user's body to adjust the height according to the control of the controller to change the arrangement state of the body. Including a driving unit, and determining whether the user snores through the obtained sound; And changing the height of the driving unit when it is determined that the nose is determined as a result of the determination.
  • the method may further include a communication unit for performing data exchange with an external server through a wired or wireless connection, and transmitting the information on the detected sleep state to the external server.
  • the external server may include a predetermined web server, a medical institution server, and a social network service (SNS) server.
  • SNS social network service
  • the sleep guidance device may provide an environment in which the user can take an improved sleep.
  • the present invention can detect the user's sleep state and the position of the body in a variety of ways, and transmit the brain waves suitable for the sleep state in a stereophonic manner in a direction corresponding to the detected position of the body.
  • 1 is a graph showing an example of general sleep stages.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a structure of a sleep induction device in which embodiments according to the present invention can be implemented.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a sleep state determination method using a user's movement in a sleep induction apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view for explaining a cross talk cancellation technique that can be applied to the sound output unit of the sleep guidance device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 illustrates an example of a sleep induction device configuration according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 shows an example of a form in which a part of the sleep induction device according to an embodiment of the present invention is implemented as a pillow.
  • FIG. 7 shows an example of a form in which the sleep induction device according to an embodiment of the present invention is integrated with a bed.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a structure of a sleep induction device in which embodiments according to the present invention can be implemented.
  • the sleep induction device includes a sleep state detection unit 210 for detecting a sleep state of a user, an output unit 220 for adjusting a sleep state of a user through various outputs, and a memory for storing data.
  • the unit 230 may include a communication unit 240 for performing data exchange with outside and wired / wireless, and a controller 250 for controlling the above-listed components.
  • the sleep state detection unit 210 may again include a camera 211, a microphone 213, and a pressure sensor 215.
  • the camera 211 is for capturing the whole body or a part of the user, and accurately analyzes the movement of the user such as flipping during sleep to grasp the sleep state, or accurately transmits the sleep guidance sound, which will be described later, to both ears of the user. In order to determine the position of the ear to obtain the image information.
  • the microphone 213 receives a sound signal generated during sleep by a user by a microphone and processes the sound signal into electrical voice data.
  • the processed voice data may be used as information for determining a sleep state such as whether the user is snoring or grinding the nose.
  • the microphone 213 may implement various noise removing algorithms for removing noise generated in the process of receiving an external sound signal.
  • the pressure sensor 215 is disposed under the body such as a mattress or a pillow when the user sleeps to determine information about the user's inclination, position of the body, placement state (side lying, lying down, or turned head). Create The pressure sensor is irrelevant to any device that can detect electromagnetic induction, electric strain, magnetism, strain gauge, vibration, and the like.
  • the output unit 220 may include a vibration output unit 221, a sound output unit 223, a scent output unit 227 and a light output unit 229.
  • the vibration output unit 221 may be used to generate a vibration to wake the user from the sleep state, and any device may be used as long as it can generate the vibration.
  • the sound output unit 223 is a device for outputting sound, and may output sound of various frequencies under the control of the controller. Sleep guidance apparatus according to the invention is preferably provided with at least three sound output unit 223 disposed in different positions.
  • the fragrance output unit 227 is a device for spraying a substance emitting a scent, a storage container for storing a substance to help stable sleep by the principle of aromatherapy and a device for spraying it into the air under the control of the controller It may include.
  • the light output unit 229 may include a light emitting device for emitting light under the control of the controller to give a visual stimulus to the user.
  • the light emitting device may allow the user to wake up with glare, blink at a specific frequency, or irradiate light of a predetermined wavelength to maintain a sleep state or to induce another sleep state.
  • an LED or a general light bulb may be used, and the display device may be implemented as a display device such as an LCD to display information related to sleep.
  • Each of the above-described output unit may be integrally formed with the sleep induction apparatus main body, or may be configured in a form of a part of the bed (for example, a head board, etc.), a pillow, a bed mat, etc., separated from the main body and connected by wire / wireless. have.
  • the output unit may further include a taste output unit.
  • the taste output unit may be provided with a device for spraying a taste-stimulating substance, that is, a substance having a specific taste into the oral cavity, or the taste-stimulating substance may be applied to itself to stimulate the taste of the user and maintain / change the sleep state. have.
  • the spreading device may spray the taste stimulating material into the oral cavity under the control of the controller.
  • the palate output unit is a bar of the stimulus through the output of the palate, it is preferable to be used in the form attached to or bite on the user's mouth or teeth or tongue during sleep.
  • a device for detecting the vibration of a specific pattern through the vibration output unit or the light of a specific frequency or flashing pattern through the light output unit is provided to operate in response to the detected vibration or light It may be implemented.
  • the memory unit 230 may include information about a desirable sleep pattern, sleep state information of the user collected through the sleep state detection unit 210, a driver or an operating system (OS) necessary for driving other components, including a controller, It can be used to store software such as applications.
  • the memory section includes flash memory type, hard disk type, multimedia card micro type, card type memory (e.g. SD or XD memory), RAM (Random Access) Memory, RAM), Static Random Access Memory (SRAM), Read-Only Memory (ROM), Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory (EEPROM), Programmable Read-Only Memory (PROM), Magnetic Memory, Magnetic Disk, Optical Disk It may include at least one type of storage medium.
  • the sleep guidance device may operate in connection with a web storage that performs a storage function of the memory unit 230 on the Internet.
  • the communication unit 240 may include a wired interface module, a wireless internet module, a short-range communication module, and the like to communicate with the outside by wire / wireless.
  • Wireless Internet module refers to a module for wireless Internet access.
  • Wireless Internet module (Wireless LAN), Wibro (Wireless broadband), Wimax (World Interoperability for Microwave Access), HSDPA (High Speed Downlink Packet Access), etc.
  • Data communication can be performed through a communication technology.
  • the short range communication module refers to a module for short range communication.
  • Bluetooth Radio Frequency Identification (RFID), Infrared Data Association (IrDA), Ultra Wideband (UWB), ZigBee, and the like may be used.
  • RFID Radio Frequency Identification
  • IrDA Infrared Data Association
  • UWB Ultra Wideband
  • ZigBee ZigBee
  • the wired interface module may receive data from an external device, receive power, transfer the power to each component inside the sleep induction device, or transmit data within the sleep induction device to an external device.
  • wired / wireless headset port may include an earphone port, a telephone line port, a universal serial bus (USB) port, a LAN line port, and a coaxial cable port.
  • USB universal serial bus
  • the controller 250 typically controls the overall operation of the mobile terminal. For example, the sleep state of the user is detected using information obtained through the sleep state detection unit, and the sound, fragrance, vibration, visual effects, etc. for maintaining / changing the sleep state of the user in response to the detected sleep state are determined. Comprehensive control and processing such as output through the output unit.
  • Various embodiments described herein may be implemented in a recording medium readable by a computer or similar device using, for example, software, hardware or a combination thereof.
  • the embodiments described herein include application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPDs), programmable logic devices (PLDs), field programmable gate arrays (FPGAs), and the like. It may be implemented using at least one of processors, controllers, micro-controllers, microprocessors, and electrical units for performing other functions. Embodiments, such as the procedures and functions described in this specification, may be implemented as separate software modules, each of which may perform one or more of the functions and operations described herein.
  • Software code may be implemented as a software application. The code may be stored in the memory unit 240 and executed by the controller 250.
  • the apparatus may further include a user input unit for receiving a command from a user.
  • the user input unit may include one or more key buttons corresponding to at least one command, and the key buttons may be implemented as hardware key buttons or as virtual key buttons on a touch screen.
  • each component of the above-described sleep guidance device may be implemented in one piece, or may be implemented in two or more separate detachable devices.
  • data communication between each device may be performed by wire or wirelessly, such as near field communication.
  • controller 250 there is not only one controller 250, but may be configured to include one or more auxiliary controllers for individually controlling each component or sharing the functions of the controller.
  • FIG. 2 Not all of the components shown in FIG. 2 are essential, so that a sleep guidance device having more or fewer components may be implemented.
  • the sleep state determination of the user may be performed by the controller 250 using information obtained through each component of the sleep state detector 210.
  • the image photographed through the camera may be classified into a case in which the user's head is largely included and a case in which the camera is not included.
  • the position of the user's ear may be determined based on the corresponding image.
  • two or more cameras they may be arranged to photograph the body parts separately. For example, when two cameras are used, one camera may capture an image of a user's whole body to capture an image for determining the position of the user's body on the bed and the size and frequency of movement of the body. The image may be photographed to be positioned at a position where the user's head may be focused to determine the distance and direction between the sound output unit and the user's ear.
  • the controller 250 may determine the position of the user's head or body, the lying posture and the movement through the pressure distribution and the area detected by the pressure sensor 215 such as a piezoelectric sensor. In addition, it is possible to determine the state of sleep, that is, whether REM sleep through the pressure sensor. This is because all muscles are relaxed and do not move in REM sleep. In other words, when the user's movement is not detected through the pressure sensor, it may be determined that the REM sleep state.
  • the pressure sensor may be embedded in beddings such as a user's blanket, rug, mat, bed mattress, pillow, or the like, or may be in the form of a cover of beddings.
  • the control unit 250 receives the sound information, such as snoring, snoring, breathing, speech, laughter, etc. of the user converted into an electrical signal through the microphone 213, the current user's sleep state and head position and lying down I can figure out a posture. For example, if you grind or snor, you can determine whether you are dreaming by grasping the quality of sleep and the severity of the disease, or by talking or laughing, depending on the frequency or loudness. Such sound information may be recorded and stored in the memory unit 230, and the content of the dream may be determined and psychological state identification / treatment may be performed using the sound information. In addition, when the user makes a sound while dreaming, it may be determined that the RAM is in a sleep state. In addition, when two or more microphones are disposed in different positions, the relative positional relationship with each microphone may be grasped by a difference in volume level for the same sound.
  • the sound information such as snoring, snoring, breathing, speech, laughter, etc.
  • the above determination means may be used independently, or two or more may be used in combination. Of course, when two or more determination means are used in combination, a more accurate sleep state of the user may be determined.
  • the movement / vibration of the body according to normal breathing is determined by the sleep state. It is preferable to filter so as not to be included in the number of movements.
  • a predetermined threshold is set in the magnitude of the movement or the pressure change for determining the sleep state, and the information for determining the sleep state only when there is a movement or the pressure change in the magnitude exceeding the threshold Number of times).
  • a more reliable sleep state determination is possible by weighting according to the magnitude of the movement / pressure change. For example, even if the same number of movements are counted during a certain time interval, it may be determined that the sleep is taken in a shallower stage when the movement is larger.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a sleep state determination method using a user's movement in a sleep induction apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the sleep state is determined by counting the number of times of movement of the user detected by the camera 211 and / or the pressure sensor 215.
  • the horizontal axis corresponds to time
  • the vertical axis corresponds to the depth of the water surface.
  • the controller 250 determines that the user is not. It can be determined that the person has entered the initial sleep state. After the movement of 2 ⁇ 0.5Hz is detected (320) can be determined to enter a deep sleep state, if the movement rises again from 1Hz-> 4 ⁇ 7Hz (330) can be determined to transition to REM sleep have. Then, if the movement of the body is detected very low (340) it can be determined that the user has entered the REM sleep state. Then, when the motion similar to 310 is detected again (350), it may be determined that the transition to the deep sleep state occurs, and when the movement suddenly becomes active (360), the user may be determined to have woken up.
  • the frequency of the above-described movement in FIG. 3 is exemplary, which may be variously set according to the threshold of the magnitude of the change in pressure / magnitude of the movement for the measurement unit and the count.
  • the controller 250 may control various components of the output unit 220 to generate various types of outputs according to the current sleep state and the desired sleep state of the user.
  • the human brain may change its sleep state in response to a wavelength transmitted to the brain.
  • the controller 250 transmits the frequency of the wavelength corresponding to the desired sleep state to the brain through a sound output unit 223 disposed at at least two different positions in a stereoscopic beat manner (binaural beat).
  • the stereoscopic beat method uses the principle that the frequency difference between the different sounds transmitted to the left and right ears is transmitted to the brain as described above. Therefore, it is important to deliver sounds of exactly different frequencies to both ears. For example, if it is necessary to transmit a wavelength of 4 Hz to the brain, 1504 Hz of sound must be delivered to one ear and 1500 Hz of sound to the other ear.
  • a method of determining a user's position, in particular, an ear's position using the image, pressure distribution, and / or sound described above is applied.
  • a method of mechanically changing the direction in which the sound output unit is directed is a method in which the sound output unit includes a steering apparatus which is electrically driven under the control of the controller to change the direction. That is, when the controller 250 determines the positions of both ears of the user based on the information obtained from the sleep state detecting unit 210, the sound output unit for one ear is directed to one ear, and the sound for the other ear. The output may control the steering device to face the other ear. At this time, the position of the ear is enough to separate one side / the other side is not necessary to distinguish the left / right.
  • the controller may determine the sound output unit closest to each ear as the sound output unit for the corresponding ear.
  • the relative positional relationship between the camera and the sound output unit is obtained in advance in the controller.
  • the relative positional relationship may be a value input in advance when the components constituting the sleep guidance apparatus are integrally implemented, or may be a form in which a user directly inputs the positional relationship in the case of a separate type.
  • the relative positional relationship may be implemented such that a short-range communication module is provided in each component so that the mutual position is calculated using signal reception strength and the like.
  • the controller may determine up to the position of the pillow using the image photographed through the camera. At this time, it is possible to determine the position of the pillow through the pressure sensor installed in the mattress or the like as well as the camera. That is, when information about the shape or area of the pillow is acquired in advance in the controller, it may be determined that the pillow is located at a position where the pressure distribution of the pattern corresponding to the pillow is detected by the pressure sensor.
  • FIG. 4 is a view for explaining a cross talk cancellation technique that can be applied to the sound output unit of the sleep guidance device according to an embodiment of the present invention.
  • sound output units are disposed at predetermined intervals on the left side 410 and the right side 420 based on the user's head 400.
  • the sound generated through the left sound output unit 410 is best transmitted to the left ear of the user (HLL), but a small amount may be transmitted to the right ear (HLR).
  • the sound generated through the right sound output unit 420 is best transmitted to the user's right ear (HRR), but a small amount may be transmitted to the left ear (HRL). Therefore, in order to accurately transmit the desired frequency to the brain, it is necessary to prevent the sound transmitted to each ear or the other ear.
  • noise that is combined and canceled when reaching the corresponding ears may be added in advance so that only the desired sound is transmitted.
  • the controller 250 outputs the left output sound 413 to which the component "3" is added to the left original sound 411 from the left sound output unit 410.
  • the controller 250 outputs the right output sound 423 in which the component “2” is added to the right original sound 421 from the right sound output unit 420.
  • the sound 415 that the user actually feels with the left ear is similar to the left original sound 411.
  • the "2" component output from the right sound output unit 420 is attenuated in the process of being transmitted to the left ear, and is canceled with the "3" component as it is switched to "2 '" as time passes.
  • the magnitudes of the "1" component and the "3” component are attenuated and offset with the "2" component as time passes, substantially minimizing the "1” component.
  • FIG. 4 (b) shows that the “3 '” component is delivered to the right ear, this may be substantially completely canceled by adjusting the noise component artificially added to the left output sound and the right output sound.
  • FIG. 4 (c) An example of a circuit configuration for implementing the above-described CTC scheme is as shown in FIG. 4 (c) discloses a one-dimensional filter configuration, but those skilled in the art can implement a higher-dimensional filter by design changes.
  • each sound output unit and both ears may be changed flexibly, and thus the degree of attenuation of the sound output from each sound output unit may be changed. It is preferable that the method of determining together be applied. That is, the noise to be inserted to cancel the original sound is preferably determined using the determined ear position. Also in this case, it is preferable that the relative positional relationship of each sound output unit is obtained in advance in the control unit 250.
  • the sound output unit is disposed on the upper left, upper right and pillows based on the user's head, respectively.
  • the sound output unit is disposed on the upper left, upper right and pillows based on the user's head, respectively.
  • each of the sound output units may be disposed on the upper left, upper right side, the left side of the pillow, and the right side of the pillow based on the user's head, or on the left, right side, the pillow, and the ceiling.
  • the method may also be applied.
  • FIG. 5 illustrates an example of a sleep induction device configuration according to an embodiment of the present invention.
  • the apparatus for inducing sleep includes a main body 510, a left sound output unit 223, a right sound output unit 223 ′, a pillow 520, and a mat 530.
  • the main body is provided with a controller 250, a camera 211, a microphone 213, and an optical output unit 229, and the camera is preferably disposed at an angle capable of photographing the user's body to include at least the user's head.
  • the light output unit is preferably disposed at an angle capable of transmitting output light to the eye position directly or indirectly when the user lies down.
  • the left sound output unit 223 and the right sound output unit 223 ′ are disposed at an upper portion so as to be spaced apart at a predetermined interval based on the user's head 500.
  • each of the sound output unit is provided with a steering device so that the direction of the separately output sound can be changed.
  • the pillow 520 is provided with a plurality of pressure sensors to determine the movement of the head, and a thin film speaker (Thin Film Speaker) as a sound output unit so as to transmit sound when the user is lying on the side and one ear is covered by the pillow. Can be.
  • the pressure sensor is disposed on the mat to detect the position of the user's body or the degree of movement.
  • the position at which the left sound output unit, the right sound output unit, and the pillow are disposed may be predetermined or may be configured to receive a changed value from the user as the user arbitrarily changes.
  • the controller 250 continuously or periodically analyzes information transmitted from the pressure sensor of the camera 211, the microphone 213, the pillow 520, and the pressure sensor of the mat 530, and analyzes the information of the user head 500.
  • Control the steering device of left / right sound output unit by calculating the distance and angle with each sound output unit according to the position, or selectively use the sound output unit built in the pillow, and apply the above-mentioned CTC method It can be controlled to deliver exactly to the ear.
  • the main body 510 may be replaced by a smart phone or a notebook including a corresponding component, a personal digital assistant (PDA), a portable multimedia player (PMP), a navigation, a tablet computer, and the like.
  • PDA personal digital assistant
  • PMP portable multimedia player
  • FIG. 6 shows an example of a form in which a part of the sleep induction device according to an embodiment of the present invention is implemented as a pillow.
  • a plurality of pressure sensors 215 may be disposed in the pillow 520 to detect a pressure generated from a user's head, and a sound output unit 223 ′′ in the form of a thin film may be provided. have.
  • the pillow structure shown in FIG. 6 is exemplary, and more or less pressure sensors may be arranged in other forms, and the thin film film-type sound output unit may also be replaced by another type of sound output device such as a general speaker or a bone conduction speaker. Of course it can.
  • FIG. 7 shows an example of a form in which the sleep induction device according to an embodiment of the present invention is integrated with a bed.
  • a bed 700 capable of performing a sleep induction function may be divided into a headboard part 710 and a flat part 720.
  • the headboard unit 710 may include a camera 211, a microphone 213, an light output unit 229, and two sound output units 223 and 223 ′. Descriptions of the respective parts are similar to that of the main body 510, the left sound output unit 223, and the right sound output unit 223 ′ described with reference to FIG. 5, and thus descriptions thereof will be omitted for simplicity.
  • a plurality of pressure sensors may be disposed in one region 730 of the flat portion 720 to detect the position and movement of the user's body.
  • a pillow as shown in FIG. 6 may additionally be used.
  • the maintenance / change of the sleep state through the sleep guidance apparatus according to the present invention may be variously performed.
  • REM sleep frequency can be delivered to the brain.
  • the vibration output unit 221 and / or the light output unit 229 when the state in which the end of sleep sleep is detected after exceeding the minimum sleep time set by the user so that the user can wake up with a pleasant mood Tactile / visual stimulation may also wake the user's sleep.
  • the sleep pattern desired by the user may be set in advance for each time zone, and accordingly, a frequency corresponding to the pattern may be continuously transmitted to the brain.
  • Sleep state information of the user stored in the memory unit 230 may be transmitted to the predetermined server through the communication unit 240 (for example, the Internet). Sleep state information transmitted to the server may be delivered to a variety of objects. For example, when the information is delivered to a specialized medical institution such as a hospital or a sleep clinic, the expert may receive feedback of an expert on his or her sleep content by an email or may receive recommended sleep pattern information through the communication unit 240 again.
  • the above-described method may be implemented as code that can be read by a processor in a medium in which a program is recorded.
  • processor-readable media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage, and the like, and may be implemented in the form of a carrier wave (for example, transmission over the Internet). Include.
  • the above-described sleep guidance apparatus and its control method are not limited to the configuration and method of the above-described embodiments, but the embodiments are all or part of each of the embodiments so that various modifications can be made. It may be configured in combination.

Abstract

본 발명은 수면 유도 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 사용자의 상태를 고려하여 오감 중 적어도 하나를 자극하여 사용자의 숙면을 유도하거나, 수면 상태를 변경 또는 중단시킬 수 있는 유도 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다. 본 발명의 일예와 관련된 수면 유도 장치는, 사용자의 수면상태 및 신체의 적어도 일부의 위치를 감지하기 위한 수면상태감지부; 진동, 음향, 빛, 맛, 향기 중 적어도 하나를 통하여 상기 사용자의 오감 중 적어도 하나를 자극하기 위한 출력부; 및 상기 감지된 수면상태 및 신체의 적어도 일부의 위치에 대응하여 상기 사용자의 수면상태를 유지하거나 변경하기 위한 출력이 상기 출력부에서 출력되도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

수면 유도 장치 및 그 제어방법
본 발명은 수면 유도 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 사용자의 상태를 고려하여 오감 중 적어도 하나를 자극하여 사용자의 숙면을 유도하거나, 수면 상태를 변경 또는 중단시킬 수 있는 유도 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
인간은 인생의 1/3을 잠자는데 소비하게 되며 몸과 마음은 하루 생활의 긴장으로부터 오는 스트레스를 극복해야 하고 다음날을 위해서 재충전되어 진다. 따라서, 숙면은 육체와 정신적인 면에 있어서 필수적이다. 숙면을 위한 과학적인 방법으로의 재충전 과정은 아주 중요하다 할 수 있다.
인간의 수면은 뇌파와 밀접한 관련이 있다.
뇌의 활동상태에 따라 뇌파는 알파파 (7-14Hz), 베타파 (14-30Hz), 델타파 (0.5-4Hz), 쎄타파 (4-8Hz)로 구분될 수 있는데, 흥분하거나 긴장했을때처럼 각성수준이 너무 높은 경우에는 주로 베타파가 나타나고, 졸립거나 수면시에는 델타파가 주로 나타나며, 각성수준이 너무 높지도 너무 낮지도 않은 상태에서는 알파파나 세타파가 나타난다.
수면 중에서도 뇌파의 형태에 따라 크게 렘(Rapid Eye Movement, 급속안구운동수면)수면과 비(非)렘수면으로 나뉘며, 비렘수면은 일반적으로 수면의 깊이에 따라 4단계로 재분류되기도 한다.
사람이 깨어 있을 때는 베타파가 주로 관측된다. 그러다가 눈을 감고 편안해지면 알파파가 증가하기 시작하고 비렘수면에 빠져들게 되며, 비렘수면의 단계가 지나갈수록 더 깊게 잠이 들면 뇌 역시 고요해지며 델타파를 방출하게 된다.
비렘수면이 끝나고 렘수면에 접어들기 시작하면, 뇌파는 마치 깨어 있을 때와 마찬가지로 베타파를 방출하면서 눈동자가 마치 빠르게 움직이는 물체를 볼 때와 같이 양 눈꺼풀 아래에서 빠르게 움직이기 시작한다. 상술한 수면의 단계를 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1은 일반적인 수면의 단계의 일례를 나타낸 그래프이다.
도 1을 참조하면, 비교적 초반(수면 시작 후 3시간 내외)에는 깊은 비렘 수면과 얕은 비렘 수면사이를 단계적으로 오가며, 후반으로 갈수록 렘 수면의 비중이 커진다. 지금까지의 관측에 의하면 꿈은 주로 렘수면 단계에서 꾸는 것으로 알려지고 있다. 또한, 인간이 렘수면 상태의 중간(110)에서 깨어나면 일어나기 힘들며 불쾌감을 느낄 수 있으나, 렘수면의 끝(120)에서 깨어나면 비교적 적은 불쾌함으로 개운함을 느끼며 깨어날 수 있다.
상술한 바와 같이 수면의 단계에 따라 뇌파가 각기 다르며, 외부에서 이러한 단계의 뇌파를 뇌에 전달하면 그에 대응되는 수면상태를 사용자는 체험하게 된다. 따라서, 깨어있는 상태에서 잠에 들기까지가 힘든 증상(즉, 불면증)이 있거나 잠들더라도 깊이 수면을 취하지 못하고 자주 깨는 등의 증상이 있는 환자에게 보다 낮은 수면 단계에서 깨어나지 않도록 뇌파를 주입함으로써 바람직한 수면 형태를 유도하는 것이 가능하다. 또한, 렘수면의 끝에서 잠을 깨도록 한다면 보다 개운하고 불쾌감이 적은 아침을 사용자에 제공하는 것이 가능하다.
바람직한 수면을 유도하기 위하여, 이러한 뇌파를 사용자에게 전달하기 위한 방법중 하나로 음파가 이용될 수 있다. 일반적으로 사람이 감지할 수 있는 가청주파수는 20Hz~20kHz이다. 앞서 설명한 뇌파들은 모두 가청주파수 이하(<20Hz)의 주파수를 갖기 때문에 일반적인 방법으로는 바람직한 주파수를 뇌에 전달할 수가 없다.
따라서, 입체 음향 비트(binaural beat)를 이용하여 뇌파를 뇌에 전달해야 한다. 이는 사람의 양측 귀에 서로 다른 주파수의 음파를 전달할 경우, 뇌에서는 각 귀로 전달되는 음파의 주파수 차이에 해당하는 주파수가 전달되는 원리를 이용한 것이다. 예를 들어, 왼쪽 귀에 1500Hz의 음파를 전달시키고, 오른쪽 귀에는 1510Hz의 음파를 전달시키면, 실제 그 효과는 10Hz를 뇌파로 전달하는 것과 동일하다는 것이다.
그런데, 일반적인 수면 보조 장치는 각종 센서로 수면 상태만을 분석하거나, 렘수면의 끝에서 알람을 울리는 등의 방법으로 개운하게 잠에서 깨도록 도와주는 것만이 대부분이다. 상술한 입체 음향 비트를 사용하는 경우라 하더라도, 사용자의 귀의 위치, 옆으로 누웠는지 여부 등이 고려되지 아니하여 정확히 양측 귀로 원하는 주파수의 음파를 전달하지 못한다. 골전도 방식의 음파 전달장치 또한, 골 전체를 진동시키기 때문에 정확한 입체 음향 비트를 제공하기 어렵다는 단점이 있다.
본 발명은 보다 효율적으로 사용자의 바람직한 수면을 유도할 수 있는 수면 유도 장치 및 그 제어방법을 제공하기 위한 것이다.
특히, 본 발명은 다양한 방법으로 사용자의 수면 상태 및 신체의 위치를 감지하고, 감지된 신체의 위치에 대응되는 방향으로 수면 상태에 적합한 뇌파를 전달할 수 있는 수면 유도 장치 및 그 제어방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일예와 관련된 수면 유도 장치는, 사용자의 수면상태 및 신체의 적어도 일부의 위치를 감지하기 위한 수면상태감지부; 진동, 음향, 빛, 맛, 향기 중 적어도 하나를 통하여 상기 사용자의 오감 중 적어도 하나를 자극하기 위한 출력부; 및 상기 감지된 수면상태 및 신체의 적어도 일부의 위치에 대응하여 상기 사용자의 수면상태를 유지하거나 변경하기 위한 출력이 상기 출력부에서 출력되도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 수면상태 감지부는 상기 사용자의 양측 귀 각각의 위치를 감지하고, 상기 출력부는 서로 다른 위치에 구비되는 복수의 음향출력부를 포함하며, 상기 제어부는 상기 복수의 음향출력부 중 상기 감지된 양측 귀의 위치 중 일측에 대응되는 제 1 음향출력부를 통해 제 1 주파수 음향이 출력되도록 제어하고, 상기 감지된 양측 귀의 위치 중 타측에 대응되는 제 2 음향출력부를 통해 제 2 주파수 음향이 각각 출력되도록 제어하되, 상기 제 1 주파수 음향과 상기 제 2 주파수 음향의 주파수 차분 값이 희망 수면상태에 따른 뇌파의 주파수에 대응되도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 복수의 음향출력부 중 적어도 일부 음향출력부에는 상기 제어부의 제어에 따라 음향을 출력하는 방향을 기계적으로 변경시킬 수 있는 조향장치가 구비되고, 상기 제어부는 상기 제 1 음향출력부에 상기 조향장치가 구비된 경우, 상기 제 1 음향출력부에 대응되는 상기 감지된 일측 귀의 위치를 향하여 상기 제 1 주파수 음향을 출력하도록 상기 조향장치를 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 제 1 음향출력부와 상기 감지된 일측 귀의 위치 사이의 거리 및 상기 제 2 음향출력부와 상기 감지된 타측 귀의 위치 사이의 거리를 고려하여 상기 제 1 주파수 음향 및 상기 제 2 주파수 음향에 교차 대화 상쇄(CTC) 방식을 적용하기 위한 음향 성분이 각각 추가되도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 제 1 음향출력부, 상기 제 2 음향출력부 및 상기 수면상태 감지부 사이의 상대적 위치 관계는 상기 제어부에 미리 획득되는 것일 수 있다.
또한, 상기 수면상태감지부는 상기 양측 귀를 포함하는 사용자의 영상을 획득하기 위한 카메라, 상기 사용자가 수면 중 발생시키는 음향을 획득하기 위한 마이크, 상기 사용자의 움직임을 사용자 신체의 하부에서 감지하기 위한 압력센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 음향출력부 중 적어도 하나는 사용자 신체를 기준으로 하부에 배치될 수 있다.
또한, 상기 하부에 배치되는 음향출력부는 베개의 일부를 구성하는 형태로 구현될 수 있다. 여기서 상기 베개는 상기 사용자의 머리의 위치 및 움직임을 감지하기 위한 적어도 하나의 압력센서를 포함할 수 있다.
한편, 상기 출력부는 상기 제어부의 제어에 따라 빛을 발생시키는 광출력부, 향을 함유한 물질을 살포하는 향기 출력부 및 진동을 발생시키는 진동 출력부 중 적어도 하나를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 감지된 수면상태에 따라 상기 사용자의 수면을 종료시키기로 결정한 경우, 상기 광출력부, 향기 출력부 및 진동 출력부 중 적어도 하나를 제어하여 상기 빛, 향 및 상기 진동 중 적어도 하나를 발생시키도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 수면상태감지부는 사용자가 발생시키는 음향을 획득하기 위한 마이크를 포함하고, 상기 출력부는 사용자의 신체의 하부에 배치되어 상기 신체의 배치 상태를 변경시키기 위하여 상기 제어부의 제어에 따라 높낮이가 조절되는 구동부를 포함하되, 상기 제어부는 상기 획득한 음향을 통해 상기 사용자가 코곯이를 하는 것으로 판단되는 경우, 상기 구동부의 높낮이가 변경되도록 제어할 수 있다.
아울러, 외부 서버와 유/무선으로 데이터 교환을 수행하기 위한 통신부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 감지된 수면상태에 대한 정보가 상기 외부 서버로 전송되도록 제어할 수 있다. 여기서 상기 외부 서버는 기 설정된 웹 서버, 의료 기관 서버 및 소셜 네트워크 서비스(SNS) 서버를 포함할 수 있다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일예와 관련된 수면 유도 장치의 제어방법은, 수면상태감지부를 통하여 사용자의 수면상태 및 신체의 적어도 일부의 위치를 감지하는 단계; 및 상기 감지된 수면상태 및 신체의 적어도 일부의 위치에 대응하여 상기 사용자의 수면상태를 유지하거나 변경하기 위한 자극을 출력부를 통하여 발생시키는 단계를 포함하되, 상기 출력부는 진동, 음향, 빛, 맛, 향기 중 적어도 하나를 통하여 상기 사용자의 오감 중 적어도 하나를 자극할 수 있다.
이때, 상기 수면상태 감지부는 상기 사용자의 양측 귀 각각의 위치를 감지하고, 상기 출력부는 서로 다른 위치에 구비되는 복수의 음향출력부를 포함하며, 상기 자극을 발생시키는 단계는 상기 복수의 음향출력부 중 상기 감지된 양측 귀의 위치 중 일측에 대응되는 제 1 음향출력부를 통해 제 1 주파수 음향이 출력되도록 제어하고, 상기 감지된 양측 귀의 위치 중 타측에 대응되는 제 2 음향출력부를 통해 제 2 주파수 음향이 각각 출력되도록 수행되고, 상기 제 1 주파수 음향과 상기 제 2 주파수 음향의 주파수 차분 값이 희망 수면상태에 따른 뇌파의 주파수에 대응되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 복수의 음향출력부 중 적어도 일부 음향출력부에는 음향을 출력하는 방향을 기계적으로 변경시킬 수 있는 조향장치가 구비되고, 상기 제 1 음향출력부에 상기 조향장치가 구비된 경우, 상기 자극을 발생시키는 단계는, 상기 제 1 음향출력부에 대응되는 상기 감지된 일측 귀의 위치를 향하여 상기 제 1 주파수 음향을 출력하도록 상기 조향장치가 가동되는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 자극을 발생시키는 단계는, 상기 제 1 음향출력부와 상기 감지된 일측 귀의 위치 사이의 거리 및 상기 제 2 음향출력부와 상기 감지된 타측 귀의 위치 사이의 거리를 고려하여 상기 제 1 주파수 음향 및 상기 제 2 주파수 음향에 교차 대화 상쇄(CTC) 방식을 적용하기 위한 음향 성분이 각각 추가되어 수행될 수 있다.
또한, 상기 제 1 음향출력부, 상기 제 2 음향출력부 및 상기 수면상태 감지부 사이의 상대적 위치 관계는 미리 획득될 수도 있다.
한편, 상기 수면상태감지부는 상기 양측 귀를 포함하는 사용자의 영상을 획득하기 위한 카메라, 상기 사용자가 수면 중 발생시키는 음향을 획득하기 위한 마이크, 상기 사용자의 움직임을 사용자 신체의 하부에서 감지하기 위한 압력센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 복수의 음향출력부 중 적어도 하나는 베개 등과 같은 형태로 사용자 신체를 기준으로 하부에 배치될 수 있다. 이때, 베개는 상기 사용자의 머리의 위치 및 움직임을 감지하기 위한 적어도 하나의 압력센서를 포함할 수 있다.
또한, 상기 출력부는 빛을 발생시키는 광출력부, 향을 함유한 물질을 살포하는 향기 출력부 및 진동을 발생시키는 진동 출력부 중 적어도 하나를 더 포함하고, 상기 감지된 수면상태에 따라 상기 사용자의 수면을 종료시키기로 결정하는 단계; 및 상기 광출력부, 향기 출력부 및 진동 출력부 중 적어도 하나를 통하여 빛, 향 및 상기 진동 중 적어도 하나를 발생시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 수면상태감지부는 사용자가 발생시키는 음향을 획득하기 위한 마이크를 포함하고, 상기 출력부는 사용자의 신체의 하부에 배치되어 상기 신체의 배치 상태를 변경시키기 위하여 상기 제어부의 제어에 따라 높낮이가 조절되는 구동부를 포함하되, 상기 획득한 음향을 통해 상기 사용자가 코곯이를 하는지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 판단 결과 코곯이를 하는 것으로 판단되는 경우, 상기 구동부의 높낮이를 변경시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
아울러, 외부 서버와 유/무선으로 데이터 교환을 수행하기 위한 통신부를 더 포함하고, 상기 감지된 수면상태에 대한 정보를 상기 외부 서버로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 외부 서버는 기 설정된 웹 서버, 의료 기관 서버 및 소셜 네트워크 서비스(SNS) 서버를 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 수면 유도 장치를 통하여 사용자에게 보다 향상된 수면을 취할 수 있는 환경을 제공할 수 있다.
특히, 본 발명은 다양한 방법으로 사용자의 수면 상태 및 신체의 위치를 감지하고, 감지된 신체의 위치에 대응되는 방향으로 수면 상태에 적합한 뇌파를 입체 음향 방식으로 전달할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일반적인 수면의 단계의 일례를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예들이 구현될 수 있는 수면 유도 장치 구조의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수면 유도 장치에서 사용자의 움직임을 이용한 수면 상태 판단 방법의 일례를 나타내기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수면 유도 장치의 음향출력부에 적용될 수 있는 교차 대화 상쇄 기법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수면 유도 장치 구성형태의 일례를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수면 유도 장치의 일부가 베개로 구현되는 형태의 일례를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수면 유도 장치가 침대 일체형으로 구현되는 형태의 일례를 나타낸다.
이하, 본 발명과 관련된 수면 유도 장치에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
먼저, 본 발명이 수행되기 위한 수면 유도 장치의 구성에 대하여 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예들이 구현될 수 있는 수면 유도 장치 구조의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 수면 유도 장치는 사용자의 수면 상태를 감지하기 위한 수면 상태 감지부(210), 다양한 출력을 통해 사용자의 수면 상태를 조절하기 위한 출력부(220), 데이터의 저장을 위한 메모리부(230), 외부와 유/무선으로 데이터 교환을 수행하기 위한 통신부(240) 및 상기 열거된 구성요소들을 제어하기 위한 제어부(250)를 포함할 수 있다.
이하, 상기 구성요소들에 대해 차례로 살펴본다.
먼저, 수면 상태 감지부(210)를 설명한다. 수면 상태 감지부는 다시 카메라(211), 마이크(213) 및 압력센서(215)를 포함할 수 있다.
카메라(211)는 사용자의 전신이나 일부를 촬영하기 위한 용도로, 수면 상태를 파악하기 위하여 수면중 뒤척임과 같은 사용자의 움직임을 분석하기 위한 영상이나, 후술될 수면 유도 음향을 사용자의 양측 귀에 정확히 전달하기 위하여 귀의 위치를 판단하기 위한 영상 정보를 획득하는 기능을 수행한다.
마이크(213)는 마이크로폰(Microphone)에 의해 사용자가 수면 중 발생시키는 음향 신호를 입력받아 전기적인 음성 데이터로 처리한다. 처리된 음성 데이터는 코를 곯고 있는지 여부나 이를 갈고 있는지 여부 등의 수면 상태를 판단하기 정보로 사용될 수 있다. 마이크(213)에는 외부의 음향 신호를 입력받는 과정에서 발생되는 잡음(noise)을 제거하기 위한 다양한 잡음 제거 알고리즘이 구현될 수 있다.
압력센서(215)는 사용자의 수면시 매트리스나 베개 등 신체 하부에 배치되어 사용자의 뒤척임이나 신체의 위치, 배치 상태(옆으로 누운 상태, 엎드린 상태, 고개를 돌린 상태) 등을 판단하기 위한 정보를 생성한다. 압력센서는 전자기유도, 전기변형, 자기변형, 스트레인게이지, 진동현상 등을 감지할 수 있는 어떠한 장치라도 무관하다.
다음으로, 출력부(220)는 진동출력부(221), 음향출력부(223), 향기출력부(227) 및 광출력부(229)를 포함할 수 있다.
진동출력부(221)는 진동을 발생시켜 사용자를 수면상태로부터 깨우기 위해 사용될 수 있으며, 진동을 발생시킬 수 있는 장치라면 어떠한 방식의 장치라도 무관하다.
음향출력부(223)는 음향을 출력하기 위한 장치로, 제어부의 제어에 따라 다양한 주파수의 음향을 출력할 수 있다. 본 발명에 따른 수면 유도 장치는 서로 다른 위치에 배치된 적어도 셋의 음향출력부(223)가 구비되는 것이 바람직하다.
향기출력부(227)는 향기를 발산하는 물질을 살포하기 위한 장치로, 아로마 테라피의 원리로 안정적인 수면에 도움이 되는 물질을 저장하기 위한 저장용기 및 이를 제어부의 제어에 따라 공기중으로 살포하기 위한 장치를 포함할 수 있다.
광출력부(229)는 제어부의 제어에 따라 발광하여 사용자에게 시각적 자극을 주기 위한 발광소자를 구비할 수 있다. 발광소자를 통하여 눈부심으로 사용자가 잠에서 깨도록 하거나, 특정 주파수로 점멸시키거나 소정 파장의 빛을 조사하여 수면 상태가 유지되거나 다른 수면 상태로 유도시킬 수 있다. 발광소자의 종류로는 LED나 일반적인 전구 등이 사용될 수 있으며, 수면에 관련된 정보를 표시하기 위하여 LCD 등의 디스플레이 장치로 구현될 수도 있다.
상술한 각 출력부는 수면 유도 장치 본체와 일체형으로 구성될 수도 있고, 침대의 일부(예를 들어, 헤드 보드 등), 베개, 침대 매트 속 등에 본체와 분리되어 유/무선으로 연결된 형태로 구성될 수도 있다.
이 외에도 도시되지는 않았으나, 출력부의 하나로 미각출력부가 더 포함될 수 있다. 미각출력부는 사용자의 미각을 자극하여 수면 상태를 유지/변경시키기 위하여 미각자극 물질, 즉, 특정 맛을 내는 물질을 구강 내로 살포하기 위한 장치를 구비하거나, 그 자체에 미각자극 물질이 도포되어 있을 수 있다. 살포 장치는 제어부의 제어에 따라 미각자극 물질을 구강내로 살포할 수 있다. 미각출력부는 해당 출력을 통한 자극의 대상이 미각인 바, 수면시 사용자의 구강이나 치아 또는 혀에 부착하거나 물고 있는 형태로 사용되는 것이 바람직하다. 아울러, 제어부의 제어 뿐 아니라, 진동출력부를 통한 특정 패턴의 진동이 감지되거나 광출력부를 통한 특정 주파수 또는 점멸패턴의 빛 등을 감지하기 위한 장치가 구비되어 해당 감지된 진동이나 빛에 대응하여 동작하도록 구현될 수도 있다.
다음으로, 메모리부(230)는 바람직한 수면 패턴의 정보, 수면 상태 감지부(210)를 통해 수집된 사용자의 수면 상태 정보, 제어부를 포함한 다른 구성요소의 구동에 필요한 드라이버나 운영체계(OS), 어플리케이션 등의 소프트웨어를 저장하기 위하여 사용될 수 있다. 메모리부는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 또한, 수면 유도 장치는 인터넷(internet)상에서 상기 메모리부(230)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage)와 관련되어 동작할 수도 있다.
통신부(240)는 외부와 유/무선으로 통신을 수행하기 위하여 유선 인터페이스 모듈, 무선 인터넷 모듈 및 근거리 통신 모듈 등을 포함할 수 있다.
무선 인터넷 모듈은 무선 인터넷 접속을 위한 모듈을 말하는 것으로 WLAN(Wireless LAN)(Wi-Fi), Wibro(Wireless broadband), Wimax(World Interoperability for Microwave Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 등의 무선통신 기술을 통하여 데이터 통신을 수행할 수 있다.
근거리 통신 모듈은 근거리 통신을 위한 모듈을 말한다. 근거리 통신(short range communication) 기술로 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), UWB(Ultra Wideband), ZigBee 등이 이용될 수 있다.
또한, 유선 인터페이스 모듈은 외부 기기로부터 데이터를 전송받거나, 전원을 공급받아 수면 유도 장치 내부의 각 구성 요소에 전달하거나, 수면 유도 장치 내부의 데이터가 외부 기기로 전송되도록 한다. 예를 들어, 유/무선 헤드셋 포트, 외부 충전기 포트, 유/무선 데이터 포트, 메모리 카드(memory card) 포트, 오디오 I/O(Input/Output) 포트, 비디오 I/O(Input/Output) 포트, 이어폰 포트, 전화선 포트, 범용직렬버스(USB) 포트, LAN선 포트, 동축케이블 포트 등이 유선 인터페이스 모듈에 포함될 수 있다.
제어부(controller, 250)는 통상적으로 이동 단말기의 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들어 수면 상태 감지부를 통해 획득된 정보를 이용하여 사용자의 수면 상태를 감지하고, 감지된 수면 상태에 대응하여 사용자의 수면 상태를 유지/변경하기 위한 음향, 향기, 진동, 시각효과 등을 결정하여 출력부를 통해 출력시키는 등 종합적인 제어 및 처리를 수행한다.
여기에 설명되는 다양한 실시예는 예를 들어, 소프트웨어, 하드웨어 또는 이들의 조합된 것을 이용하여 컴퓨터 또는 이와 유사한 장치로 읽을 수 있는 기록매체 내에서 구현될 수 있다.
하드웨어적인 구현에 의하면, 여기에 설명되는 실시예는 ASICs (application specific integrated circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays, 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적인 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능과 같은 실시예들은 별도의 소프트웨어 모듈들로 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 모듈들 각각은 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 기능 및 작동을 수행할 수 있다. 적절한 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 어플리케이션으로 소프트웨어 코드가 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 코드는 메모리부(240)에 저장되고, 제어부(250)에 의해 실행될 수 있다.
이외에도, 비록 도시되지는 않았으나 사용자로부터 명령을 입력받기 위한 사용자 입력부를 더 포함할 수 있다. 사용자 입력부는 적어도 하나의 명령과 대응되는 키버튼을 하나 이상 포함할 수 있으며, 키버튼은 하드웨어 키버튼으로 구현될 수도 있고 터치스크린 상의 가상 키버튼으로 구현될 수도 있다. 사용자 입력부를 통해 입력될 수 있는 명령의 종류로는, 수면 상태 감지부(210)를 통해 획득된 정보를 확인/출력하기 위한 명령, 희망 수면 패턴을 선택하기 위한 명령, 후술될 카메라와 스피커 사이의 상대적 위치 정보를 입력하기 위한 명령 등이 있다.
한편, 상술한 수면 유도 장치의 각 구성요소들은 일체형으로 구현될 수도 있고, 독립된 둘 이상의 분리 가능한 장치로 구현될 수도 있다. 분리 가능한 장치로 구현되는 경우에는 각 장치간의 데이터 통신은 유선으로 수행될 수도 있고, 근거리 통신 등과 같은 무선으로 수행될 수도 있다.
아울러, 제어부(250)는 하나만 있는 것이 아니라, 각 구성요소를 개별적으로 제어하거나 상술한 제어부의 기능을 분담하여 수행하기 위한 보조 제어부가 하나 이상 더 포함되도록 구성될 수도 있다.
도 2에 도시된 구성요소들이 모두 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 수면 유도 장치가 구현될 수도 있다.
이하에서는 상술한 구성의 수면 유도 장치를 통하여 사용자의 수면 상태를 판단하고, 판단 결과에 따라 수면 상태를 유지하거나 변경하기 위한 방법을 설명한다.
수면 상태의 판단
사용자의 수면 상태 판단은 제어부(250)에서 수면 상태 감지부(210)의 각 구성요소를 통해 획득된 정보를 이용하여 수행될 수 있다.
1. 영상을 이용한 판단(Vision sensing)
먼저, 카메라(211)를 통해 획득된 사용자의 영상을 이용하여 움직임의 크기, 움직임의 빈도, 수면 유도 장치의 각 구성요소와의 상대적인 위치(예를 들어, 귀와 음향출력부 사이의 방향 및 거리), 누운 상태(엎드림, 옆으로 누움, 바로 누움 등) 등을 판단할 수 있다.
1개의 카메라가 사용되는 경우 이를 통하여 촬영되는 영상은 카메라가 배치되는 위치에 따라, 크게 사용자의 머리를 포함하는 경우와 포함하지 않는 경우로 구분될 수 있다. 사용자의 머리를 포함하는 경우에는 해당 영상을 통하여 사용자의 귀의 위치를 판단할 수 있다. 또한, 둘 이상의 카메라가 사용되는 경우에는 신체 각부를 구분하여 촬영할 수 있도록 배치될 수도 있다. 예를 들어, 2개의 카메라가 사용되는 경우 하나의 카메라로는 사용자의 전신을 촬영하여 침대 상에서의 사용자 몸의 위치, 신체의 움직임의 크기와 빈도를 판단하기 위한 영상이 촬영될 수 있으며, 나머지 카메라는 사용자의 머리 부근을 중점적으로 촬영할 수 있는 위치에 배치되어 음향출력부와 사용자의 귀 사이의 거리 및 방향을 판단할 수 있는 영상이 촬영될 수 있다.
2. 압력 분포를 이용한 판단(Pressure sensing)
제어부(250)는 압전 센서 등과 같은 압력 센서(215)에서 감지된 압력 분포 및 면적을 통해서 사용자의 머리나 몸의 위치 및 누워있는 자세 및 움직임을 판단할 수 있다. 또한, 압력 센서를 통해 수면의 상태, 즉, 렘수면의 여부도 판단이 가능하다. 이는 렘 수면 상태에서는 모든 근육이 이완되어 움직이지 않음을 이용한 것이다. 다시 말하면, 압력센서를 통해 사용자의 움직임이 감지되지 않는 경우 렘수면 상태인 것으로 판단될 수 있다. 이러한 압력 센서는 사용자의 이불, 깔개, 매트, 침대 매트리스, 베개 등과 같은 침구류에 내장될 수도 있고, 침구류의 커버 형태가 될 수도 있다.
3. 음향을 이용한 판단(Auditory sensing)
*제어부(250)는 마이크(213)를 통해 전기 신호로 변환된 사용자의 코골이, 이가는 소리, 숨소리, 말소리, 웃음소리 등의 음향 정보를 입력 받아 현재 사용자의 수면 상태 및 머리의 위치 및 누워있는 자세를 파악할 수 있다. 예를 들어, 이를 갈거나 코골이를 할 경우 빈도나 소리의 크기에 따라 수면의 품질 및 질환의 심각성 정도를 파악하거나, 말소리/웃음소리 등을 파악하여 꿈을 꾸고 있는지 여부를 판단할 수 있다. 이러한 음향 정보는 녹음되어 메모리부(230)에 저장될 수 있으며,이를 이용하여 꿈의 내용을 판단하고 심리적인 상태 파악/치료 등이 가능할 수 있다. 또한, 사용자가 꿈을 꾸면서 소리를 내는 경우, 렘 수면 상태인 것으로 판단할 수 있다. 아울러, 서로 다른 위치에 마이크가 둘 이상 배치되는 경우에는 동일한 소리에 대한 볼륨 크기의 차이로 각 마이크와의 상대적인 위치관계까지 파악될 수 있다.
4. 종합적인 판단
상술한 판단 수단은 독립적으로 사용될 수도 있고, 둘 이상이 조합되어 사용될 수도 있다. 둘 이상의 판단 수단이 조합되어 사용되는 경우 보다 정확한 사용자의 수면 상태가 판단될 수 있음은 물론이다.
카메라(211)를 통하여 촬영된 영상에서 사용자의 신체의 변위나 압력센서(215)를 통하여 감지된 압력 변화의 횟수로 수면 상태를 판단하는 경우, 정상적 호흡에 따른 신체의 움직임/진동은 수면 상태 판단을 위한 움직임 횟수에 포함되지 않도록 필터링되는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 수면 상태 판단을 위한 움직임의 크기나 압력 변화의 크기에 소정의 임계값을 설정하고, 해당 임계값을 넘어서는 크기의 움직임이나 압력의 변화가 있는 경우에만 수면 상태 판단을 위한 정보(즉, 횟수 카운트)로 이용되도록 할 수 있다.
또한, 동일한 빈도로 움직임/압력 변화가 있는 경우라도, 움직임/압력 변화의 크기에 따라 가중치를 두어 보다 신뢰성 있는 수면 상태 판단이 가능하다. 예를 들어, 일정 시간 간격 동안 같은 횟수의 움직임이 카운트 되더라도, 움직임의 크기가 더 큰 경우 더 얕은 단계의 수면을 취하는 것으로 판단될 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여 사용자의 움직임을 이용한 수면 상태 판단 방법을 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수면 유도 장치에서 사용자의 움직임을 이용한 수면 상태 판단 방법의 일례를 나타내기 위한 도면이다.
도 3에서는 카메라(211) 및/또는 압력 센서(215)를 통해 감지된 사용자의 움직임의 시간당 횟수를 카운트하여 수면 상태를 판단하는 것으로 가정한다. 또한, 그래프에서 가로축은 시간에 대응되며, 세로축은 수면의 깊이에 대응된다.
도 3을 참조하면, 깨어있는 상태에서는 움직임이 활발하여 높은 빈도의 움직임을 보이다가, 25Hz -> 12Hz -> 5Hz -> 2Hz~0.5Hz 로 차차 감소됨에 따라(310) 제어부(250)는 사용자가 초기 수면 상태로 진입한 것으로 판단할 수 있다. 이후 2~0.5Hz의 움직임이 감지되면(320) 깊은 수면 상태로 진입한 것으로 판단할 수 있으며, 다시 움직임이 1Hz -> 4~7Hz 정도로 상승하면(330) 렘 수면으로의 전이 상태로 판단할 수 있다. 이후 몸의 움직임이 매우 낮게 감지되면(340) 사용자가 렘 수면 상태로 진입한 것으로 판단할 수 있다. 이후 다시 310과 유사한 움직임이 감지되면(350) 깊은 수면 상태로의 전이가 일어나는 것으로 판단할 수 있으며, 갑자기 움직임이 활발해지는 경우(360) 사용자가 깨어난 것으로 판단할 수 있다.
도 3에서 상술한 움직임의 빈도는 예시적인 것으로, 이는 측정 단위와 카운트를 위한 움직임의 크기/압력 변화의 크기의 임계값에 따라 다양하게 설정될 수 있음은 물론이다.
출력부를 이용한 수면 상태의 유지/변경
사용자의 수면 상태를 유지시키거나 변경하기 위하여, 제어부(250)는 출력부(220)의 각 구성요소를 제어하여 사용자의 현재 수면 상태 및 희망 수면 상태에 따른 다양한 형태의 출력을 발생시킬 수 있다.
구체적으로, 전술된 바와 같이 사람의 뇌는 뇌로 전달되는 파장에 대응되어 수면 상태가 변경될 수 있다. 이를 통하여, 희망 수면 상태에 대응되는 파장의 주파수를 뇌로 전달하기 위하여 제어부(250)는 적어도 둘의 서로 다른 위치에 배치된 음향 출력부(223)를 통해 입체 음향 비트(binaural beat) 방식으로 해당 주파수를 뇌로 전달할 수 있다. 이때, 입체 음향 비트 방식은 전술된 바와 같이 좌측 귀와 우측 귀에 각각 전달되는 서로 다른 음향의 주파수 차분만큼이 뇌로 전달되는 원리를 이용한 것이다. 따라서, 양 귀에 정확히 서로 다른 주파수의 음향을 전달하는 것이 중요하다. 예를 들어, 4Hz의 파장을 뇌로 전달해야 하는 경우 일측 귀에 1504Hz의 음향이, 타측 귀에 1500Hz의 음향이 정확히 전달되어야 한다. 이를 위하여 상술한 영상, 압력 분포 및/또는 음향을 이용한 사용자의 위치, 특히 귀의 위치 판단 방법이 적용된다.
수면 상태 감지부(210)를 통해 양측 귀의 위치가 판단되면, 판단된 양측 귀에 정확히 소리를 전달하기 위하여 1) 각 귀를 담당하는 음향출력부가 향하는 방향을 기계적으로 움직이는 방법, 2) 교차 대화 상쇄(CTC: Cross Talk Cancellation) 기법을 사용하는 방법, 3) 셋 이상의 서로 다른 위치에 음향출력부를 배치하는 방법이 사용될 수 있다.
먼저 음향출력부가 향하는 방향을 기계적으로 바꾸는 방법은, 음향출력부에 제어부의 제어에 따라 전기적으로 구동되어 방향이 변경될 수 있는 조향장치를 구비하도록 하는 방법이다. 즉, 제어부(250)가 수면 상태 감지부(210)로부터 획득된 정보를 통하여 사용자의 양측 귀의 위치를 각각 판단하면, 일측 귀를 담당하는 음향출력부는 일측 귀를 향하도록, 타측 귀를 담당하는 음향출력부는 타측 귀를 향하도록 조향장치를 제어할 수 있다. 이때, 귀의 위치는 일측/타측의 구분으로 충분하며 좌측/우측의 구분이 필수적인 것은 아니다. 예를 들어, 두 개의 음향출력부가 사용자 머리를 기준으로 좌측과 우측에 소정 간격 이격되어 배치된 경우, 사용자가 바로 누운 상태에서 엎드려 누운 상태를 오갈 때마다 좌측 귀와 우측 귀의 위치가 반대가 된다. 그러나, 각 귀로 전달되는 주파수의 차분만이 중요할 뿐, 어느 주파수가 어느쪽 귀로 들어가는지에는 무관하다. 따라서, 제어부는 각 귀를 담당하는 음향출력부를 결정함에 있어, 각 귀에 가장 가까운 음향출력부를 해당 귀를 담당하는 음향출력부로 결정할 수 있다.
물론, 정확히 각 귀의 위치를 판단하고 음향출력부의 방향을 그에 대응되도록 변경하기 위해서는 카메라와 음향출력부 사이의 상대적 위치 관계가 미리 제어부에 획득되어 있는 것이 바람직하다. 상대적 위치 관계는, 수면 유도 장치를 구성하는 구성요소들이 일체형으로 구현되는 경우 미리 입력된 값일 수도 있고, 분리형인 경우 사용자가 위치 관계를 직접 입력하는 형태가 될 수도 있다. 이와 달리, 상대적 위치 관계는 각 구성요소들에 근거리 통신 모듈이 구비되어 신호 수신 강도 등을 이용하여 상호간의 위치가 계산되도록 구현될 수도 있다.
또한, 음향출력부의 일부가 베개에 존재하는 경우, 베개가 움직이는 경우도 고려되는 것이 바람직하다. 즉, 사용자의 머리의 위치와 베개의 위치가 일치하지 않는 경우 또한 고려되어야 한다. 이를 위하여, 제어부는 카메라를 통하여 촬영된 영상을 이용하여 배게의 위치까지 판단할 수도 있다. 이때, 카메라 뿐만 아니라 매트리스 등에 설치된 압력센서를 통해서도 배게의 위치의 판단이 가능하다. 즉, 베개의 형상이나 면적 등에 대한 정보가 미리 제어부에 획득된 경우에는 압력 센서에서 베개에 해당하는 패턴의 압력분포가 감지되는 위치에 배게가 있는 것으로 판단될 수 있다.
다음으로, 교차 대화 상쇄 기법을 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수면 유도 장치의 음향출력부에 적용될 수 있는 교차 대화 상쇄 기법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저 도 4의 (a)를 참조하면, 사용자의 머리(400)를 기준으로 좌측(410)과 우측(420)에 음향출력부가 각각 소정 간격 이격되어 배치된다. 이때, 좌측 음향출력부(410)를 통해 발생되는 음향은 사용자의 좌측 귀에 가장 잘 전달되나(HLL), 우측 귀에도 소량이 전달될 수 있다(HLR). 또한, 우측 음향출력부(420)를 통해 발생되는 음향은 사용자의 우측 귀에 가장 잘 전달되나(HRR), 좌측 귀에도 소량이 전달될 수 있다(HRL). 따라서, 뇌로 희망 주파수를 정확히 전달하기 위해서는 각 귀로 전달되는 소리나 다른 귀에 전달되지 않도록 할 필요가 있다.
이를 위해, 두 음향출력부에서 각각 출력되는 음향이 하나의 귀에 전달되었을 때 희망하는 음향만 전달될 수 있도록 해당 귀에 도달될 때 결합되어 상쇄되는 잡음을 미리 추가할 수 있다.
즉, 도 4의 (b)와 같이 좌측 귀에 전달하고자 하는 좌측 원본 음향(411)이 성분 "1" 만을 가지고 있고, 우측 귀에 전달하고자 하는 우측 원본 음향(421)에는 아무 성분이 없는 경우를 가정한다. 이때, 제어부(250)는 좌측 원본 음향(411)에 "3"이라는 성분을 추가한 좌측 출력음향(413)을 좌측 음향출력부(410)에서 출력되도록 한다. 또한, 제어부(250)는 우측 원본 음향(421)에 "2"라는 성분을 추가한 우측 출력음향(423)을 우측 음향출력부(420)에서 출력되도록 한다.
그 결과, 사용자가 실제 좌측 귀로 느껴지는 음향(415)은 좌측 원본 음향(411)과 유사하게 된다. 이는 우측 음향출력부(420)에서 출력된 "2" 성분이 좌측귀로 전달되는 과정에서 크기가 감쇠되고 시간이 밀리면서 "2'"로 전환되면서 "3" 성분과 상쇄되기 때문이다. 우측 귀의 경우(425)도 유사하게, "1" 성분 및 "3" 성분의 크기가 감쇠되고 시간이 밀림에 따라 "2" 성분과 상쇄되어 실질적으로 "1" 성분은 최소화된다. 비록 도 4의 (b)에서는 우측 귀에 "3'" 성분이 전달되는 것으로 도시되나, 이는 보다 좌측 출력음향과 우측 출력음향에 인위적으로 추가되는 잡음 성분을 조절함에 따라 실질적으로 완전히 상쇄될 수 있다.
*상술한 CTC 방식을 구현하기 위한 회로 구성의 일례는 도 4의 (c)에 도시된 바와 같다. 도 4의 (c)에는 1차원적인 필터 구성이 개시되나, 당업자라면 누구나 설계 변경을 통하여 보다 고차원을 필터를 구현할 수 있다.
다만, 사용자가 움직임에 따라 각 음향출력부와 양측 귀 사이의 거리가 유동적으로 변경될 수 있고, 그에 따라 각 음향출력부에서 출력되는 음향이 감쇄되는 정도가 변경될 수 있기 때문에, 상술한 귀의 위치를 판단하는 방법이 함께 적용되는 것이 바람직하다. 즉, 판단된 귀의 위치를 이용하여 원본 음향에 상쇄를 위해 삽입할 잡음이 결정되는 것이 바람직하다. 이 경우에도 각 음향출력부의 상대적 위치 관계가 미리 제어부(250)에 획득되어 있는 것이 바람직하다.
다음으로, 셋 이상의 서로 다른 위치에 음향출력부를 배치하는 방법을 설명한다. 이는 셋 이상의 서로 다른 위치에 배치된 음향 출력부들 중 수면 상태 감지부를 통하여 감지된 사용자의 귀의 위치에 가장 적합한 두 개의 음향 출력부를 사용하는 방법이다.
예를 들어, 사용자의 머리를 기준으로 좌측 상단, 우측 상단 및 베개에 각각 음향 출력부가 배치되는 경우를 가정한다. 이때, 카메라를 통하여 획득된 사용자의 영상에서 사용자가 옆으로 누움에 따라 일측 귀가 베개를 향하고 있는 경우, 베개에 배치된 음향 출력부와 나머지 두 음향출력부 중 타측 귀에 가까운 음향출력부를 이용하여 입체 음향 비트(binaural beat)를 출력시킬 수 있다.
또한, 네 개의 음향출력부가 사용되는 경우에는 사용자의 머리를 기준으로 좌측 상단, 우측 상단, 베개 좌측 및 베개 우측에 각 음향출력부를 배치하거나, 좌측, 우측, 베개 및 천장에 각 음향출력부를 배치하는 방법 등도 적용될 수 있다.
상술한 세 가지 방법은 단독으로 또는 둘 이상의 조합으로 적용될 수 있다.
이하에서는 도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 수면 유도 장치의 각 구성요소가 배치되는 구체적인 형태들을 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수면 유도 장치 구성형태의 일례를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수면 유도 장치는 본체(510), 좌측 음향출력부(223), 우측 음향출력부(223'), 베개(520) 및 매트(530)로 구성될 수 있다. 본체에는 제어부(250), 카메라(211)와 마이크(213) 및 광 출력부(229)가 구비되며, 카메라는 적어도 사용자의 머리를 포함하도록 사용자의 신체를 촬영할 수 있는 각도로 배치되는 것이 바람직하며, 광 출력부는 사용자가 바로 누웠을 때 눈의 위치로 직/간접으로 출력광을 전달할 수 있는 각도로 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 좌측 음향출력부(223) 및 우측 음향출력부(223')는 사용자의 머리(500)를 기준으로 일정 간격 이격되도록 상부에 각각 배치된다. 또한, 각 음향출력부는 개별적으로 출력되는 음향의 방향이 변경될 수 있도록 조향장치를 구비한다. 베개(520)에는 머리의 움직임을 판단할 수 있도록 압력 센서가 복수개 구비되며, 사용자가 옆으로 누워 일측 귀가 베개에 가려질 경우 소리를 전달할 수 있도록 박막 스피커(Thin Film Speaker)를 음향출력부로 구비할 수 있다. 아울러, 매트에도 사용자의 몸의 위치나 움직임의 정도를 감지할 수 있도록 압력센서가 배치된다.
좌측 음향출력부, 우측 음향출력부 및 베개가 배치된 위치는 미리 결정될 수도 있고, 사용자가 임의로 변경함에 따라 변경된 값을 사용자로부터 입력받도록 구성될 수도 있다. 제어부(250)는 연속적으로 또는 주기적으로 카메라(211), 마이크(213), 베게(520)의 압력 센서와 매트(530)의 압력 센서로부터 전달되는 정보를 종합적으로 분석하여 사용자 머리(500)의 위치에 따라 각 음향출력부와의 거리 및 각도를 계산하여 좌/우측 음향출력부의 조향장치를 제어하거나, 베개에 내장된 음향출력부를 선택적으로 이용하며, 상술한 CTC 방식을 적용하여 희망 음향이 양측 귀에 정확히 전달될 수 있도록 제어할 수 있다.
이때, 본체(510)는 해당 구성요소를 포함하는 스마트 폰이나 노트북, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, 태플릿 컴퓨터 등으로 대체될 수 있다.
상술한 베개(520)의 보다 구체적인 내부 형태를 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수면 유도 장치의 일부가 베개로 구현되는 형태의 일례를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 베개(520)의 내부에는 사용자의 머리로부터 발생되는 압력을 감지하기 위한 압력 센서(215)들이 복수개 배치되고, 박막 필름 형태의 음향출력부(223'')가 구비될 수 있다.
도 6에 나타난 배게 구조는 예시적인 것으로, 더 많거나 적은 압력 센서가 다른 형태로 배치될 수도 있으며, 박막 필름 형태의 음향출력부 또한 일반적인 스피커나 골전도 스피커 등 다른 종류의 음향출력장치로 대체될 수 있음은 물론이다.
다음으로, 도 7을 참조하여 침대형으로 구현된 수면 유도 장치 구조의 일례를 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수면 유도 장치가 침대 일체형으로 구현되는 형태의 일례를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수면 유도 기능을 수행할 수 있는 침대(700)는 헤드보드부(710)와 평상부(720)로 구분될 수 있다. 헤드보드부(710)에는 카메라(211), 마이크(213), 광출력부(229) 및 두 음향출력부(223, 223')가 배치될 수 있다. 각부의 설명은 도 5를 참조하여 설명한 본체(510), 좌측 음향출력부(223), 및 우측 음향출력부(223')와 각각 유사하므로 명세서의 간명함을 위하여 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 다만, 이와 같이 헤드보드 상에서 해당 구성요소들이 일체형으로 구현되는 경우, 음향출력부들과 카메라 사이의 상대적인 위치가 고정되므로 상대적인 위치에 관련된 정보를 미리 메모리부(230)에 입력해둘 수도 있다. 또한, 평상부(720)의 일 영역(730)에는 사용자의 몸의 위치 및 움직임을 감지할 수 있는 복수의 압력 센서들이 배치될 수 있다. 한편, 도시되지는 않았으나 도 6에서 도시된 바와 같은 베개가 추가적으로 사용될 수 있음은 물론이다.
구체적인 수면 상태의 유지/변경 형태
본 발명에 따른 수면 유도 장치를 통한 수면 상태의 유지/변경은 다양하게 수행될 수 있다.
예를 들어, 렘 수면을 유지시키고자 하는 경우 수면 상태에 무관하게 지속적으로 렘 수면에 대응되는 주파수가 뇌에 전달되도록 할 수도 있고, 렘 수면에서 다시 깊은 수면이나 낮은 수면상태로의 전이가 감지되는 경우에만 렘 수면에 대응되는 주파수가 뇌에 전달되도록 할 수도 있다.
또한, 쾌적한 기분으로 사용자가 잠에서 깰 수 있도록 사용자가 설정한 최소 수면시간을 초과한 이후 렘 수면이 종료되는 상태가 감지될 때 진동출력부(221) 및/또는 광출력부(229)를 통한 촉각/시각 자극을 통하여 사용자의 잠을 깨울 수도 있다. 아울러, 사용자가 원하는 수면 패턴을 시간대별로 미리 설정해두고, 그에 따라 지속적으로 해당 패턴에 대응되는 주파수가 뇌에 전달되도록 할 수도 있다.
판단된 사용자의 수면 상태 정보의 활용
메모리부(230)에 저장된 사용자의 수면 상태 정보가 통신부(240)를 통해(예를 들면, 인터넷 등) 기 설정된 서버로 전송되도록 할 수 있다. 서버에 전달된 수면 상태 정보는 다양한 객체로 전달될 수 있다. 예를 들어, 병원이나 수면 클리닉과 같은 전문 의료기관으로 해당 정보가 전달되면, 자신의 수면내용에 대한 전문가의 피드백을 이메일로 받거나, 다시 통신부(240)를 통해 권장 수면 패턴 정보가 수신될 수 있다.
이를 통해 직접 병원에 가지 않고도 온라인 상으로 자신의 상태를 병원에 보낼 수 있으며 처방에 대한 조언을 받을 수도 있다. 또한, 위치기반 서비스에 연동시켜 가까운 병원을 추천하고, 치료 상담 연결 등이 수행되도록 할 수도 있다. 뿐만 아니라, 수면 무호흡증과 같이 위험한 상황이 감지되면 바로 가족이나 인근 응급 의료기관 등을 자동으로 호출하도록 할 수도 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의하면, 전술한 방법은, 프로그램이 기록된 매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 매체의 예로는, ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.
상기와 같이 설명된 수면 유도 장치 및 그 제어방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (26)

  1. 사용자의 수면상태 및 신체의 적어도 일부의 위치를 감지하기 위한 수면상태감지부;
    진동, 음향, 빛, 맛, 향기 중 적어도 하나를 통하여 상기 사용자의 오감 중 적어도 하나를 자극하기 위한 출력부; 및
    상기 감지된 수면상태 및 신체의 적어도 일부의 위치에 대응하여 상기 사용자의 수면상태를 유지하거나 변경하기 위한 출력이 상기 출력부에서 출력되도록 제어하는 제어부를 포함하는, 수면 유도 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 수면상태 감지부는 상기 사용자의 양측 귀 각각의 위치를 감지하고,
    상기 출력부는 서로 다른 위치에 구비되는 복수의 음향출력부를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 음향출력부 중 상기 감지된 양측 귀의 위치 중 일측에 대응되는 제 1 음향출력부를 통해 제 1 주파수 음향이 출력되도록 제어하고, 상기 감지된 양측 귀의 위치 중 타측에 대응되는 제 2 음향출력부를 통해 제 2 주파수 음향이 각각 출력되도록 제어하되, 상기 제 1 주파수 음향과 상기 제 2 주파수 음향의 주파수 차분 값이 희망 수면상태에 따른 뇌파의 주파수에 대응되도록 제어하는 것을 특징으로하는 수면 유도 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 복수의 음향출력부 중 적어도 일부 음향출력부에는 상기 제어부의 제어에 따라 음향을 출력하는 방향을 기계적으로 변경시킬 수 있는 조향장치가 구비되고,
    상기 제어부는,
    상기 제 1 음향출력부에 상기 조향장치가 구비된 경우, 상기 제 1 음향출력부에 대응되는 상기 감지된 일측 귀의 위치를 향하여 상기 제 1 주파수 음향을 출력하도록 상기 조향장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 수면 유도 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제 1 음향출력부와 상기 감지된 일측 귀의 위치 사이의 거리 및 상기 제 2 음향출력부와 상기 감지된 타측 귀의 위치 사이의 거리를 고려하여 상기 제 1 주파수 음향 및 상기 제 2 주파수 음향에 교차 대화 상쇄(CTC) 방식을 적용하기 위한 음향 성분이 각각 추가되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 수면 유도 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제 1 음향출력부, 상기 제 2 음향출력부 및 상기 수면상태 감지부 사이의 상대적 위치 관계는 상기 제어부에 미리 획득되는 것을 특징으로 하는 수면 유도 장치.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 수면상태감지부는,
    상기 양측 귀를 포함하는 사용자의 영상을 획득하기 위한 카메라, 상기 사용자가 수면 중 발생시키는 음향을 획득하기 위한 마이크, 상기 사용자의 움직임을 사용자 신체의 하부에서 감지하기 위한 압력센서 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 수면 유도 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 복수의 음향출력부 중 적어도 하나는,
    사용자 신체를 기준으로 하부에 배치되는 것을 특징으로 하는 수면 유도 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 하부에 배치되는 음향출력부는,
    베개의 일부를 구성하는 형태로 구현되는 것을 특징으로 하는 수면 유도 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 베개는,
    상기 사용자의 머리의 위치 및 움직임을 감지하기 위한 적어도 하나의 압력센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 수면 유도 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 출력부는 상기 제어부의 제어에 따라 빛을 발생시키는 광출력부, 향을 함유한 물질을 살포하는 향기 출력부 및 진동을 발생시키는 진동 출력부 중 적어도 하나를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 감지된 수면상태에 따라 상기 사용자의 수면을 종료시키기로 결정한 경우, 상기 광출력부, 향기 출력부 및 진동 출력부 중 적어도 하나를 제어하여 상기 빛, 향 및 상기 진동 중 적어도 하나를 발생시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 수면 유도 장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 수면상태감지부는 사용자가 발생시키는 음향을 획득하기 위한 마이크를 포함하고,
    상기 출력부는 사용자의 신체의 하부에 배치되어 상기 신체의 배치 상태를 변경시키기 위하여 상기 제어부의 제어에 따라 높낮이가 조절되는 구동부를 포함하되,
    상기 제어부는,
    상기 획득한 음향을 통해 상기 사용자가 코곯이를 하는 것으로 판단되는 경우, 상기 구동부의 높낮이가 변경되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 수면 유도 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    외부 서버와 유/무선으로 데이터 교환을 수행하기 위한 통신부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 감지된 수면상태에 대한 정보가 상기 외부 서버로 전송되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 수면 유도 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 외부 서버는,
    기 설정된 웹 서버, 의료 기관 서버 및 소셜 네트워크 서비스(SNS) 서버를 포함하는, 수면 유도 장치.
  14. 수면 유도 장치의 제어방법에 있어서,
    수면상태감지부를 통하여 사용자의 수면상태 및 신체의 적어도 일부의 위치를 감지하는 단계; 및
    상기 감지된 수면상태 및 신체의 적어도 일부의 위치에 대응하여 상기 사용자의 수면상태를 유지하거나 변경하기 위한 자극을 출력부를 통하여 발생시키는 단계를 포함하되,
    상기 출력부는,
    진동, 음향, 빛, 맛, 향기 중 적어도 하나를 통하여 상기 사용자의 오감 중 적어도 하나를 자극하는 것을 특징으로 하는 수면 유도 장치의 제어방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 수면상태 감지부는 상기 사용자의 양측 귀 각각의 위치를 감지하고,
    상기 출력부는 서로 다른 위치에 구비되는 복수의 음향출력부를 포함하며,
    상기 자극을 발생시키는 단계는,
    상기 복수의 음향출력부 중 상기 감지된 양측 귀의 위치 중 일측에 대응되는 제 1 음향출력부를 통해 제 1 주파수 음향이 출력되도록 제어하고, 상기 감지된 양측 귀의 위치 중 타측에 대응되는 제 2 음향출력부를 통해 제 2 주파수 음향이 각각 출력되도록 수행되고,
    상기 제 1 주파수 음향과 상기 제 2 주파수 음향의 주파수 차분 값이 희망 수면상태에 따른 뇌파의 주파수에 대응되는 것을 특징으로 하는 수면 유도 장치의 제어방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 복수의 음향출력부 중 적어도 일부 음향출력부에는 음향을 출력하는 방향을 기계적으로 변경시킬 수 있는 조향장치가 구비되고,
    상기 제 1 음향출력부에 상기 조향장치가 구비된 경우, 상기 자극을 발생시키는 단계는,
    상기 제 1 음향출력부에 대응되는 상기 감지된 일측 귀의 위치를 향하여 상기 제 1 주파수 음향을 출력하도록 상기 조향장치가 가동되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수면 유도 장치의 제어방법.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 자극을 발생시키는 단계는,
    상기 제 1 음향출력부와 상기 감지된 일측 귀의 위치 사이의 거리 및 상기 제 2 음향출력부와 상기 감지된 타측 귀의 위치 사이의 거리를 고려하여 상기 제 1 주파수 음향 및 상기 제 2 주파수 음향에 교차 대화 상쇄(CTC) 방식을 적용하기 위한 음향 성분이 각각 추가되어 수행되는 것을 특징으로 하는 수면 유도 장치의 제어방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 제 1 음향출력부, 상기 제 2 음향출력부 및 상기 수면상태 감지부 사이의 상대적 위치 관계는 미리 획득되는 것을 특징으로 하는 수면 유도 장치의 제어방법.
  19. 제 15항에 있어서,
    상기 수면상태감지부는,
    상기 양측 귀를 포함하는 사용자의 영상을 획득하기 위한 카메라, 상기 사용자가 수면 중 발생시키는 음향을 획득하기 위한 마이크, 상기 사용자의 움직임을 사용자 신체의 하부에서 감지하기 위한 압력센서 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 수면 유도 장치의 제어방법.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 복수의 음향출력부 중 적어도 하나는,
    사용자 신체를 기준으로 하부에 배치되는 것을 특징으로 하는 수면 유도 장치의 제어방법.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 하부에 배치되는 음향출력부는,
    베개의 일부를 구성하는 형태로 구현되는 것을 특징으로 하는 수면 유도 장치의 제어방법.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 베개는,
    상기 사용자의 머리의 위치 및 움직임을 감지하기 위한 적어도 하나의 압력센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 수면 유도 장치의 제어방법.
  23. 제 14항에 있어서,
    상기 출력부는 빛을 발생시키는 광출력부, 향을 함유한 물질을 살포하는 향기 출력부 및 진동을 발생시키는 진동 출력부 중 적어도 하나를 더 포함하고,
    상기 감지된 수면상태에 따라 상기 사용자의 수면을 종료시키기로 결정하는 단계; 및
    상기 광출력부, 향기 출력부 및 진동 출력부 중 적어도 하나를 통하여 빛, 향 및 상기 진동 중 적어도 하나를 발생시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수면 유도 장치의 제어방법.
  24. 제 14항에 있어서,
    상기 수면상태감지부는 사용자가 발생시키는 음향을 획득하기 위한 마이크를 포함하고,
    상기 출력부는 사용자의 신체의 하부에 배치되어 상기 신체의 배치 상태를 변경시키기 위하여 상기 제어부의 제어에 따라 높낮이가 조절되는 구동부를 포함하되,
    상기 획득한 음향을 통해 상기 사용자가 코곯이를 하는지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 판단 결과 코곯이를 하는 것으로 판단되는 경우, 상기 구동부의 높낮이를 변경시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수면 유도 장치의 제어방법.
  25. 제 14항에 있어서,
    외부 서버와 유/무선으로 데이터 교환을 수행하기 위한 통신부를 더 포함하고,
    상기 감지된 수면상태에 대한 정보를 상기 외부 서버로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수면 유도 장치의 제어방법.
  26. 제 25항에 있어서,
    상기 외부 서버는,
    기 설정된 웹 서버, 의료 기관 서버 및 소셜 네트워크 서비스(SNS) 서버를 포함하는 것을 특징으로 하는 수면 유도 장치의 제어방법.
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