WO2019139201A1 - 인체 감지 매트 - Google Patents

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WO2019139201A1
WO2019139201A1 PCT/KR2018/003344 KR2018003344W WO2019139201A1 WO 2019139201 A1 WO2019139201 A1 WO 2019139201A1 KR 2018003344 W KR2018003344 W KR 2018003344W WO 2019139201 A1 WO2019139201 A1 WO 2019139201A1
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sensing electrode
user
sensing
electrode
mat
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강현오
박현규
안정욱
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엘지전자 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a human body detecting mat which analyzes the user's sleeping surface and can selectively heat only a part of the area.
  • Sleep is one of the important factors in human physical and mental health. Proper sleep can have effects such as restoring fatigue, improving immunity and concentration, relieving stress, restoring inflammation, and restoring muscles.
  • a sleep assist device a sleep inducing device, or a sleep analyzing device have emerged to provide adequate and effective sleep.
  • most devices can be operated only when various sensors are worn on a part of the user's body. This may cause the user to feel uncomfortable in taking proper sleep, and it is troublesome to use it. Accordingly, there is an increasing demand for a device capable of analyzing the user ' s sleep without wearing the user's body.
  • a sensor 110 was disposed at the lower end of the bedding to analyze the user's sleeping surface.
  • the sensor 110 as shown in FIG. 1 is highly dependent on the user's sleeping posture, there is a problem that when the user takes a sleep in a specific posture, it is difficult to analyze the user's sleeping surface. Specifically, when the user takes a sleeping state in the first posture 10 as shown in FIG. 1, the sensor 110 can perform accurate sleep analysis. However, as shown in FIG. 2, when the user takes a sleep in the second posture 21, accurate sensor analysis of the sensor 110 becomes difficult.
  • the conventional heat generating mat sets the heat generating temperature by the user and generates heat at a temperature set in the entire mat.
  • the heat generating mat is disadvantageous in that it is low in energy efficiency because it is heated to an area not used by a user.
  • An object of the present invention is to provide a human body sensing mat which can improve the accuracy of sleep analysis in analyzing a user's sleeping surface in a non-contact manner.
  • a liquid crystal display device including a substrate, a plurality of first sensing electrode lines disposed on the substrate and formed along the first direction, And a plurality of second sensing electrode lines formed along two directions, wherein the first and second sensing electrode lines cross each other in a specific region on the substrate and are formed to be bent in the specific region Provide human body detection mat.
  • a portion of the first sensing electrode line and a portion of the second sensing electrode line may be disposed along the rim of the specific region.
  • the first and second sensing electrode lines may intersect each other at a central portion of the specific region.
  • At least one of the first and second sensing electrode lines may include a heating electrode that generates heat when a voltage is supplied thereto, and a sensing electrode that is formed to wind the heating electrode.
  • At least one of the first and second sensing electrode lines may be disposed between the heating electrode and the sensing electrode, and may further include a shield electrode formed to wind the heating electrode.
  • the first and second sensing electrode lines may each intersect in a plurality of regions on the substrate.
  • a plasma display panel comprising: a plurality of electrodes arranged to apply a voltage to the heating electrodes and to receive signals generated from the first and second sensing electrode lines, And a controller for sensing at least one adjacent region of the plurality of regions, wherein the controller may apply a voltage such that the exothermic electrode passing through at least one region of the plurality of regions adjacent to the external object generates heat.
  • the controller may determine the intensity of the voltage applied to the heating electrode based on the number of the at least one region of the plurality of regions adjacent to the external object.
  • the capacitance between the sensing electrode lines can be improved, the sensitivity of the sensor can be improved.
  • the heating electrode and the sensing electrode can be integrally formed, the electrode structure formed on the mat can be simplified.
  • the plurality of sensing areas are provided on the mat, it is possible to analyze the user's sleeping surface regardless of the area of the mat.
  • 1 and 2 are conceptual diagrams showing a conventional human body detection mat.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing a human body detection mat according to the present invention.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing a sensing electrode structure of a conventional human body detecting mat.
  • 5 is a graph showing the sensitivity of a conventional human body detection mat.
  • FIG. 6 is an enlarged view of the enlarged view of FIG. 3 A.
  • FIG. 6 is an enlarged view of the enlarged view of FIG. 3 A.
  • FIG. 7 is a graph showing the sensitivity of the human body detection mat according to the present invention.
  • 8A is a perspective view of a sensing electrode line according to the present invention
  • 8B is a cross-sectional view
  • 8C is a plan view.
  • FIG. 9 is a block diagram of a control unit included in the human body detection mat according to the present invention.
  • FIG. 10 is a flowchart showing a control method of the human body detection mat.
  • 11 and 12 are conceptual diagrams showing an example of application of the human body detection mat according to the present invention.
  • FIG. 13 is a conceptual diagram showing an actuator according to the present invention.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing a human body sensing mat according to the present invention
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing a sensing electrode structure of a conventional human body sensing mat
  • FIG. 5 is a graph showing sensitivity of a conventional human body sensing mat
  • FIG. 7 is a graph showing the sensitivity of the human body detecting mat according to the present invention.
  • the human body sensing mat 200 includes a substrate 210, first and second sensing electrode lines 220a and 220b, and a control unit.
  • the present invention is not limited thereto, and the human body detecting sensor according to the present invention may include more or fewer components than the above-described components.
  • the substrate 210 is utilized as means for fixing the first and second sensing electrode lines 220a and 220b. Since the mat according to the present invention may be used in a fully opened state or in a partially folded state, the substrate 210 is preferably made of a flexible material that is bendable.
  • the material forming the substrate 210 is not limited, but is preferably made of a material that is bendable due to the characteristics of the mat and is washable.
  • the first and second sensing electrode lines 220a and 220b are disposed on the substrate 210.
  • the first sensing electrode line 220a is formed along the first direction.
  • a plurality of first sensing electrode lines 220a may be provided, and a plurality of sensing electrode lines 220a may be disposed in parallel with each other.
  • the second sensing electrode line 220b is formed along a second direction intersecting the first direction.
  • a plurality of the first sensing electrode lines 220b may be provided, and a plurality of sensing electrode lines 220b may be disposed in parallel with each other.
  • each of the first and second sensing electrode lines 220a and 220b intersects with each other at a plurality of points.
  • an arbitrary region is defined around a point where the first and second sensing electrode lines 220a and 220b intersect, and is defined as a "crossing region ".
  • the crossing regions may be arbitrarily set, but all the crossing regions are described by the same shape and area, and the different crossing regions do not overlap with each other.
  • the crossing region may be set to a range that can detect the approach of an object using signals generated at specific intersections of the first and second sensing electrode lines 220a and 220b.
  • the crossing area may be set to the area A in Fig.
  • the intersection of the first and second sensing electrode lines 220a and 220b may serve as a capacitor.
  • the present invention detects a body approach in a mutual capacitance manner. Specifically, in a mutual capacitance touch sensor, when the body approaches, the capacitance value of the sensor decreases. At this time, it is possible to sense whether the body is approaching by measuring the reduced capacitance.
  • the first and second sensing electrode lines serve as capacitors, and sense of proximity of the body can be sensed by using a change amount of the electrostatic capacitance value between the two electrode lines.
  • the sensing sensitivity can be improved.
  • the structure of the electrode line in the crossing region will be described in more detail in order to increase the sensing sensitivity in the crossing region.
  • the conventional mutual capacitance touch sensor has a structure in which the first and second sensing electrode lines 220a and 220b pass straight through the intersecting region. In this case, the electrostatic capacity between the two electrodes is not large.
  • the capacitance between the two electrode lines was 0.85 pF.
  • the difference in capacitance between when the body contact was made in the crossing region of FIG. 4 and when there was no contact was about 800.
  • the present invention provides a structure for improving electrostatic capacitance between electrode lines as compared with the structure described in FIG.
  • the first and second sensing electrode lines intersect each other in the intersecting region and are formed to be bent in the intersecting region.
  • the first sensing electrode line 220a may be bent twice from the boundary of the intersecting region until it crosses the second sensing electrode line 220b.
  • the present invention is not limited to this, and the portions a and b may be curved lines instead of dots. That is, the sensing electrode line disposed in the crossing region may be formed in a gently curved shape.
  • a portion of the first sensing electrode line 220a and a portion of the second sensing electrode line 220b may be disposed along the rim of the intersection region. Accordingly, the area enclosed by the first and second sensing electrode lines 220a and 220b can be increased around the intersection of the first sensing electrode line 220a and the second sensing electrode line 220b.
  • the capacitance between the two electrode lines was 1.33 pF.
  • the difference in capacitance between when there was physical contact and when there was no contact in the crossing region of FIG. 6 was about 4,500.
  • the sensitivity of the sensor has increased five-fold or more.
  • the sensitivity of the sensor can be improved.
  • the capacitance change of the first and second sensing electrode lines 220a and 220b may be caused by a change in distance between the sensing electrode lines and the user even if the electrode line is not in contact with the user's body. Therefore, by utilizing the sensing electrode lines, it is possible to analyze the user's sleeping face even if the user and the sensor are not in contact with each other.
  • the human body detecting mat according to the present invention can perform a heat generating function.
  • a heating means must be provided.
  • the present invention utilizes a heating electrode that generates heat when a voltage is applied to the heating means. Accordingly, the first and second sensing electrode lines 220a and 220b and the heating electrode may be disposed on the substrate 210.
  • the present invention provides a structure in which a sensing electrode and an exothermic electrode are integrated to simplify the structure of an electrode disposed on a substrate.
  • a structure in which the sensing electrode and the heating electrode are integrated will be described.
  • 8A is a perspective view of a sensing electrode line according to the present invention
  • 8B is a cross-sectional view
  • 8C is a plan view.
  • At least one of the first and second sensing electrode lines 220a and 220b includes a heating electrode 221 for generating heat when a voltage is supplied thereto, And a sensing electrode 223 formed on the substrate.
  • the present invention senses a change in capacitance between a sensing electrode of the first sensing electrode line 220a and a sensing electrode of the second sensing electrode line 220b to sense an object approaching.
  • a strong magnetic field can be formed. This may not only adversely affect the user's health, but may also affect the sensitivity of the sensing electrode.
  • the sensing electrode line according to the present invention further includes a shielding electrode 222 disposed between the heating electrode 221 and the sensing electrode 223 and formed to wind the heating electrode 221 .
  • a magnetic field may be generated in the shielding electrode 222 to shield the magnetic field formed by the heating electrode 221. Accordingly, the shielding electrode 222 shields the magnetic field generated from the heating electrode 221.
  • the heating electrode and the sensing electrode can be integrally formed, the structure of the electrode disposed on the mat can be simplified.
  • a voltage in order to generate heat in the heating electrode 221, a voltage must be applied to the heating electrode 221. Further, in order to induce a capacitance change between the sensing electrodes 223, a voltage must be applied to the sensing electrodes 223.
  • the control unit applies a voltage to each of the heating electrode 221 and the sensing electrode 223, and measures a capacitance change between the sensing electrodes 223.
  • FIG. 9 is a block diagram of a controller included in the human body detecting mat according to the present invention
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a method of controlling the human body detecting mat.
  • the controller includes a communication unit configured to transmit and receive data to and from a CPU, a predetermined server, and a mobile terminal for receiving signals from the sensing electrodes and analyzing the user's sleep surface, and a memory .
  • the control unit may include a power supply unit.
  • the control unit may adjust the heating value of the mat by adjusting the intensity of the voltage applied to the heating electrode 221.
  • the control unit may selectively apply heat only to a part of the mat by applying a voltage to only some electrodes among the plurality of heating electrodes 221.
  • the controller senses the electrostatic capacitance change between the sensing electrodes, analyzes the user's sleep surface, and controls the heat generation of the mat using the analyzed result.
  • the control unit in response to a user request, supplies power to the human sensed mat. First, the control unit applies a voltage to the heating electrode. Then, after checking the amount of heat generated by the exothermic electrode, a voltage is applied to the shield electrode to shield the magnetic field formed by the exothermic electrode. Thereafter, when a voltage is applied to the shield electrode, the voltage is applied to the sensing electrode.
  • the controller may determine whether the user is on the mat using signals generated from the sensing electrodes, and may cut off the power applied to the heating electrode and the shield electrode when the user is determined not to be on the mat.
  • the controller calculates the number of crossing regions in which the user's body is sensed among a plurality of intersection regions formed on the mat.
  • the controller determines the body size of the user based on the number of the calculated intersection areas. For example, when the number of the calculated intersection areas is less than a predetermined number, the control unit determines that the user is a child.
  • the controller adjusts the intensity of the voltage applied to the heating electrode.
  • the controller may reduce the intensity of the voltage applied to the heating electrode in order to prevent an image.
  • the controller may determine the position of the user and the position of the user based on the number of the calculated intersection areas and the position at which the external object is sensed. At this time, the controller may selectively apply a voltage to only the heating electrode corresponding to the position where the external object is sensed, so that heat is generated only in the area occupied by the user.
  • the present invention can prevent unnecessary power consumption.
  • the controller may start the actuator based on the attitude of the user.
  • the actuator will be described later.
  • 11 and 12 are conceptual diagrams showing an example of application of the human body detection mat according to the present invention.
  • the control unit judges that the body has come into contact only in the region where the signal strength exceeds 200 (hereinafter referred to as the body contact region). Thereafter, the controller calculates the number and position of the body contact area, and determines the posture of the user based on the calculated number and position. In the case of FIG. 11, the control unit can determine that the user is lying sideways. At this time, the controller may selectively apply a voltage to the heating electrode so that heat is generated only in the body contact area.
  • the controller may apply a voltage to the entire heating electrode so that heat is generated in the entire mat.
  • heat can be generated only in a partial region according to the posture of the user.
  • the human body detection mat according to the present invention corrects the posture of the user when it is determined that the user's sleeping posture is not correct.
  • FIG. 13 is a conceptual diagram showing an actuator according to the present invention.
  • the human body detecting mat may further include a height adjustable actuator 300.
  • the actuator 300 may be disposed at a position where the user's neck or waist is located, and may be configured to form a curvature on the mat bottom surface.
  • the controller controls the actuator 300 to control the shape of the bend.
  • the actuator 300 may include a plurality of height adjusting portions 310.
  • the actuator 300 can form a curvature on the mat bottom surface by adjusting the height of each of the height adjusters 310.
  • the controller determines the sleeping posture of the user, and when the sleeping posture is different from the predetermined posture, controls the actuator 300 to form a curvature on the mat bottom surface.
  • the present invention can lead the user to return to the correct sleeping posture.
  • the present invention allows the user's airway to be opened using the actuator 300 when the user is sleeping in a difficult posture.
  • the present invention can prevent the user from becoming a difficulty in breathing during sleep.
  • the human body sensing mat may include a temperature sensor, a humidity sensor, an illuminance sensor, and an acoustic sensor.
  • the controller may provide information related to sleep based on the sensed information from the sensors.
  • the controller may comprehensively analyze the ambient temperature, humidity, roughness, and noise level of the mat, and output the sleep environment grade to the user. As these elements fit the sleeping environment, higher grades can be output.
  • the user can check the sleep level and take action to increase the sleep level. Specifically, when the ambient humidity is low and the sleep level is low, the user can raise the sleep level by raising the ambient humidity by operating a humidifier or the like.

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Abstract

본 발명은 사용자의 수면을 분석 하고, 일부 영역만 선택적으로 발열할 수 있는 인체 감지 매트에 관한 것이다. 본 발명은 기판, 상기 기판 상에 배치되고, 제1방향을 따라 형성되는 복수의 제1감지 전극라인, 상기 기판 상에 배치되고, 상기 제1방향과 교차하는 제2방향을 따라 형성되는 복수의 제2감지 전극라인을 포함하고, 상기 제1 및 제2감지 전극라인은 상기 기판 상의 특정 영역 내에서 서로 교차하고 상기 특정 영역 내에서 굴곡지게 형성되는 것을 특징으로 하는 인체 감지 매트를 제공한다.

Description

인체 감지 매트
본 발명은 사용자의 수면을 분석 하고, 일부 영역만 선택적으로 발열할 수 있는 인체 감지 매트에 관한 것이다.
수면은 인간의 신체적, 정신적 건강에 있어서 중요한 요소들 중 하나이다. 적절한 수면은 피로의 회복, 면역력 및 집중력 향상, 스트레스 완화, 염증 회복이나 근육 복구 등의 효과가 있다.
이에 따라, 적절하고 효과적인 수면을 돕기 위한 수면 보조 장치, 수면 유도 장치, 또는 수면 분석 장치들이 등장하고 있다. 그러나 현재 대부분의 장치는 사용자의 신체 일부에 각종 센서 등을 착용하여야 동작할 수 있다. 이는 오히려 사용자로 하여금 적절한 수면을 취하는 데에 불편함을 초래할 수 있으며, 사용이 번거롭다는 문제가 있다. 이에, 사용자의 신체에 착용하지 않고도 사용자의 수면을 분석할 수 있는 장치에 대한 수요가 증가하고 있다.
도 1과 같이, 종래에는 침구 하단에 센서(110)를 배치하여 사용자의 수면을 분석하였다. 하지만, 도 1과 같은 센서(110)는 사용자의 수면 자세 의존성이 높기 때문에, 사용자가 특정 자세로 수면을 취할 경우, 사용자의 수면 분석이 어렵다는 문제가 있다. 구체적으로, 도 1과 같이 사용자가 제1자세(10)로 수면을 취하는 경우, 센서(110)는 정확한 수면 분석이 가능하다. 하지만, 도 2와 같이, 사용자가 제2자세(21)로 수면을 취하는 경우, 센서(110)는 정확한 수면 분석이 어려워 진다.
한편, 종래 발열 매트는 사용자가 발열 온도를 설정하고 매트 전체에서 설정된 온도로 발열된다. 종래 발열 매트는 사용자가 사용하지 않는 영역까지 발열되기 때문에 에너지 효율이 낮다는 단점이 있다.
본 발명은 비접촉식으로 사용자의 수면을 분석함에 있어서, 수면 분석 정확도를 향상시킬 수 있는 인체 감지 매트를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 사용자의 수면 방식에 따라 일부 영역에서만 선택적으로 발열될 수 있는 인체 감지 매트를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 사용자의 자세에 상관없이 수면을 분석할 수 있는 인체 감지 매트를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기판, 상기 기판 상에 배치되고, 제1방향을 따라 형성되는 복수의 제1감지 전극라인, 상기 기판 상에 배치되고, 상기 제1방향과 교차하는 제2방향을 따라 형성되는 복수의 제2감지 전극라인을 포함하고, 상기 제1 및 제2감지 전극라인은 상기 기판 상의 특정 영역 내에서 서로 교차하고 상기 특정 영역 내에서 굴곡지게 형성되는 것을 특징으로 하는 인체 감지 매트를 제공한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1감지 전극라인의 일부와 상기 제2감지 전극라인의 일부는 상기 특정 영역의 테두리를 따라 형성되도록 배치될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 및 제2감지 전극라인은 상기 특정 영역의 중앙부에서 서로 교차할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 및 제2감지 전극라인 중 적어도 하나는 전압이 공급되면 열을 발생시키는 발열 전극 및 상기 발열 전극을 휘감도록 형성되는 감지 전극을 구비할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 및 제2감지 전극라인 중 적어도 하나는 상기 발열 전극 및 상기 감지 전극 사이에 배치되며, 상기 발열 전극을 휘감도록 형성되는 차폐 전극을 더 구비할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 및 제2감지 전극라인은 상기 기판 상의 복수의 영역에서 각각 교차할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 본 발명은 상기 발열 전극에 전압을 인가하도록 이루어지고 상기 제1 및 제2감지 전극라인에서 발생된 신호를 수신하여, 수신된 신호를 이용하여 상기 복수의 영역 중 외부 물체가 인접한 적어도 하나의 영역을 감지하는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 복수의 영역 중 상기 외부 물체가 인접한 적어도 하나의 영역을 지나는 발열 전극이 발열 되도록 전압을 인가할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는 상기 복수의 영역 중 외부 물체가 인접한 적어도 하나의 영역의 개수에 근거하여, 상기 발열 전극에 인가되는 전압의 세기를 결정할 수 있다.
본 발명에 따르면, 감지 전극라인 사이의 정전용량을 향상시킬 수 있기 때문에, 센서의 감도가 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 발열 전극과 감지 전극이 일체형으로 구성될 수 있기 때문에, 매트에 형성되는 전극 구조가 단순해질 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 매트 상에 복수의 감지 영역을 구비하기 때문에 사용자가 매트의 어느 영역에 있더라도 사용자의 수면을 분석할 수 있게 된다.
도 1 및 2는 종래 인체 감지 매트를 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 인체 감지 매트를 나타내는 개념도이다.
도 4는 종래 인체 감지 매트의 감지 전극 구조를 나타내는 개념도이다.
도 5는 종래 인체 감지 매트의 감도를 나타내는 그래프이다.
도 6은 도 3의 A를 확대한 확대도이다.
도 7은 본 발명에 따른 인체 감지 매트의 감도를 나타내는 그래프이다.
도 8a는 본 발명에 따른 감지 전극라인의 사시도이고, 8b는 단면도이며, 8c는 평면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 인체 감지 매트에 구비된 제어부의 블록도이다.
도 10은 인체 감지 매트의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 11 및 12는 본 발명에 따른 인체 감지 매트의 활용 예를 나타내는 개념도이다.
도 13은 본 발명에 따른 액츄레이터를 나타내는 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 인체 감지 매트에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 인체 감지 매트를 나타내는 개념도이고, 도 4는 종래 인체 감지 매트의 감지 전극 구조를 나타내는 개념도이고, 도 5는 종래 인체 감지 매트의 감도를 나타내는 그래프이며, 도 6은 도 3의 A를 확대한 확대도이고, 도 7은 본 발명에 따른 인체 감지 매트의 감도를 나타내는 그래프이다.
본 발명에 따른 인체 감지 매트(200)는 기판(210), 제1 및 제 2감지 전극라인(220a 및 220b) 및 제어부를 포함한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 본 발명에 따른 인체 감지 센서는 상술한 구성 요소보다 많거나 적은 구성요소를 포함할 수 있다.
이하, 상술한 구성요소에 대하여 구체적으로 설명한다.
기판(210)은 제1 및 제 2감지 전극라인(220a 및 220b)을 고정시키는 수단으로 활용된다. 본 발명에 따른 매트는 완전히 펴진 상태에서 사용되거나, 일부 접힌 상태에서 사용되는 등 다양한 사용 태양을 가질 수 있기 때문에, 상기 기판(210)은 굽힘 가능한, 유연한 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.
기판(210)을 이루는 소재는 제한이 없지만, 매트의 특성 상 굽힘 가능하고, 세탁 가능한 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 기판(210)상에는 상기 제1 및 제 2감지 전극라인(220a 및 220b)이 배치된다. 상기 제1 감지 전극라인(220a)은 제1방향을 따라 형성된다. 제1 감지 전극라인(220a)은 복수 개일 수 있으며, 복수의 감지 전극라인(220a)들이 서로 나란하게 배치될 수 있다.
한편, 상기 제2감지 전극라인(220b)은 상기 제1방향과 교차하는 제2방향을 따라 형성된다. 상기 제1감지 전극라인(220b)은 복수 개일 수 있으며, 복수의 감지 전극라인들(220b)들이 서로 나란하게 배치될 수 있다.
이에 따라, 상기 제1 및 제2감지 전극라인들(220a 및 220b) 각각은 복수의 지점에서 서로 교차한다. 본 명세서에서는 제1 및 제2감지 전극라인들(220a 및 220b)이 교차하는 지점을 중심으로 임의의 영역을 설정하여 "교차 영역"으로 정의한다. 상기 교차 영역은 임의로 설정될 수 있지만, 모든 교차 영역들은 동일한 형상 및 면적으로 설명되며, 서로 다른 교차 영역은 서로 오버랩되지 않는다.
한편, 상기 교차 영역은 상기 제1 및 제2감지 전극라인들(220a 및 220b)의 특정 교차 지점에서 발생된 신호를 이용하여 물체의 접근을 감지할 수 있는 범위로 설정될 수 있다. 예를 들어, 교차 영역은 도 3의 A영역과 같이 설정될 수 있다.
상기 제1 및 제2감지 전극라인들(220a 및 220b)의 교차 지점은 Capacitor로 작용할 수 있다. 본 발명은 Mutual Capacitance 방식으로 신체의 접근을 감지한다. 구체적으로, Mutual Capacitance 터치 센서에서는 신체가 접근하였을 때, 센서의 정전용량 값이 감소한다. 이때, 감소되는 정전용량을 측정하면 신체의 접근 여부를 센싱할 수 있다. 상기 제1 및 제2감지 전극라인은 capacitor 역할을 하여, 두 전극라인 사이의 정전용량 값의 변화량을 이용하여 신체의 접근여부를 센싱할 수 있다.
상기 두 전극라인 사이의 정전용량 값을 높일 경우, 센싱 감도가 향상될 수 있다. 이하에서는, 상기 교차 영역에서의 센싱 감도를 높이기 위해 상기 교차 영역에서의 전극 라인의 구조에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 4를 참조하면, 종래 Mutual Capacitance 터치 센서는 제1 및 제2감지 전극라인(220a 및 220b)이 일직선으로 교차 영역을 통과하는 구조를 가진다. 이러한 경우, 상기 두 전극 사이의 정전 용량 자체가 크지 않다.
일 실시 예에 있어서, 발명에 따른 매트에 사용된 감지 전극라인을 도 4와 같이 배치할 경우, 두 전극라인 사이의 정전용량은 0.85pF이었다. 도 5와 같이, 도 4의 교차 영역에 신체 접촉이 있을 때와 없을 때 정전용량의 차이는 약 800이었다.
한편, 본 발명은 도 4에서 설명한 구조보다 전극라인 사이의 정전용량을 향상시키는 구조를 제시한다.
구체적으로, 상기 제1 및 제2감지 전극라인은 상기 교차 영역 내에서 서로 교차하고, 상기 교차 영역 내에서 굴곡지게 형성된다. 예를 들어, 도 6의 a 및 b 부분을 참조하면, 제1감지 전극라인(220a)은 교차 영역의 경계에서부터 상기 제2감지 전극라인(220b)과 교차하기 전까지 2회 굽어진 형태로 이루어질 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고, a 및 b부분은 점이 아닌 곡선으로 이루어질 수 있다. 즉, 교차 영역에 배치된 감지 전극라인은 완만하게 굽어진 형태로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 제1감지 전극라인(220a)의 일부와 상기 제2감지 전극라인(220b)의 일부는 상기 교차영역의 테두리를 따라 형성되도록 배치될 수 있다. 이를 통해, 제1감지 전극라인(220a)과 제2감지 전극라인(220b)의 교차점을 중심으로 제1 및 제2감지 전극라인(220a 및 220b)으로 에워싸진 면적을 증가시킬 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 발명에 따른 매트에 사용된 감지 전극라인을 도 6와 같이 배치할 경우, 두 전극라인 사이의 정전용량은 1.33pF이었다. 도 7과 같이, 도 6의 교차 영역에 신체 접촉이 있을 때와 없을 때 정전용량의 차이는 약 4500이었다.
도 5 및 7을 비교하면, 센서의 감도가 5배 이상 상승하였음을 확인할 수 있다. 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극라인 구조에 따르면 센서의 감도를 향상 시킬 수 있다.
한편, 상기 제1 및 제2감지 전극라인(220a 및 220b)의 정전 용량 변화는 전극라인이 사용자의 신체와 접촉하지 않더라도, 사용자와 감지 전극라인들 간의 거리 변화에 의하여 발생된다. 따라서, 상기 감지 전극라인들을 활용하면 사용자와 센서가 접촉하지 않더라도 사용자의 수면을 분석할 수 있게 된다.
상기 감지 전극라인들의 교차점에서는 서로 다른 신호가 발생되기 때문에, 사용자가 매트의 어느 부분에 위치하더라도, 사용자의 수면과 관련된 정보를 센싱 할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 인체 감지 매트는 발열 기능을 수행할 수 있다. 이를 위해서는 발열 수단이 구비되어야 한다. 본 발명은 발열 수단으로 전압을 인가할 경우 열을 발생시키는 발열 전극을 활용한다. 이에 따라, 상기 기판(210) 상에는 제1 및 제2감지 전극라인(220a 및 220b)과 발열 전극이 배치될 수 있다.
본 발명은 기판 상에 배치되는 전극의 구조를 간소화하기 위해, 감지 전극과 발열 전극이 일체화된 구조를 제시한다. 이하, 감지 전극과 발열 전극이 일체화된 구조에 대하여 설명한다.
도 8a는 본 발명에 따른 감지 전극라인의 사시도이고, 8b는 단면도이며, 8c는 평면도이다.
도 8a 내지 8c를 참조하면, 상기 제1 및 제2감지 전극라인(220a 및 220b) 중 적어도 하나는 전압이 공급되면 열을 발생시키는 발열 전극(221)과 상기 발열 전극(221)을 휘감도록 형성되는 감지 전극(223)을 구비할 수 있다. 본 발명은 제1감지 전극라인(220a)에 구비된 감지 전극과 제2감지 전극라인(220b)에 구비된 감지 전극 간의 정전 용량 변화를 감지하여 물체가 접근하는 것을 감지한다.
한편, 상기 발열 전극(221)에 전압이 인가되면, 강한 세기의 자기장이 형성될 수 있다. 이는, 사용자의 건강에 좋지 않은 영향을 줄 수 있을 뿐 아니라, 감지 전극의 감도에 영향을 줄 수 있다.
이를 방지하기 위해, 본 발명에 따른 감지 전극라인은 상기 발열 전극(221)과 상기 감지 전극(223) 사이에 배치되고 상기 발열 전극(221)을 휘감도록 형성되는 차폐 전극(222)을 더 포함할 수 있다.
상기 발열 전극(221)에서 자기장이 형성될 때, 상기 차폐 전극(222)에도 자기장을 발생시켜, 상기 발열 전극(221)에서 형성되는 자기장과 차폐시킬 수 있다. 이를 통해, 상기 차폐 전극(222)은 상기 발열 전극(221)에서 발생되는 자기장을 차폐시킨다.
상술한 감지 전극라인 구조에 따르면, 발열 전극과 감지 전극을 일체형으로 구성할 수 있기 때문에, 매트에 배치되는 전극의 구조가 간소화될 수 있다.
한편, 상기 발열 전극(221)에서 열이 발생되기 위해서는 상기 발열 전극(221)에 전압을 인가하여야 한다. 또한, 상기 감지 전극(223) 사이의 정전용량 변화를 유발하기 위해서는 상기 감지 전극(223)에 전압을 인가하여야 한다. 상기 제어부는 상기 발열 전극(221) 및 상기 감지 전극(223) 각각에 각각에 전압을 인가하고, 상기 감지 전극(223) 사이의 정전 용량 변화를 측정한다.
도 9는 본 발명에 따른 인체 감지 매트에 구비된 제어부의 블록도이고, 도 10은 인체 감지 매트의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
구체적으로, 도 9와 같이, 상기 제어부는 상기 감지 전극으로부터 신호를 수신하여 사용자의 수면을 분석하는 CPU, 기 설정된 서버, 이동 단말기 등과 데이터를 송수신하도록 이루어지는 통신부 및 사용자와 관련된 데이터를 저장하도록 이루어지는 메모리를 구비할 수 있다. 도시되지 않았지만, 상기 제어부는 전원 공급부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 발열 전극(221)에 인가되는 전압의 세기를 조절함으로써, 매트의 발열량을 조절할 수 있다. 또한, 상기 제어부는 복수의 발열 전극(221) 중 일부 전극에만 전압을 인가함으로써, 매트의 일부 영역에서만 선택적으로 열이 방출되도록 할 수 있다.
한편, 상기 제어부는 상기 감지 전극 간의 정전용량 변화를 감지하여 사용자의 수면을 분석하고, 분석된 결과를 이용하여 상기 매트의 발열을 조절할 수 있다.
구체적인 실시 예에 있어서, 도 10을 참조하면, 사용자 요청에 응답하여 제어부는 인체 감지 매트에 전원을 공급한다. 먼저, 제어부는 발열 전극에 전압을 인가한다. 이후, 발열 전극의 발열량을 체크한 후, 차폐 전극에 전압을 인가하여 상기 발열 전극에서 형성되는 자기장을 차폐시킨다. 이후, 상기 차폐 전극에 전압을 인가한 후, 무자계 상태가 되면, 상기 감지 전극에 전압을 인가한다.
상기 제어부는 상기 감지 전극에서 발생되는 신호를 이용하여, 사용자가 매트 위에 있는지 판단하고, 사용자가 매트 위에 없다고 판단되는 경우, 발열 전극 및 차폐 전극에 인가되는 전원을 차단할 수 있다.
한편, 상기 제어부가 상기 감지 전극에서 발생되는 신호를 이용하여, 매트 위에 있는 사용자를 감지하는 경우, 매트 위에 형성된 복수의 교차 영역 중 사용자의 신체가 감지되는 교차 영역의 개수를 산출한다. 상기 제어부는 상기 산출된 교차 영역의 개수에 근거하여, 상기 사용자의 신체 크기를 판단한다. 예를 들어, 상기 산출된 교차 영역의 개수가 기 설정된 개수 미만인 경우, 상기 제어부는 상기 사용자를 어린 아이라고 판단한다.
상기 판단 결과에 근거하여, 상기 제어부는 상기 발열 전극에 인가되는 전압의 세기를 조절한다. 일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는 상기 사용자가 어린 아이라고 판단되는 경우, 화상 방지를 위하여 상기 발열 전극에 인가되는 전압의 세기를 감소 시킬 수 있다.
한편, 상기 제어부는 상기 산출된 교차 영역의 개수 및 외부 물체가 감지되는 위치에 근거하여 상기 사용자의 자세 및 사용자의 위치를 판단할 수 있다. 이때, 상기 제어부는 상기 사용자가 점유하고 있는 영역에서만 발열이 이루어지도록, 상기 외부 물체가 감지되는 위치에 대응하는 발열 전극에만 선택적으로 전압을 인가할 수 있다. 이를 통해, 본 발명은 불필요한 전력소모를 방지할 수 있다.
한편, 상기 제어부는 상기 사용자의 자세에 근거하여 액츄레이터를 기동할 수 있다. 액츄레이터에 대한 설명은 후술한다.
이하에서는, 상기 제어부가 사용자의 자세에 근거하여 선택적 발열을 수행하는 실시 예에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 11 및 12는 본 발명에 따른 인체 감지 매트의 활용 예를 나타내는 개념도이다.
도 11을 참조하면, 사용자가 옆으로 누워서 잠을 자는 경우, 매트에 형성된 복수의 교차 영역 중 일부 영역에서만 200을 초과하는 신호가 발생된다. 제어부는 신호세기가 200을 초과하는 영역(이하, 신체 접촉 영역)에서만 신체가 접촉되었다고 판단한다. 이후, 제어부는 신체 접촉 영역의 개수 및 위치를 산출하고, 이를 근거로 사용자의 자세를 판단할 수 있다. 도 11의 경우, 제어부는 사용자가 옆으로 누워있는 상태로 판단할 수 있다. 이때, 제어부는 신체 접촉 영역에만 발열이 이루어지도록 발열 전극에 선택적으로 전압을 인가할 수 있다.
이와 달리, 도 12를 참조하면, 사용자가 똑바로 누워서 잠을 자는 경우, 신체 접촉 영역의 개수가 상기 도 11보다 많아지게 된다. 이러한 경우, 제어부는 매트 전체에서 발열이 이루어지도록 발열 전극 전체에 전압을 인가할 수 있다.
이를 통해, 본 발명은 사용자의 자세에 따라 일부 영역에서만 발열이 이루어지도록 할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 인체 감지 매트는 사용자의 수면 자세가 올바르지 않다고 판단되는 경우, 사용자의 자세를 교정한다.
도 13은 본 발명에 따른 액츄레이터를 나타내는 개념도이다.
도 13과 같이, 본 발명에 따른 인체 감지 매트는 높이 조절이 가능한 액츄레이터(300)를 더 포함할 수 있다. 상기 액츄레이터(300)는 사용자의 목 또는 허리가 위치하는 곳에 배치될 수 있으며, 매트 바닥면에 굴곡을 형성할 수 있도록 구성된다. 상기 제어부는 상기 액츄레이터(300)를 제어하여 상기 굴곡의 형상을 제어한다.
구체적으로, 상기 액츄레이터(300)는 복수의 높이 조절부(310)을 구비할 수 있다. 상기 액츄레이터(300)는 상기 높이 조절부(310) 각각의 높이를 조절함으로써, 매트 바닥면에 굴곡을 형성할 수 있다.
한편, 상기 제어부는 사용자의 수면 자세를 판단하고, 상기 수면 자세가 기 설정된 자세와 다른 경우, 상기 액츄레이터(300)를 제어하여 매트 바닥면에 굴곡을 형성한다. 이를 통해, 본 발명은 사용자가 올바른 수면 자세로 돌아오도록 유도할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 도 13을 참조하면, 본 발명은 사용자가 호흡이 곤란한 자세로 수면을 하는 경우, 액츄레이터(300)를 이용하여 사용자의 기도가 열리도록 할 수 있다. 이를 통해, 본 발명은 사용자가 수면 중 호흡 곤란 상태가 되지 않도록 할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 인체 감지 매트는 온도 센서, 습도 센서, 조도 센서, 음향 센서 등을 구비할 수 있다. 상기 제어부는 상기 센서들에서 센싱된 정보들을 기반하여 수면과 관련된 정보를 제공할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어부는 매트 주변 온도, 습도, 조도, 소음 정도를 종합적으로 분석하여, 사용자에게 수면 환경 등급을 출력할 수 있다. 상기 요소들이 수면 환경에 적합할수록 높은 등급이 출력될 수 있다. 사용자는 상기 수면 등급을 확인하고, 수면 등급을 높이기 위한 행동을 할 수 있다. 구체적으로, 주변 습도가 낮아 수면 등급이 낮은 경우, 사용자는 가습기 등을 가동하여 주변 습도를 높임으로써 수면 등급을 높일 수 있게 된다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
또한, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (8)

  1. 인체의 움직임을 감지하는 인체 감지 매트에 있어서,
    기판;
    상기 기판 상에 배치되고, 제1방향을 따라 형성되는 복수의 제1감지 전극라인;
    상기 기판 상에 배치되고, 상기 제1방향과 교차하는 제2방향을 따라 형성되는 복수의 제2감지 전극라인을 포함하고,
    상기 제1 및 제2감지 전극라인은,
    상기 기판 상의 특정 영역 내에서 서로 교차하고,
    상기 특정 영역 내에서 굴곡지게 형성되는 것을 특징으로 하는 인체 감지 매트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1감지 전극라인의 일부와 상기 제2감지 전극라인의 일부는 상기 특정 영역의 테두리를 따라 형성되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 인체 감지 매트.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2감지 전극라인은 상기 특정 영역의 중앙부에서 서로 교차하는 것을 특징으로 하는 인체 감지 매트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2감지 전극라인 중 적어도 하나는,
    전압이 공급되면 열을 발생시키는 발열 전극; 및
    상기 발열 전극을 휘감도록 형성되는 감지 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 인체 감지 매트.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 및 제2감지 전극라인 중 적어도 하나는,
    상기 발열 전극 및 상기 감지 전극 사이에 배치되며, 상기 발열 전극을 휘감도록 형성되는 차폐 전극을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 인체 감지 매트.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 및 제2감지 전극라인은,
    상기 기판 상의 복수의 영역에서 각각 교차하는 것을 특징으로 하는 인체 감지 매트.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 발열 전극에 전압을 인가하도록 이루어지고,
    상기 제1 및 제2감지 전극라인에서 발생된 신호를 수신하여, 수신된 신호를 이용하여 상기 복수의 영역 중 외부 물체가 인접한 적어도 하나의 영역을 감지하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 영역 중 상기 외부 물체가 인접한 적어도 하나의 영역을 지나는 발열 전극이 발열 되도록 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 인체 감지 매트.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 영역 중 외부 물체가 인접한 적어도 하나의 영역의 개수에 근거하여, 상기 발열 전극에 인가되는 전압의 세기를 결정하는 것을 특징으로 하는 인체 감지 매트.
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