WO2024143634A1 - 수면 케어 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

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WO2024143634A1
WO2024143634A1 PCT/KR2022/021690 KR2022021690W WO2024143634A1 WO 2024143634 A1 WO2024143634 A1 WO 2024143634A1 KR 2022021690 W KR2022021690 W KR 2022021690W WO 2024143634 A1 WO2024143634 A1 WO 2024143634A1
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WO
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sleep
user
sound
sleep stage
variable
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PCT/KR2022/021690
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English (en)
French (fr)
Inventor
이진술
김형진
노승표
김성욱
황한정
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엘지전자 주식회사
고려대학교 세종산학협력단
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Publication date
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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/316—Modalities, i.e. specific diagnostic methods
    • A61B5/369—Electroencephalography [EEG]
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    • A61B5/374—Detecting the frequency distribution of signals, e.g. detecting delta, theta, alpha, beta or gamma waves
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    • A61M21/02—Other devices or methods to cause a change in the state of consciousness; Devices for producing or ending sleep by mechanical, optical, or acoustical means, e.g. for hypnosis for inducing sleep or relaxation, e.g. by direct nerve stimulation, hypnosis, analgesia

Definitions

  • the present invention relates to a sleep care device. Specifically, a sleep care device and its control that improves the user's sleep quality by analyzing the user's biological signals, classifying the sleep stage, generating variable binaural beat sounds that generate brain wave entrainment, and outputting them to specific sleep sections. It's about method.
  • the human brain emits different frequencies depending on its state, and when it continuously receives signals of a certain frequency from the outside such as sound or light, the brain waves also have the effect of tuning in to the input frequency.
  • Figure 3 shows the sleep care device of Figure 1 worn on the user's ear.
  • Figure 27 is a flowchart showing the operation flow of a sleep care device according to an embodiment of the present invention.
  • the ear hook 10 serves to secure the sleep care device 1 of the present invention to the ear. Due to the ear hook 10, the sleep care device 1 of the present invention is not easily separated from the user's ears.
  • one end 111 of the ear hook 10 is connected to one side 311 of the housing 30, and the other end 122 of the ear hook 10 is connected to the other side 312 of the housing 30.
  • the other side 312 of the housing 30 is adjacent to the one side 311 of the housing 30 and represents a portion of the housing 30 spaced apart from the one side 311 by a preset distance.
  • One side 311 of the housing 30 represents one side 311 of the lower housing 31, which will be described later, and the other side 312 of the housing 30 represents the other side 312 of the lower housing 31.
  • One end 111 of the ear hook 10, that is, one end 111 of the first electrode 11, is connected to one side 311 of the housing 30. Specifically, one end 111 of the first electrode 11 is coupled to one side 311 of the lower housing 31, which will be described later.
  • the fastening screw 311S (see FIG. 4) is a fastening screw hole 34h1 (see FIG. 19) formed on the substrate 34, which will be described later, and a fastening screw hole 1112 formed on one end 111 of the first electrode 11. ) and is inserted and fixed into the fastening screw groove 3112 formed on one side 311 of the lower housing 31. Accordingly, the substrate 34 and one end 111 of the first electrode 11 are fixed to one side 311 of the lower housing 31.
  • the plurality of support protrusions 1113 protrude from one end 111 of the first electrode 11 toward the substrate 34 and are spaced apart from each other at a preset interval.
  • the plurality of support protrusions 1113 support the substrate 34 and separate one end 111 of the first electrode 11 from the substrate 34 . Accordingly, one end 111 of the first electrode 11 does not directly contact the substrate 34, but contacts a specific electric circuit formed on the substrate 34 through a metal clip 341, which will be described later. I do it.
  • the one end 121 of the second electrode 12 is connected to the joint 13 (specifically, the other end 132 of the joint 13).
  • the other end 122 of the second electrode 12 represents the other end 122 of the ear hook 10 and is connected to the other side 312 of the housing 30.
  • the second electrode 12 is formed to a preset length, even if any part of the second electrode 12 is not in contact with the head and/or the auricle (or earlobe), any other part of the second electrode 12 is in contact with the head. and/or may come into contact with the auricle (or earlobe). Accordingly, when the sleep care device 1 of the present invention is mounted on the ear, the second electrode 12 is always maintained in contact with the head and/or the auricle (or earlobe).
  • the second electrode 12 is formed in an arc shape to surround the auricle (or earlobe).
  • the auricle (or earlobe) may represent, for example, the auricle (or earlobe) corresponding to the lower part of the ear.
  • the other end 122 of the ear hook 10, that is, the other end 122 of the second electrode 12, is connected to the other side 312 of the housing 30. Specifically, the other end 122 of the second electrode 12 is coupled to the other side 312 of the lower housing 31, which will be described later.
  • the other end 122 of the second electrode 12 may be formed to correspond to the shape of the part joined to the lower housing 31.
  • the other end 122 of the second electrode 12 is not limited to a specific shape and may be formed in various shapes.
  • the other end 122 of the second electrode 12 is formed with a plurality of fastening holes.
  • the fastening protrusion hole 1221 formed on the other end 122 of the second electrode 12 is inserted into the fastening protrusion 3121 (see FIGS. 13 to 15) formed on the other side 312 of the lower housing 31. and is placed. Due to this, the other end 122 of the ear hook 10 (specifically, the other end 122 of the second electrode 12) is fixed to the lower housing 31.
  • one or more fastening protrusions are formed on the other end 122 of the second electrode 12, and a fastening protrusion is formed on the other side 312 of the lower housing 31. By forming the hole, the other end 122 of the second electrode 12 and the other side 312 of the lower housing 31 can be coupled to each other.
  • the fastening screw hole 1222 formed in the other end 122 of the second electrode 12 is connected to the fastening screw groove 3122 formed in the other side 312 of the lower housing 31 (see FIGS. 13 to 15). It settles down.
  • the fastening screw 312S (see FIG. 4) includes a fastening screw hole 34h2 (see FIG. 19) formed on the substrate 34 and a fastening screw hole 1222 formed on the other end 122 of the second electrode 12. It penetrates and is inserted and fixed into the fastening screw groove 3122 formed on the other side 312 of the lower housing 31. Accordingly, the substrate 34 and the other end 122 of the second electrode 12 are fixed to the other side 312 of the lower housing 31.
  • a plurality of support protrusions 1223 may be formed around the fastening screw hole 1222 at the other end 122 of the second electrode 12.
  • the plurality of support protrusions 1223 formed on the other end 122 of the second electrode 12 protrude from the other end 122 of the second electrode 12 toward the substrate 34 and are spaced apart from each other at a preset distance. They are placed spaced apart.
  • a plurality of support protrusions 1223 formed on the other end 122 of the second electrode 12 support the substrate 34 and are spaced apart from the other end 122 of the second electrode 12 and the substrate 34. I order it. Accordingly, the other end 122 of the second electrode 12 does not directly contact the substrate 34, but comes into contact with a specific electric circuit formed on the substrate 34 through a metal clip 341, which will be described later.
  • the first electrode 11 and the second electrode 12 are made of a material having flexibility and elasticity.
  • the first electrode 11 and the second electrode 12 are made of a silicon material that has flexibility and elasticity, and may be formed by including a metal powder with electrical conductivity in the silicon material.
  • the first electrode 11 and the second electrode 12 are formed by mixing plate-shaped silver (Ag) powder, spherical silver (Ag) powder, and/or silver flake with silicon polymer. You can. Because of this, the first electrode 11 and the second electrode 12 have electrical conductivity while maintaining the characteristics of the silicon material. The first electrode 11 and the second electrode 12 each have a resistance value of 10 ⁇ (ohm) or less.
  • the first electrode 11 and the second electrode 12 can sense and measure brain wave signals.
  • electroencephalogram EEG is an electrical signal generated by neural activity within the brain. Brain waves are also called electroencephalograms.
  • the first electrode 11 and the second electrode 12 serve as electrodes.
  • the first electrode 11 may be a reference electrode
  • the second electrode 12 may be an earth electrode (bias).
  • the ear tip 20, which will be described later, may be a measurement electrode.
  • the first electrode 11 and the second electrode 12 are made of a material having flexibility and elasticity, so that they are placed between the head and the auricle and remain in contact (close contact) with the head and/or the auricle.
  • the first electrode 11 and the second electrode 12 contain metal powder with electrical conductivity, so that they can serve as electrodes.
  • One end 111 of the first electrode 11 is an electrically conductive metal clip 341 mounted on the substrate 34 (this may be called 'first metal clip 341a') (FIGS. 19 and 19). (see Figure 21).
  • the first metal clip 341a is mounted (fixed) to the electric circuit of the board 34 (see FIG. 21).
  • the first metal clip 341a is disposed between one end 111 of the first electrode 11 and the substrate 34 to form an electrical circuit between one end 111 of the first electrode 11 and the substrate 34. Connect electrically.
  • one side (e.g., top) of the first metal clip 341a is in contact with one end 111 of the first electrode 11, and the other side (e.g., lower part) is in contact with the electrical circuit of the substrate 34.
  • first electrode 11 and the second electrode 12 are separated (spaced apart) by the joint 13, the first electrode 11 and the second electrode 12 are clean (reliable) and do not interfere with each other. Electrical signals can be obtained.
  • the joint 13 is connected to the first electrode 11 and the second electrode 12.
  • the one end 131 of the joint 13 is connected to the other end 112 of the first electrode 11.
  • the other end 132 of the joint 13 is connected to one end 121 of the second electrode 12.
  • the other end 112 of the first electrode 11 and one end 131 of the joint 13 may be formed integrally.
  • 'integrated' means that the other end 112 of the first electrode 11 and the one end 131 of the joint 13 are separate from each other and the other end 112 of the first electrode 11 and the joint.
  • the area where one end 131 of the part 13 is joined is not connected by welding or adhesive, but the other end 112 of the first electrode 11 and one end 131 of the joint 13 means that it is continuous as one without any physical break. This can be achieved by a double injection method.
  • the other end 132 of the joint 13 and the one end 121 of the second electrode 12 may be formed integrally as described above.
  • the shape 133 of the joint 13 (a wave shape, a serpentine shape, or a shape bent multiple times) and the flexibility and elasticity of the shape 133, the user (specifically, the size of the auricle) ), there is no need to replace the ear hook (10), and multiple family members and others can use one sleep care device (1) of the present invention.
  • the eartip 20 is in contact with the ear. Specifically, the eartip 20 is placed and closely attached to the entrance (auricularis) of the ear's external auditory canal.
  • the eartip 20 itself acts as an electrode and can detect and measure brain wave signals.
  • the eartip 20 may be a measurement electrode that measures brain wave signals.
  • the eartip 20 is connected to the housing 30.
  • the tip body 21 corresponds to the body of the ear tip 20 and is connected to the housing 30.
  • the tip body 21 is not limited to a specific shape and may be formed in various shapes.
  • the locking groove 211R is formed on the side of the body groove 211 and is formed along the circumference of the side of the body groove 211.
  • the upper end 3321 of the speaker accommodating portion 332 can be inserted and placed in one of the body grooves 211 by interference fitting.
  • one end of the electric terminal 213 may be inserted and placed in any other body groove 211 through interference fit.
  • the shape of the body groove 211 may be formed to correspond to the shape of the upper end 3321 of the inserted speaker accommodating part 332 or the shape of one end of the electric terminal 213.
  • the body hole 212 is formed in the body groove 211. Specifically, the body hole 212 is formed on the bottom surface of the body groove 211.
  • the sound coming from the speaker 37 passes through the sound pressure hole 3322 and the body hole 212 formed in the upper part 3321 of the speaker receiving portion 332 in order and is transmitted to the outside of the sleep care device 1 of the present invention.
  • the body hole 212 is in close contact with the entrance to the ear's external auditory canal, the sound transmitted to the outside through the body hole 212 reaches the eardrum along the ear's external auditory canal. Accordingly, a user wearing the sleep care device 1 of the present invention on his or her ears can hear the sound coming from the sleep care device 1.
  • the tip ring 22 is connected to the tip body 21. Specifically, the tip ring 22 is connected to the upper side of the tip body 21.
  • the tip ring 22 is placed inside the auricle and is in close contact with the skin.
  • the tip ring 22 is formed in a ring shape with a central opening.
  • the tip ring 22 is provided with two (221 and 222). Two tip rings 221 and 222 are connected to one side and the other side of the tip body 21, respectively. The two tip rings 221 and 222 have central openings 221h and 222h, respectively.
  • the two tip rings 221 and 222 may be arranged asymmetrically and may also have different shapes. This takes into account the fact that the shape of the inside of the auricle is not constant (irregular). Because of this, the two tip rings 221 and 222 can be easily seated inside the ear and easily adhered to the skin.
  • the two tip rings 221 and 222 may be arranged symmetrically and have the same shape. Because of this, the two tip rings 221 and 222 can be easily manufactured.
  • the ear tip 20 may be formed of the same material as the ear hook 10 described above.
  • the eartip 20 is made of a material with flexibility and elasticity, so that it is placed inside the auricle and remains in contact (close contact) with the skin.
  • a terminal protrusion 213F (see Fig. 20) is formed on one end of the tip terminal 213.
  • One side 311 and the other side 312 of the lower housing 31 are formed in a concave shape in a direction toward the center of the lower housing 31.
  • the concave shape may correspond to some shapes of one end 111 and the other end 122 of the ear hook 10.
  • the lower housing 31 has a speaker accommodating hole 313 through which the upper end 3321 of the speaker accommodating portion 332 formed in the inner housing 33 penetrates, and a tip terminal hole through which an electric terminal (tip terminal 213) penetrates. (314) is formed.
  • the tip terminal hole 314 may be formed to correspond to the cross-sectional shape of the tip terminal 213 disposed in the tip terminal hole 314.
  • the charging terminal 342 is an electrical terminal for charging.
  • One end of the charging terminal 342 is exposed to the outside through the charging terminal hole 315, and the other end of the charging terminal 342 is an electrically conductive metal clip 341 mounted on the substrate 34 (hereinafter referred to as 4 It contacts the metal clip (341d)' (see FIG. 19).
  • one side (e.g., top) of the fourth metal clip 341d is in contact with the other end of the charging terminal 342, and the other side (e.g., bottom) of the fourth metal clip 341d is in contact with the substrate. It contacts the electrical circuit at (34).
  • the fourth metal clip 341d is arranged in the same number as the charging terminal 342.
  • the charging terminal hole 315 may be formed to correspond to the cross-sectional shape of the charging terminal 342 disposed in the charging terminal hole 315.
  • the lower housing 31 includes a fastening protrusion 3111 and a fastening screw groove 3112 formed on one side 311.
  • the lower housing 31 includes a fastening protrusion 3121 and a fastening screw groove 3122 formed on the other side 312.
  • One or more fastening protrusions 3111 may be formed.
  • a groove for fastening a bolt is formed inside the upper housing 32, a through hole for fastening a bolt is formed in the lower housing 31, and the bolt is connected to the lower housing 31.
  • a screw thread is formed along the edge of the upper housing 32
  • a screw groove is formed along the edge of the lower housing 31
  • the upper part is formed in the screw groove of the lower housing 31.
  • one or more protrusions are formed on the edge of the upper housing 32
  • one or more insertion grooves are formed on the edge of the lower housing 31, and the insertion groove of the lower housing 31 is formed.
  • one or more protrusions are formed on the edge of the upper housing 32
  • one or more grooves are formed on the edge of the lower housing 31
  • the upper housing 31 is formed in the groove of the lower housing 31.
  • the sleep care device 1 includes an internal housing 33 and a substrate 34.
  • the inner housing 33 and the substrate 34 are accommodated inside the housing 30 (upper housing 32 and lower housing 31).
  • the inner housing 33 is arranged so that the lower housing 31 of the sleep care device 1 of the present invention faces upward and the upper housing 32 faces downward, It is disposed below the lower housing (31).
  • the inner housing 33 includes a battery accommodating part 331 and a speaker accommodating part 332.
  • the speaker accommodating portion 332 accommodates a speaker 37, which will be described later.
  • the speaker accommodating portion 332 is formed on the upper surface of the inner housing 33.
  • the speaker accommodating portion 332 may be formed to correspond to the shape of the speaker 37.
  • the upper end 3321 of the speaker accommodating portion 332 penetrates the speaker accommodating hole 313 of the lower housing 31 and is disposed outside the lower housing 31.
  • the upper part 3321 of the speaker accommodating part 332 is forcefully fitted into the tip body 21 (specifically, the body groove 211) of the ear tip 20.
  • the upper end 3321 of the speaker accommodating portion 332 includes a side protrusion 3323 that protrudes in a direction perpendicular to the direction toward the lower housing 31.
  • the side protrusions 3323 may be formed continuously along the side of the upper end 3321 of the speaker accommodating part 332, or may be formed in plural numbers on the side of the upper end 3321 of the speaker accommodating part 332.
  • a sound pressure hole 3322 is formed in the upper end 3321 of the speaker accommodating portion 332. Specifically, a sound pressure hole 3322 is formed on the upper surface of the upper end 3321 of the speaker accommodating part 332.
  • the sound pressure hole 3322 is a through hole that penetrates the upper surface of the upper end 3321 of the speaker accommodating portion 332.
  • the speaker accommodating portion 332 is formed on the upper surface of the inner housing 33.
  • a through hole through which an electric terminal (tip terminal) 213 penetrates is formed on the upper surface of the inner housing 33.
  • the through hole is disposed adjacent to the speaker receiving portion 332.
  • the tip terminal 213 is disposed in the through hole, one end of the tip terminal 213 is forcefully fitted into the tip body 21 of the ear tip 20, and the other end of the tip terminal 213 is a metal clip 341c. It is electrically connected to the substrate 34 via .
  • the shape of the inner housing 33 is not limited to a specific shape, and the shape and function of the battery 36, speaker 37, and various electronic components mounted on the board 34 are accommodated inside the inner housing 33. It can be formed in various ways taking into account.
  • the inner housing 33 may be fastened to the lower housing 31 or the upper housing 32 by fastening means such as rivets, screws, or clips.
  • the substrate 34 represents a printed circuit board.
  • the substrate 34 may be fastened to the upper housing 32 by fastening means such as screws or rivets.
  • Figure 22 is a block diagram showing the configuration of a sleep care device 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the sleep care device 1 includes a sensing unit 110, a sound source generator 120, a sound source output unit 130, a memory 150, a communication unit 160, and a control unit 140. can do.
  • the sensing unit 110 may acquire the user's biological signals including the user's brain wave signals and body movement signals in real time through the brain wave sensor and the acceleration sensor. Additionally, the sensing unit 110 may transmit one or more acquired user sensing signals to the control unit 140. The sensing unit 110 will be described in detail later with reference to FIG. 5 .
  • the sound source generator 120 may generate a variable binaural beat sound that generates brain wave entrainment.
  • binaural beats refer to brain wave entrainment that induces brain waves using the frequency difference between sounds provided to the left and right brains, respectively.
  • the frequency of brain waves can be induced to have a value equivalent to the difference in frequency of sound.
  • 4Hz delta waves can be induced by playing a sound of 120Hz to the left ear and 116Hz or 124Hz to the right ear.
  • the variable binaural beat sound generated by the sound source generator 120 will be described in detail later with reference to FIG. 25.
  • the sound source output unit 130 may output the variable binaural beat sound generated by the sound source generator 120 to the user's left and right ears, respectively, through the first sound source output unit and the second sound source output unit.
  • control unit 140 may control the sensing unit 110 to obtain the user's biological signals including the user's brain wave signals and body movement signals.
  • control unit 140 can control the sound source generator 120 and the sound source output unit 130 to generate auditory information including variable binaural beat sounds according to the user's current sleep stage and output them in a specific sleep section. there is.
  • control unit 140 may include a data processing unit 141 and a sound source control unit 142.
  • the data processing unit 141 may receive the user's biosignal from the sensing unit 110, determine the user's sleep state, and classify the sleep stage. For example, the data processing unit 141 may automatically classify the user's current sleep stage in real time based on brain wave signals and body movement signals using a machine learning algorithm.
  • the user's sleep stage may be classified into a wake stage (WAKE), a light sleep stage (LIGHT SLEEP), a deep sleep stage (DEEP SLEEP), and a REM sleep stage.
  • WAKE wake stage
  • LIGHT SLEEP light sleep stage
  • DEEP SLEEP deep sleep stage
  • REM sleep stage a REM sleep stage
  • the data processing unit 141 will be described in detail later with reference to FIG. 24.
  • the sound source control unit 142 can control auditory information including variable binaural beat sounds to be output or to be stopped in a specific sleep section.
  • the sound source control unit 142 generates a variable binaural beat sound so that the user can be induced into a deep sleep state from the waking stage until entering the deep sleep stage or from the light sleep stage to the deep sleep stage. It can be printed.
  • the sound source control unit 142 will be described in detail later with reference to FIG. 26.
  • the memory 150 may store data supporting various functions of the sleep care device 1. For example, the memory 150 records the user's biosignal acquired by the sensing unit 110, the variable binaural beat sound generated by the sound source generating unit 120, and the user's sleep state generated by the data processing unit 141. You can save it. Additionally, the memory 150 may store a sleep stage classification model, which is a learning model that classifies sleep stages using the user's biological signals as learning data.
  • a sleep stage classification model which is a learning model that classifies sleep stages using the user's biological signals as learning data.
  • the communication unit 160 can transmit and receive data with other external devices using wired and wireless communication technology.
  • the communication unit 160 may transmit the user's biological signals, current sleep stage, and variable binaural beat sound generated by the sleep care device 1 to an external device, and receive user input, etc. from the external devices. .
  • the communication technologies used by the communication unit 160 include Global System for Mobile communication (GSM), Code Division Multi Access (CDMA), Long Term Evolution (LTE), 5G, Wireless LAN (WLAN), and Wireless-Fidelity (Wi-Fi). ), BluetoothTM, RFID (Radio Frequency Identification), Infrared Data Association (IrDA), ZigBee, NFC (Near Field Communication), etc.
  • GSM Global System for Mobile communication
  • CDMA Code Division Multi Access
  • LTE Long Term Evolution
  • 5G Fifth Generation
  • WLAN Wireless LAN
  • Wi-Fi Wireless-Fidelity
  • BluetoothTM BluetoothTM
  • RFID Radio Frequency Identification
  • IrDA Infrared Data Association
  • ZigBee ZigBee
  • NFC Near Field Communication
  • a method of classifying a user's sleep stage through the user's body movement signal and brain wave signal can be automatically classified in real time through a machine learning algorithm.
  • a learning processor can learn a sleep stage classification model that classifies sleep stages by using brain wave signals and body movement signals as learning data.
  • the user's brain wave signal and body movement signal can be learned as input data, and the distribution ratio for each frequency band of the brain wave signal and body movement information can be learned as output data.
  • control unit may acquire the user's biological signals including the user's movement signal and brain wave signal from the sensing unit (S2801).
  • the control unit can determine whether the user is awake or asleep based on the body movement signal. Specifically, it can be determined (S2802) whether the body movement signal is above a preset threshold. As a result of the determination (S2802), if the body movement signal is greater than a preset threshold, it is determined (S2803) that the user is awake, and the process returns to acquiring the user's biometric signal (S2801).
  • Figure 29 shows an operation flowchart for controlling the output of variable binaural beat sound in a sleep care device according to an embodiment of the present invention.
  • the control unit may determine whether the user's current sleep stage is a light sleep stage (S2903). If the result of the determination (S2903) is a light sleep state, it can be determined (S2904) whether the previous sleep stage was a waking stage or a REM sleep stage. As a result of the determination (S2904), if the previous sleep stage is a waking stage or a REM sleep stage, the process can return to the step of outputting a variable binaural beat sound (S2905) and acquiring the user's biological signal (S2901). Additionally, if the previous sleep stage is not a waking stage or a REM sleep stage as a result of the determination (S2904), the process may return to the step of acquiring the user's biosignal (S2901).
  • variable binaural beat sound or variable binaural beat sound is provided until the user's sleep stage reaches the light sleep stage or deep sleep stage. It can be controlled to output a combination of and ASMR for sleep induction.
  • FIG. 30 is a block diagram showing the mutual operation of a sleep care device and a mobile terminal according to an embodiment of the present invention.
  • the sleep care device may include a sensing unit, a memory, a signal processing unit, a communication unit, an output unit, and a control unit.
  • the output unit may include a sound source output unit (not shown) that outputs auditory information including variable binaural beat sounds.
  • Data transmitted through the communication unit of the mobile terminal e.g., auditory information including variable binaural beat sound
  • the communication unit of the sleep care device of the present invention receives data transmitted through the communication unit of the sleep care device of the present invention, and the data is transmitted through the output unit under the control of the controller. It can be output through Output data (sound) can be transmitted to the outside of the sleep care device through a speaker.
  • the communication unit is controlled by a control unit and includes an antenna 35.
  • the communication unit can transmit various data to the mobile terminal or receive various data from the mobile terminal.
  • the control unit is equipped with a central processing unit (CPU & Bluetooth).
  • the control unit can control the above-described sensing unit, memory unit, signal processing unit, output unit, and communication unit.
  • the control unit processes signals, data, and information input or output through the above-described sensing unit, memory unit, signal processing unit, output unit, and communication unit, or runs an application program stored in the control unit or memory unit to provide appropriate information or information to the user. Sound can be provided or processed.
  • the mobile terminal may include a communication unit, a sensing unit, a data processing unit, and a display unit.
  • the communication unit of the mobile terminal is controlled by a control unit and may be equipped with an antenna.
  • the communication unit of the mobile terminal may receive data transmitted from the communication unit of the sleep care device, and may also transmit data processed by the data processing unit of the mobile terminal to the communication unit of the sleep care device.
  • the sensing unit of the mobile terminal can detect the user's snoring sound, breathing pattern using RF (Radiofrequency), illuminance, etc.
  • RF Radiofrequency
  • the sensing unit of the mobile terminal may not be in contact with the user's body.
  • the data processing unit of the mobile terminal may generate parameters that can control the output unit using biological signals (eg, brain wave signals or body movement signals) transmitted from the sleep care device.
  • biological signals eg, brain wave signals or body movement signals
  • the data processing unit of the mobile terminal utilizes signals received through the communication unit to generate parameters that can control the output unit of the sleep care device, and some of the parameters may be displayed on the display unit. Additionally, the parameters can be transmitted in real time to the communication unit of the sleep care device through the communication unit of the mobile terminal, and the parameters can be used by the control unit of the sleep control device to control the output unit.
  • the display unit of the mobile terminal can display the results processed by the data processing unit.
  • the display unit includes various electronic components for displaying information.
  • the mobile terminal may further include a control unit.
  • the control unit of the mobile terminal processes signals, data, and information input or output through the above-described communication unit, sensing unit, data processing unit, and display unit of the mobile terminal, or runs an application program stored in the control unit or memory to provide appropriate information to the user. Alternatively, sound may be provided or processed.
  • Computer-readable media includes all types of recording devices that store data that can be read by a computer system. Examples of computer-readable media include HDD (Hard Disk Drive), SSD (Solid State Disk), SDD (Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, etc. There is. Additionally, the computer may include a control unit of the sleep care device.

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Abstract

본 발명은 수면 케어 장치 및 그 제어 방법을 개시한다. 본 발명의 수면 케어 장치는, 사용자 생체 신호를 획득하는 센싱부; 사운드의 주파수 및 음폭 중 적어도 하나가 특정 범위 내에서 가변되는 가변형 바이노럴 비트 사운드를 생성하는 음원 생성부; 상기 가변형 바이노럴 비트 사운드를 출력하는 음원 출력부; 및 상기 사용자 생체 신호를 입력받아 사용자의 수면 단계를 판단하고, 상기 수면 단계에 기반하여 특정 수면 구간에서 상기 가변형 바이노럴 비트 사운드가 출력되도록 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

수면 케어 장치 및 그 제어 방법
본 발명은 수면 케어 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 사용자의 생체 신호를 분석하여 수면 단계를 분류하고, 뇌파 동조를 발생시키는 가변형 바이노럴 비트 사운드를 생성하여 특정 수면 구간에 출력시킴으로써 사용자의 수면의 질을 개선시키는 수면 케어 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
인간의 두뇌는 각 상태에 따라서 다른 주파수를 내는 것으로 알려져 있는데, 외부에서 지속적으로 소리나 빛 등으로 일정 주파수의 신호를 받게 되면 뇌파도 입력되는 주파수에 동조하는 효과를 갖게 된다.
임상적인 실험에 의해 밝혀진 바에 따르면 인간의 뇌는 활동 시, 수면 시, 및 명상 시에 각기 다른 주파수를 발생시킨다. 이러한 주파수를 통상 뇌파라 하며, 8㎐ ∼ 14㎐의 주파수 범위를 갖는 알파파(α), 15㎐ ∼ 24㎐의 주파수 범위를 갖는 베타파(β), 4㎐ ∼ 8㎐의 주파수 범위를 갖는 세타파(θ), 및 0.4㎐ ∼ 4㎐의 주파수 범위를 갖는 델타파(δ)가 알려져 있다.
바이노럴 비트(Binaural beats)는 두 주파수의 차이를 이용해 두뇌에 원하는 뇌파를 유도하게 되는 원리로, 뇌파 동조라고 불린다. 예를 들면, 바이노럴 비트음이 10Hz라면, 이 10Hz의 주파수가 뇌를 공명시켜 알파파 상태의 뇌파(8Hz ~14Hz)를 유도하게 되는 것을 이용한 것이다.
수면 중 나타나는 뇌파를 측정 및 분석하고 뇌파를 유도하는 청각 자극을 제공하여 숙면을 유도하는 종래의 기술로서, 대한민국 등록특허 제10-2114373호(발명의 명칭: 청각 자극 기반 수면 유도 시스템 및 그 방법)이 있다.
그러나 종래 기술의 경우, 수면 단계마다 뇌파의 동조 효과를 유도하는 타겟 주파수를 고정하는 방법으로, 사람마다 또는 컨디션에 따라 수면 단계마다 방출되는 뇌파의 주파수가 다르기 때문에 고정된 특정 주파수에 동조 효과가 발생되지 않을 수 있다. 또한 모든 수면 단계 내내 청각 자극을 제공함으로써 사용자의 귀에 피로감을 주거나 배터리 소모 등 효율성 문제가 있다. 또한 임상적인 실험에 의해 밝혀진 바에 의하면, 깊은 수면 단계 구간은 청각이 닫혀 있어, 외부 자극에 반응하지 않는다는 연구가 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 하는 것으로, 사용자의 생체 신호에 기반하여 수면 단계를 판단하고, 뇌파 동조를 발생시키는 가변형 바이노럴 비트 사운드를 생성하여 특정 수면 구간에 출력시킴으로써 사용자의 수면의 질을 개선시키는 수면 케어 장치 및 그 제어 방법을 제공함을 일 목적으로 한다.
또한 본 발명은, 시간에 따라 사운드의 주파수가 선형적으로 변경되는 가변형 바이노럴 비트 사운드를 제공하여, 깊은 수면 단계에서 방출되는 뇌파(델타파)의 주파수 전체 범위로 뇌파 동조를 발생시킴으로써, 사용자의 수면의 질을 개선시키는 수면 케어 장치 및 그 제어 방법을 제공함을 일 목적으로 한다.
또한 본 발명은, 사용자의 생체 신호를 분석하여 사용자의 수면 사이클 중 특정 수면 구간에 뇌파 동조를 발생시키는 가변형 바이노럴 비트 사운드를 제공함으로써, 사용자의 귀에 피로감을 줄이고 배터리를 소모를 줄일 수 있는 수면 케어 장치 및 그 제어 방법을 제공함을 일 목적으로 한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명의 실시 예에 따른 수면 케어 장치는, 사용자 생체 신호를 획득하는 센싱부, 사운드의 주파수 및 음폭 중 적어도 하나가 특정 범위 내에서 가변되는 가변형 바이노럴 비트 사운드를 생성하는 음원 생성부, 상기 가변형 바이노럴 비트 사운드를 출력하는 음원 출력부, 및 상기 사용자 생체 신호를 입력받아 사용자의 수면 단계를 판단하고, 상기 수면 단계에 기반하여 특정 수면 구간에서 상기 가변형 바이노럴 비트 사운드가 출력되도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는 상기 사용자 생체 신호에 포함되는 신체 움직임 신호 및 뇌파 신호 중 적어도 하나에 기반하여 상기 사용자의 수면 단계를 분류하는 데이터 처리부, 및 상기 수면 단계에 기반하여 특정 수면 구간에서 상기 가변형 바이노럴 비트 사운드가 출력되도록 제어하는 음원 제어부를 포함하고, 상기 사용자의 수면 단계는 깨어 있는 단계, 얕은 수면 단계, 깊은 수면 단계, 및 렘 수면 단계 중 하나로 분류되는 것을 특징으로 하는 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 데이터 처리부는 상기 신체 움직임 신호가 기 설정된 임계값(Threshold)보다 큰 경우, 사용자의 수면 단계를 깨어 있는 단계로 판단하고, 상기 신체 움직임 신호가 기 설정된 임계값(Threshold)보다 작은 경우, 상기 뇌파 신호의 주파수 대역 별 분포도에 기반하여 사용자의 수면 단계를 얕은 수면 단계, 깊은 수면 단계 및 렘 수면 단계 중 하나로 판단하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 음원 제어부는 상기 사용자의 수면 단계가 깨어 있는 단계 또는 렘 수면 단계에서 얕은 수면 단계로 진입할 때, 상기 가변형 바이노럴 비트 사운드가 출력되도록 제어하고, 상기 사용자의 수면 단계가 얕은 수면 상태에서 깊은 수면 상태로 진입할 때, 상기 가변형 바이노럴 비트 사운드의 출력이 정지되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 음원 생성부는 상기 가변형 바이노럴 비트 사운드의 주파수가 0.5~4Hz 범위 내에서 가변되도록 상기 가변형 바이노럴 비트 사운드를 생성하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 음원 생성부는 상기 가변형 바이노럴 비트 사운드의 주파수가 0.5~4Hz 범위 내에서 기 설정된 주기마다 기 설정된 주파수 범위만큼 증가 또는 감소되도록 상기 가변형 바이노럴 비트 사운드를 생성하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 음원 생성부는 상기 사용자 생체 신호를 입력받아 상기 가변형 바이노럴 비트 사운드의 주파수 및 음폭 중 적어도 하나를 변경시키는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 음원 출력부는 제1 음원 출력부 및 제2 음원 출력부를 포함하고, 상기 가변형 바이노럴 비트 사운드의 주파수는 상기 제1 음원 출력부 및 제2 음원 출력부에서 출력되는 제1 톤 사운드 및 제2 톤 사운드의 주파수의 차이 값을 의미하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 제1 음원 출력부 및 제2 음원 출력부는 각각 스피커, 헤드셋 및 이어폰 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 센싱부는 사용자의 생체 움직임 신호를 획득하는 가속도 센서 및 사용자의 뇌파 신호를 획득하는 뇌파 센서 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 가속도 센서는 3축 가속도 센서(Accelerometer) 및 3축 자이로 센서(Gyroscope)로 구성되는 IMU(Inertial Measurement Unit) 센서로부터 출력되는 신호에 기반하여 상기 사용자의 생체 움직임 신호를 획득하고, 상기 뇌파 센서는 상기 센싱부에 더 포함되는 제1 전극 및 제2 전극과 이어팁 전극으로 구성되는 뇌파 전극으로부터 출력되는 신호에 기반하여 상기 사용자의 뇌파 신호를 획득하는 것을 특징으로 한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명의 실시 예에 따른 수면 케어 장치의 제어 방법은, 사용자 생체 신호를 획득하는 단계, 상기 획득된 사용자 생체 신호를 기반으로 사용자의 수면 단계를 판단하는 단계, 사운드의 주파수 및 음폭 중 적어도 하나가 특정 범위 내에서 가변되는 가변형 바이노럴 비트 사운드를 생성하는 단계 및 상기 수면 단계에 기반하여 특정 수면 구간에서 상기 가변형 바이노럴 비트 사운드를 출력시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 사용자의 수면 단계를 판단하는 단계는 상기 사용자 생체 신호에 포함되는 신체 움직임 신호 및 뇌파 신호 중 적어도 하나에 기반하여 상기 사용자의 수면 단계를 판단하는 단계에 의해 수행되고, 상기 신체 움직임 신호가 기 설정된 임계값(Threshold)보다 큰 경우, 사용자의 수면 단계를 깨어 있는 단계로 판단하고, 상기 신체 움직임 신호가 기 설정된 임계값(Threshold)보다 작은 경우, 상기 뇌파 신호의 주파수 대역 별 분포도에 기반하여 사용자의 수면 단계를 얕은 수면 단계, 깊은 수면 단계 및 렘 수면 단계 중 하나로 판단하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 가변형 바이노럴 비트 사운드를 생성하는 단계는 상기 가변형 바이노럴 비트 사운드의 주파수가 0.5~4Hz 범위 내에서 가변되도록 상기 가변형 바이노럴 비트 사운드를 생성하는 단계에 의해 수행되는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 특정 수면 구간에서 상기 가변형 바이노럴 비트 사운드를 출력시키는 단계는 상기 사용자의 수면 단계가 깨어 있는 단계 또는 렘 수면 단계에서 얕은 수면 단계로 진입했을 때, 상기 바이노럴 비트 사운드를 출력시키는 단계, 및 상기 사용자의 수면 단계가 얕은 수면 단계에서 깊은 수면 단계로 진입했을 때, 상기 바이노럴 비트 사운드의 출력을 정지시키는 단계에 의해 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 다음과 같은 효과가 달성될 수 있다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 사용자의 생체 신호에 기반하여 수면 단계를 판단하고, 뇌파 동조를 발생시키는 가변형 바이노럴 비트 사운드를 생성하여 특정 수면 구간에 출력시킴으로써, 입면 시간(Sleep Latency, SL) 단축, WASO(Wake time After Sleep Onset) 감소, 전체 수면 시간(TST, Total Sleep Time) 증가 등 수면 효율(Sleep Efficiency, SE) 개선을 통해 사용자의 수면의 질을 개선시킬 수 있다.
또한 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 시간에 따라 사운드의 주파수가 선형적으로 변경되는 가변형 바이노럴 비트 사운드를 제공하여, 깊은 수면 단계에서 방출되는 뇌파(델타파)의 주파수 전체 범위로 뇌파 동조를 발생시킴으로써, 사용자의 수면의 질을 개선시킬 수 있다.
또한 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 사용자의 생체 신호를 분석하여 사용자의 수면 사이클 중 특정 수면 구간에만 가변형 바이노럴 비트 사운드를 제공하여, 사용자의 귀에 피로감을 줄이고 불필요한 배터리 소모량을 줄임으로써, 소형 디바이스로 구현 가능한 수면 케어 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 상태의 예에 따른 수면 케어 장치의 정면 사시도를 나타낸 것이다.
도 2는 도 1의 수면 케어 장치의 배면 사시도를 나타낸 것이다.
도 3은 도 1의 수면 케어 장치가 사용자의 귀에 착용된 상태를 나타낸 것이다.
도 4는 도 1의 수면 케어 장치의 분해 사시도이다.
도 5는 이어훅의 평면도를 나타낸 것이다.
도 6은 이어훅의 저면도를 나타낸 것이다.
도 7은 도 6의 A를 나타낸 것이다.
도 8은 이어팁의 저면 사시도를 나타낸 것이다.
도 9는 이어팁의 평면도를 나타낸 것이다.
도 10은 도 1의 수면 케어 장치에서 이어훅과 이어팁이 제거된 상태를 나타낸 것이다.
도 11은 상부 하우징을 나타낸 것이다. 도 11의 (a)는 상부 하우징(32)의 외면을 나타낸 것이고, (b)는 상부 하우징(32)의 내면을 나타낸 것이다.
도 12는 하부 하우징의 평면도를 나타낸 것이다.
도 13은 하부 하우징의 저면도를 나타낸 것이다.
도 14는 하부 하우징에 이어훅이 결합되기 전의 상태를 나타낸 것이다.
도 15는 하부 하우징에 이어훅이 결합된 상태를 나타낸 것이다.
도 16은 도 10에서 하부 하우징이 제거된 상태를 나타낸 것이다.
도 17은 내부 하우징을 나타낸 사시도이다.
도 18은 기판을 나타낸 사시도이다.
도 19는 상부 하우징에 기판이 배치된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 20은 도 1의 수면 케어 장치를 하부 하우징 쪽에서 상부 하우징 쪽으로 절단한 단면도를 나타낸 것이다.
도 21은 기판과 제1 전극의 일단부가 금속 클립에 의해 전기적으로 연결된 상태를 보여주는 단면도이다.
도 22는 본 발명의 실시 상태의 예에 따른 수면 케어 장치의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 23은 사람의 수면 주기를 도시하는 예시도이다.
도 24는 도 1의 수면 케어 장치에 의해 측정된 뇌파를 나타낸 것이다.
도 25(a) 및 도 25(b)는 본 발명의 실시 예에 따른 가변형 바이노럴 비트 사운드를 생성하는 실시 예를 나타낸 것이다.
도 26은 본 발명의 실시 예에 따른 가변형 바이노럴 비트 사운드를 특정 수면 구간에서 출력시키는 실시 예를 나타낸 것이다.
도 27은 본 발명의 실시 예에 따른 수면 케어 장치의 동작 흐름도를 도시하는 순서도이다.
도 28은 본 발명의 실시 예에 따른 수면 케어 장치에서 수면 단계를 판단하는 동작 흐름도를 도시하는 순서도이다.
도 29는 본 발명의 실시 예에 따른 수면 케어 장치에서 가변형 바이노럴 비트 사운드의 출력을 제어하는 동작 흐름도를 도시하는 순서도이다.
도 30은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수면 케어 장치와 이동 단말기의 상호 동작을 도시하는 블록도이다.
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. 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. 또한, 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.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수면 케어 장치에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.
먼저 도 1 내지 도 21을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수면 케어 장치의 구조에 대해 설명하도록 한다.
도 1 내지 도 7을 보면, 본 발명의 실시 상태의 예에 따른 수면 케어 장치(1)는 이어훅(10)(ear hook), 이어팁(20)(eartip) 및 하우징(30)(housing)을 포함한다.
상기 이어훅(10)은 본 발명의 수면 케어 장치(1)를 귀에 고정시키는 역할을 한다. 이어훅(10)으로 인하여, 본 발명의 수면 케어 장치(1)는 사용자의 귀로부터 쉽게 분리되지 않는다.
이어훅(10)은 미리 설정된 길이를 갖는 끈(또는 줄) 형상으로 형성된다.
구체적으로, 이어훅(10)은 일단부(111) 및 상기 일단부(111)와 반대되는 타단부(122)를 포함하고, 일단부(111)로부터 타단부(122)까지 이어지는 미리 설정된 길이를 갖는 루프(개루프, open loop) 형상으로 형성된다.
또한, 이어훅(10)은 미리 설정된 단면 지름을 갖는다. 여기서 단면은 이어훅(10)의 길이 방향에 대해 직교하는 방향으로 이어훅(10)을 절단한 경우에 절단면을 나타낸다. 단면의 형상은 원형, 타원형 또는 다각형일 수 있다.
이어훅(10)은 하우징(30)과 연결된다.
이어훅(10)은 하우징(30)과 연결되어 폐루프(closed loop)를 형성한다. 상기 폐루프 내의 개구부(10h)에는 귓바퀴가 삽입되어 배치된다.
구체적으로, 이어훅(10)의 일단부(111)는 하우징(30)의 일측(311)과 연결되고, 이어훅(10)의 타단부(122)는 하우징(30)의 다른 일측(312)과 연결된다. 여기서 하우징(30)의 다른 일측(312)은 하우징(30)의 일측(311)과 인접하고, 일측(311)으로부터 미리 설정된 거리만큼 이격된 하우징(30)의 일부분을 나타낸다. 하우징(30)의 일측(311)은 후술하는 하부 하우징(31)의 일측(311)을 나타내고, 하우징(30)의 다른 일측(312)은 하부 하우징(31)의 다른 일측(312)을 나타낸다.
본 발명의 수면 케어 장치(1)가 사용자의 귀에 장착되면, 후술하는 이어팁(20)은 귀의 외이도 입구(이각)에 배치된다. 그리고 상기 이어팁(20)과 연결된 하우징(30)은 상기 이어팁(20)을 사이에 두고 귀와 마주보도록 배치된다. 그리고 상기 하우징(30)과 연결된 이어훅(10)은 상기 하우징(30)과 함께 폐루프를 형성한다. 귓바퀴는 상기 폐루프 내의 개구부(10h)에 삽입되어 배치되고, 이어훅(10)은 머리와 귓바퀴 사이에 배치되어 귓바퀴를 감싼다. 이로 인하여, 이어훅(10)은 본 발명의 수면 케어 장치(1)가 사용자의 귀로부터 쉽게 분리되지 않도록 고정하는 역할을 한다.
이어훅(10)은 유연성(flexibility)과 탄성(elasticity)을 갖는 재질(또는 소재)로 형성된다. 예를 들어, 이어훅(10)은 유연성과 탄성을 갖는 실리콘(silicon) 소재로 형성될 수 있다. 여기서 유연성은 신축성(탄력성)이 있고, 잘 구부러지며, 유연한 성질을 나타낸다. 탄성은 외력에 의해 변형된 물체(이어훅(10))가 외력이 제거되었을 때 원래의 상태로 되돌아가려는 성질을 나타낸다.
이어훅(10)은 유연성과 탄성을 갖는 소재로 형성됨으로써, 머리와 귓바퀴 사이에 배치되어 머리 및/또는 귓바퀴와 접촉(밀착)된 상태를 유지하게 된다.
한편, 이어훅(10)은 제1 전극(11), 제2 전극(12) 및 이음부(13)를 포함한다.
상기 제1 전극(11)은 일단부(111) 및 상기 일단부(111)와 반대되는 타단부(112)를 포함한다. 제1 전극(11)은 상기 일단부(111)로부터 상기 타단부(112)까지 이어지는 미리 설정된 길이로 형성된다.
제1 전극(11)의 상기 일단부(111)는 이어훅(10)의 일단부(111)를 나타내며, 하우징(30)의 일측(311)과 연결된다. 제1 전극(11)의 상기 타단부(112)는 이음부(13)(구체적으로 이음부(13)의 일단부(131))와 연결된다.
제1 전극(11)이 미리 설정된 길이로 형성됨으로 인하여, 제1 전극(11)의 어느 일부분이 머리 및/또는 귓바퀴와 접촉되지 않더라도 제1 전극(11)의 다른 어느 일부분이 머리 및/또는 귓바퀴와 접촉될 수 있게 된다. 이에 따라, 본 발명의 수면 케어 장치(1)가 귀에 장착되면, 제1 전극(11)은 항상 머리 및/또는 귓바퀴와 접촉된 상태를 유지하게 된다.
제1 전극(11)은 귓바퀴를 감싸도록 원호형으로 형성된다. 여기서 귓바퀴는 예를 들어 귀의 윗부분에 해당하는 귓바퀴를 나타낼 수 있다.
이어훅(10)의 일단부(111) 즉, 제1 전극(11)의 일단부(111)는 하우징(30)의 일측(311)과 연결된다. 구체적으로, 제1 전극(11)의 일단부(111)는 후술하는 하부 하우징(31)의 일측(311)과 결합한다.
제1 전극(11)의 일단부(111)는 하부 하우징(31)에서 결합되는 부분의 형상과 대응되게 형성될 수 있다. 다만, 제1 전극(11)의 일단부(111)는 특정한 형상으로 한정되지 않으며, 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
제1 전극(11)의 일단부(111)는 복수 개의 체결 구멍이 형성된다.
상기 복수 개의 체결 구멍은 하나 이상의 체결 돌기 구멍(1111)과 체결 나사 구멍(1112)을 포함한다. 도 5 내지 도 7에서 체결 돌기 구멍(1111)은 2개가 형성되어 있고, 체결 나사 구멍(1112)은 하나가 형성되어 있다.
상기 체결 돌기 구멍(1111)은 하부 하우징(31)의 일측(311)에 형성된 체결 돌기(3111)(도 13 내지 도 15 참조)가 삽입되어 배치된다. 이로 인하여, 이어훅(10)의 일단부(111)(구체적으로, 제1 전극(11)의 일단부(111))는 하부 하우징(31)에 고정되게 된다. 도시되지는 않았지만 본 발명의 다른 실시 상태의 예에 따라, 제1 전극(11)의 일단부(111)에 하나 이상의 체결 돌기가 형성되고, 하부 하우징(31)의 일측(311)에 체결 돌기 구멍이 형성됨으로써, 제1 전극(11)의 일단부(111)와 하부 하우징(31)의 일측(311)은 서로 결합될 수 있다.
상기 체결 나사 구멍(1112)은 하부 하우징(31)의 일측(311)에 형성된 체결 나사 홈(3112)(도 13 내지 도 15 참조)에 안착된다.
체결 나사(311S)(도 4 참조)는 후술하는 기판(34)에 형성된 체결 나사 구멍(34h1)(도 19 참조)과 제1 전극(11)의 일단부(111)에 형성된 체결 나사 구멍(1112)을 관통하고 하부 하우징(31)의 일측(311)에 형성된 체결 나사 홈(3112)에 삽입되어 고정된다. 이로써, 기판(34) 및 제1 전극(11)의 일단부(111)는 하부 하우징(31)의 일측(311)에 고정되게 된다.
제1 전극(11)의 일단부(111)에서 상기 체결 나사 구멍(1112)의 둘레에는 복수 개의 지지 돌기(1113)가 형성될 수 있다.
상기 복수 개의 지지 돌기(1113)는 제1 전극(11)의 일단부(111)로부터 기판(34)을 향하여 돌출되며, 서로 미리 설정된 간격으로 이격되어 배치된다.
복수 개의 지지 돌기(1113)는 기판(34)을 지지하며, 제1 전극(11)의 일단부(111)와 기판(34) 사이를 이격시킨다. 이에 따라, 제1 전극(11)의 일단부(111)는 기판(34)에 직접 접촉되지 않고, 후술하는 금속 클립(clip)(341)을 통하여 기판(34)에 형성된 특정의 전기 회로와 접촉하게 된다.
상기 제2 전극(12)은 일단부(121) 및 상기 일단부(121)와 반대되는 타단부(122)를 포함한다. 제2 전극(12)은 상기 일단부(121)로부터 상기 타단부(122)까지 이어지는 미리 설정된 길이로 형성된다.
제2 전극(12)의 상기 일단부(121)는 이음부(13)(구체적으로 이음부(13)의 타단부(132))와 연결된다. 제2 전극(12)의 상기 타단부(122)는 이어훅(10)의 타단부(122)를 나타내며, 하우징(30)의 다른 일측(312)과 연결된다.
제2 전극(12)이 미리 설정된 길이로 형성됨으로 인하여, 제2 전극(12)의 어느 일부분이 머리 및/또는 귓바퀴(또는 귓볼)와 접촉되지 않더라도 제2 전극(12)의 다른 어느 일부분이 머리 및/또는 귓바퀴(또는 귓볼)와 접촉될 수 있게 된다. 이에 따라, 본 발명의 수면 케어 장치(1)가 귀에 장착되면, 제2 전극(12)은 항상 머리 및/또는 귓바퀴(또는 귓볼)와 접촉된 상태를 유지하게 된다.
제2 전극(12)은 귓바퀴(또는 귓볼)를 감싸도록 원호형으로 형성된다. 여기서 귓바퀴(또는 귓볼)는 예를 들어 귀의 아랫부분에 해당하는 귓바퀴(또는 귓볼)를 나타낼 수 있다.
이어훅(10)의 타단부(122) 즉, 제2 전극(12)의 타단부(122)는 하우징(30)의 다른 일측(312)과 연결된다. 구체적으로, 제2 전극(12)의 타단부(122)는 후술하는 하부 하우징(31)의 다른 일측(312)과 결합한다.
제2 전극(12)의 타단부(122)는 하부 하우징(31)에서 결합되는 부분의 형상과 대응되게 형성될 수 있다. 다만, 제2 전극(12)의 타단부(122)는 특정한 형상으로 한정되지 않으며, 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
제2 전극(12)의 타단부(122)는 복수 개의 체결 구멍이 형성된다.
제2 전극(12)의 타단부(122)에 형성된 상기 복수 개의 체결 구멍은 하나 이상의 체결 돌기 구멍(1221)과 체결 나사 구멍(1222)을 포함한다. 도 5 내지 도 7에서 체결 돌기 구멍(1221)은 2개가 형성되어 있고, 체결 나사 구멍(1222)은 하나가 형성되어 있다.
제2 전극(12)의 타단부(122)에 형성된 상기 체결 돌기 구멍(1221)은 하부 하우징(31)의 다른 일측(312)에 형성된 체결 돌기(3121)(도 13 내지 도 15 참조)가 삽입되어 배치된다. 이로 인하여, 이어훅(10)의 타단부(122)(구체적으로, 제2 전극(12)의 타단부(122))는 하부 하우징(31)에 고정되게 된다. 도시되지는 않았지만 본 발명의 다른 실시 상태의 예에 따라, 제2 전극(12)의 타단부(122)에 하나 이상의 체결 돌기가 형성되고, 하부 하우징(31)의 다른 일측(312)에 체결 돌기 구멍이 형성됨으로써, 제2 전극(12)의 타단부(122)와 하부 하우징(31)의 다른 일측(312)은 서로 결합될 수 있다.
제2 전극(12)의 타단부(122)에 형성된 상기 체결 나사 구멍(1222)은 하부 하우징(31)의 다른 일측(312)에 형성된 체결 나사 홈(3122)(도 13 내지 도 15 참조)에 안착된다.
체결 나사(312S)(도 4 참조)는 기판(34)에 형성된 체결 나사 구멍(34h2)(도 19 참조)과 제2 전극(12)의 타단부(122)에 형성된 체결 나사 구멍(1222)을 관통하고 하부 하우징(31)의 다른 일측(312)에 형성된 체결 나사 홈(3122)에 삽입되어 고정된다. 이로써, 기판(34) 및 제2 전극(12)의 타단부(122)는 하부 하우징(31)의 다른 일측(312)에 고정되게 된다.
제2 전극(12)의 타단부(122)에서 상기 체결 나사 구멍(1222)의 둘레에는 복수 개의 지지 돌기(1223)가 형성될 수 있다.
제2 전극(12)의 타단부(122)에 형성된 상기 복수 개의 지지 돌기(1223)는 제2 전극(12)의 타단부(122)로부터 기판(34)을 향하여 돌출되며, 서로 미리 설정된 간격으로 이격되어 배치된다.
제2 전극(12)의 타단부(122)에 형성된 복수 개의 지지 돌기(1223)는 기판(34)을 지지하며, 제2 전극(12)의 타단부(122)와 기판(34) 사이를 이격시킨다. 이에 따라, 제2 전극(12)의 타단부(122)는 기판(34)에 직접 접촉되지 않고, 후술하는 금속 클립(341)을 통하여 기판(34)에 형성된 특정의 전기 회로와 접촉하게 된다.
제1 전극(11)과 제2 전극(12)은 전기 전도성을 가진다.
제1 전극(11)과 제2 전극(12)은 유연성과 탄성을 갖는 소재로 형성된다. 예를 들어, 제1 전극(11)과 제2 전극(12)은 유연성과 탄성을 갖는 실리콘 소재로 형성되며, 상기 실리콘 소재에 전기 전도성을 가진 금속 분말이 포함되도록 하여 형성될 수 있다.
구체적으로, 제1 전극(11)과 제2 전극(12)은 실리콘 폴리머(polymer)에 판상형 은(Ag) 분말, 구형 은(Ag) 분말 및/또는 은 플레이크(Ag flake)가 배합되어 형성될 수 있다. 이로 인하여, 제1 전극(11)과 제2 전극(12)은 실리콘 재질의 특성을 유지하면서 전기 전도성을 가지게 된다. 제1 전극(11)과 제2 전극(12)은 각각 10Ω(ohm) 이하의 저항값을 가진다.
제1 전극(11)과 제2 전극(12)은 뇌파 신호를 감지(sensing) 및 측정할 수 있다. 여기서 뇌파(腦波, Electroencephalogram; EEG)는 뇌 내 신경 활동에 의해 발생하는 전기 신호이다. 뇌파는 뇌전도(腦電圖)라고도 한다.
제1 전극(11)과 제2 전극(12)은 전극 역할을 한다. 예를 들어, 제1 전극(11)은 기준 전극(reference electrode)일 수 있고, 제2 전극(12)은 접지 전극(earth electrode)(bias)일 수 있다. 또한, 후술하는 이어팁(20)은 측정 전극일 수 있다.
제1 전극(11)과 제2 전극(12)은 유연성과 탄성을 갖는 소재로 형성됨으로써, 머리와 귓바퀴 사이에 배치되어 머리 및/또는 귓바퀴와 접촉(밀착)된 상태를 유지하게 된다. 그리고, 제1 전극(11)과 제2 전극(12)은 전기 전도성을 가진 금속 분말을 포함함으로써, 전극 역할을 할 수 있게 된다.
제1 전극(11)의 일단부(111)는 기판(34)에 장착된 전기 전도성을 가지는 금속 클립(341)(이를 ‘제1 금속 클립(341a)’이라 명명할 수 있다)(도 19 및 도 21 참조)과 접촉한다.
상기 제1 금속 클립(341a)은 기판(34)의 전기 회로에 장착(고정)된다(도 21 참조).
제1 금속 클립(341a)은 제1 전극(11)의 일단부(111)와 기판(34) 사이에 배치되어, 제1 전극(11)의 일단부(111)와 기판(34)의 전기 회로를 전기적으로 연결한다.
구체적으로, 제1 금속 클립(341a)의 일측(예를 들면, 상부)은 제1 전극(11)의 일단부(111)와 접촉하고, 제1 금속 클립(341a)의 타측(예를 들면, 하부)은 기판(34)의 전기 회로와 접촉한다.
이에 따라, 제1 전극(11)이 측정한 전기 신호(구체적으로 뇌파)는 제1 전극(11)의 일단부(111)와 제1 금속 클립(341a)을 거쳐 기판(34)으로 전달되고, 기판(34)에 배치된 메모리에 저장되거나 또는 신호 처리부에 의해 출력용 또는 통신용 데이터로 처리된다.
또한, 제2 전극(12)의 타단부(122)는 기판(34)에 장착된 전기 전도성을 가지는 금속 클립(341)(이를 ‘제2 금속 클립(341b)’이라 명명할 수 있다)(도 19 참조)과 접촉한다.
상기 제2 금속 클립(341b)은 기판(34)의 전기 회로에 장착(고정)된다.
제2 금속 클립(341b)은 제2 전극(12)의 타단부(122)와 기판(34) 사이에 배치되어, 제2 전극(12)의 타단부(122)와 기판(34)의 전기 회로를 전기적으로 연결한다.
구체적으로, 제2 금속 클립(341b)의 일측(예를 들면, 상부)은 제2 전극(12)의 타단부(122)와 접촉하고, 제2 금속 클립(341)의 타측(예를 들면, 하부)은 기판(34)의 전기 회로와 접촉한다.
이에 따라, 제2 전극(12)이 측정한 전기 신호(구체적으로 뇌파)는 제2 전극(12)의 타단부(122)와 제2 금속 클립(341b)을 거쳐 기판(34)으로 전달되고, 기판(34)에 배치된 메모리에 저장되거나 또는 신호 처리부에 의해 출력용 또는 통신용 데이터로 처리된다.
본 발명의 다른 실시 상태의 예에 따라, 제1 금속 클립(341a) 및 제2 금속 클립(341b) 대신에 전기 전도성이 있는 금속 단자 예를 들어, 메탈 브릭(metal brick) 또는 메탈 포고핀(metal pogo pin)이 적용될 수 있다. 이에 따라, 제1 전극(11)의 일단부(111) 및 제2 전극(12)의 타단부(122)는 기판(34)에 전기적으로 연결된 메탈 브릭 또는 메탈 포고핀과 접촉할 수 있다.
상기 이음부(13)는 제1 전극(11)과 제2 전극(12) 사이에 배치되고, 미리 설정된 길이로 형성된다.
이음부(13)는 제1 전극(11)과 제2 전극(12)을 서로 절연(insulation)시킨다. 이음부(13)는 유연성과 탄성을 갖는 소재로 형성되지만, 전기 전도성을 가진 금속 분말을 포함하지 않는다. 이에 따라, 이음부(13)는 전기 전도성이 없다.
제1 전극(11)과 제2 전극(12)은 이음부(13)에 의해 분리(이격)되므로, 제1 전극(11)과 제2 전극(12)은 서로 간섭되지 않는 깨끗한(신뢰성 있는) 전기 신호를 획득할 수 있다.
이음부(13)는 제1 전극(11)과 제2 전극(12)에 연결된다.
이음부(13)는 일단부(131) 및 상기 일단부(131)와 반대되는 타단부(132)를 포함한다. 이음부(13)는 상기 일단부(131)로부터 상기 타단부(132)까지 이어지는 미리 설정된 길이로 형성된다.
이음부(13)의 상기 일단부(131)는 제1 전극(11)의 타단부(112)와 연결된다. 이음부(13)의 상기 타단부(132)는 제2 전극(12)의 일단부(121)와 연결된다.
본 발명의 실시 상태의 예에 따라, 제1 전극(11)의 타단부(112)와 이음부(13)의 일단부(131)는 일체로 형성될 수 있다. 여기서 ‘일체’라는 것은, 제1 전극(11)의 타단부(112)와 이음부(13)의 일단부(131)가 각각 별개로서, 제1 전극(11)의 타단부(112)와 이음부(13)의 일단부(131)가 결합되는 부위가 용접이나 접착 등의 방식으로 연결된 것이 아니라, 제1 전극(11)의 타단부(112)와 이음부(13)의 일단부(131)가 물리적인 끊어짐 없이 하나로 연속된 것을 의미한다. 이는 이중 사출 방법에 의해 이루질 수 있다. 또한, 이음부(13)의 타단부(132)와 제2 전극(12)의 일단부(121)도 전술한 바와 같이 일체로 형성될 수 있다.
또는, 본 발명의 다른 실시 상태의 예에 따라, 제1 전극(11)의 타단부(112)와 이음부(13)의 일단부(131)는 이형 실리콘 접합 등과 같은 방법을 통하여 결합(연결)될 수 있다. 이음부(13)의 타단부(132)와 제2 전극(12)의 일단부(121)도 이형 실리콘 접합 등과 같은 방법에 의해 결합(연결)될 수 있다.
이음부(13)는 웨이브(wave) 형상(133)으로 형성된다. 다시 말하면, 이음부(13)는 구불구불한(이리저리 구부리진) 형상(133)으로 형성된다. 또는 이음부(13)는 복수 회의 절곡된 형상(133)으로 형성된다.
본 발명의 수면 케어 장치(1)가 귓바퀴에 착용될 때, 이음부(13)는 이음부(13)의 상기 형상(133)(웨이브 형상, 구불구불한 형상 또는 복수 회 절곡된 형상)이 펴짐으로 인하여 쉽게 귓바퀴와 머리 사이로 착용될 수 있다. 또한, 착용된 이후에 이음부(13)의 상기 형상(133)은 원래의 상태로 되돌아가므로 이어훅(10)은 전체적으로 머리 및/또는 귓바퀴에 접촉(밀착)될 수 있다.
또한, 이음부(13)의 상기 형상(133)(웨이브 형상, 구불구불한 형상 또는 복수 회 절곡된 형상) 및 상기 형상(133)이 가지는 유연성과 탄성으로 인하여, 사용자(구체적으로, 귓바퀴의 크기)에 따라 이어훅(10)을 교체할 필요가 없으며, 본 발명의 하나의 수면 케어 장치(1)로 여러 가족 구성원 및 타인이 사용 가능하다.
도 8 내지 도 9를 보면, 상기 이어팁(20)은 귀와 접촉한다. 구체적으로, 이어팁(20)은 귀의 외이도 입구(이각)에 배치되고 밀착된다.
이어팁(20)은 그 자체로 전극 역할을 수행하며, 뇌파 신호를 감지 및 측정할 수 있다. 예를 들어, 이어팁(20)은 뇌파 신호를 측정하는 측정 전극일 수 있다.
이어팁(20)은 하우징(30)과 연결된다.
이어팁(20)은 귓바퀴의 안쪽에 배치되고, 피부에 밀착된다.
이어팁(20)은 팁 바디(Tip Body)(21) 및 팁 링(Tip Ring)(22)을 포함한다.
상기 팁 바디(21)는 이어팁(20)의 몸체에 해당하며, 하우징(30)과 연결된다.
팁 바디(21)는 귀의 외이도 입구에 배치된다.
팁 바디(21)는 특정한 형상으로 한정되지 않으며, 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
팁 바디(21)는 바디 홈(211)과 바디 구멍(212)을 포함한다.
상기 바디 홈(211)은 팁 바디(21)의 일면에 미리 설정된 깊이로 형성된 홈이다. 구체적으로, 바디 홈(211)은 팁 바디(21)의 일면(예를 들어, 하면)에 미리 설정된 깊이로 오목하게 형성된다.
바디 홈(211)은 하나 이상 형성될 수 있다. 도 8에는 상기 바디 홈(211)이 팁 바디(21)의 일면에 하나 형성되어 있다.
바디 홈(211)에는 바디 홈(211)의 깊이 방향에 대해 직교하는 방향으로 파인(dig) 걸림홈(211R)(도 20 참조)이 형성된다.
상기 걸림홈(211R)은 바디 홈(211)의 측면에 형성되며, 바디 홈(211)의 상기 측면의 둘레를 따라 형성된다.
상기 걸림홈(211R)에는 후술하는 전기 단자(팁 단자)(213)의 일단부가 억지 끼움 된다. 또한, 상기 걸림홈(211R)에는 후술하는 내부 하우징(33)에 형성된 스피커 수용부(332)의 상단부(3321)(도 17 참조)가 억지 끼움 된다. 상기 전기 단자(213)와 상기 스피커 수용부(332)는 서로 인접하게 배치된다.
바디 홈(211)에는 후술하는 내부 하우징(33)에 형성된 스피커 수용부(332)의 상단부(3321)가 배치된다.
또한, 바디 홈(211)에는 하우징(30)에 배치된 전기 단자(팁 단자)(213)의 일단부가 배치된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 팁 바디(21)에 바디 홈(211)이 하나 형성되면, 하나의 바디 홈(211)에 스피커 수용부(332)의 상단부(3321)와 전기 단자(213)의 일단부가 억지 끼움으로 삽입되어 배치된다. 이로써, 이어팁(20)은 하우징(30)(구체적으로, 스피커 수용부(332)의 상단부(3321)와 전기 단자(213)의 일단부)으로부터 쉽게 이탈하지 않게 된다. 이 실시 상태의 예에서 바디 홈(211)의 형상은 특정한 형상으로 한정되지 않으며 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
도시되지는 않았지만, 팁 바디(21)에 바디 홈(211)이 두개 형성되면, 어느 하나의 바디 홈(211)에는 스피커 수용부(332)의 상단부(3321)가 억지 끼움으로 삽입되어 배치될 수 있고, 다른 어느 하나의 바디 홈(211)에는 전기 단자(213)의 일단부가 억지 끼움으로 삽입되어 배치될 수 있다. 이 실시 상태의 예에서 바디 홈(211)의 형상은 삽입되는 스피커 수용부(332)의 상단부(3321)의 형상 또는 전기 단자(213)의 일단부의 형상과 대응되게 형성될 수 있다.
상기 바디 구멍(212)은 바디 홈(211)에 형성된다. 구체적으로, 바디 구멍(212)은 바디 홈(211)의 바닥면에 형성된다.
바디 구멍(212)은 바디 홈(211)의 바닥면으로부터 팁 바디(21)의 다른 일면(예를 들어, 상면)으로 관통하는 구멍이다.
바디 구멍(212)의 아래에는 내부 하우징(33)에 형성된 스피커 수용부(332)의 상단부(3321)가 배치된다(도 17 및 도 20 참조).
스피커(37)에서 나오는 소리는 스피커 수용부(332)의 상단부(3321)에 형성된 음압 구멍(3322)과 바디 구멍(212)을 차례로 관통하여 본 발명의 수면 케어 장치(1)의 외부로 전달된다. 바디 구멍(212)이 귀의 외이도 입구에 밀착되면 바디 구멍(212)을 통해 외부로 전달된 소리는 귀의 외이도를 따라 고막에 도달한다. 이에 따라, 본 발명의 수면 케어 장치(1)를 귀에 장착한 사용자는 수면 케어 장치(1)에서 나오는 소리를 들을 수 있게 된다.
상기 팁 링(22)은 팁 바디(21)와 연결된다. 구체적으로, 팁 링(22)은 팁 바디(21)의 상부 측면과 연결된다.
팁 링(22)은 귓바퀴의 안쪽에 배치되고, 피부에 밀착된다.
팁 링(22)은 팁 바디(21)를 고정한다. 이로 인하여, 귀의 외이도 입구에 배치된 팁 바디(21)는 움직이거나 또는 귀로부터 이탈하지 않게 된다.
팁 링(22)은 가운데 개구부를 갖는 링 형상으로 형성된다.
팁 링(22)은 두개(221 및 222)가 구비된다. 두개의 팁 링(221 및 222)은 팁 바디(21)의 일측과 다른 일측에 각각 연결된다. 두개의 팁 링(221 및 222)은 각각 가운데 개구부(221h, 222h)를 갖는다.
도 8에 도시된 바와 같이, 두개의 팁 링(221 및 222)은 비대칭형으로 배치될 수 있으며, 형상 또한 서로 다르게 형성될 수 있다. 이는 귓바퀴의 안쪽의 형상이 일정하지 않은(불규칙적인) 점을 고려한 것이다. 이로 인하여, 두개의 팁 링(221 및 222)은 귀의 안쪽에 쉽게 안착될 수 있고, 피부에 쉽게 밀착될 수 있다.
또는, 도시되지는 않았지만, 본 발명의 다른 실시 상태의 예에 따라, 두개의 팁 링(221 및 222)은 대칭형으로 배치될 수 있으며, 형상이 서로 동일하게 형성될 수 있다. 이로 인하여, 두개의 팁 링(221 및 222)은 용이하게 제작될 수 있다.
이어팁(20)은 전술한 이어훅(10)과 동일한 소재로 형성될 수 있다.
이어팁(20) 즉, 팁 바디(21)와 팁 링(22)은 유연성과 탄성을 갖는 소재로 형성된다. 예를 들어, 이어훅(10)은 유연성과 탄성을 갖는 실리콘 소재로 형성될 수 있다.
이어팁(20)은 유연성과 탄성을 갖는 소재로 형성됨으로써, 귓바퀴 안쪽에 배치되어 피부와 접촉(밀착)된 상태를 유지하게 된다.
팁 바디(21)와 팁 링(22)은 외력에 의해 형상이 변형된다. 팁 링(22)은, 팁 바디(21)가 귀의 외이도 입구에 배치될 수 있도록, 귓바퀴의 안쪽의 형상에 맞게 변형될 수 있다. 이로써, 사용자는 바디 구멍(212)을 통해 전달되는 소리를 명확하게 들으면서 편안한 착용감을 느낄 수 있고, 장시간 착용에도 편안함을 유지하게 된다.
또한, 두개의 팁 링(22)은, 유연성과 탄성을 갖는 소재로 형성되면서도 각각 링 형상으로 형성됨으로써, 형상이 쉽게 변형될 수 있다. 따라서, 사용자에 따라 이각을 포함하는 귓바퀴의 안쪽의 형상이 다르더라도 두개의 팁 링(22)은 귓바퀴 안쪽의 형상에 맞게 쉽게 변형되며, 이어팁(20)이 사용자의 귀에 쉽게 안착되어 고정될 수 있도록 한다. 그러므로, 사용자에 따라 이어팁(20)을 교체할 필요가 없으며, 본 발명의 하나의 수면 케어 장치(1)로 여러 가족 구성원 및 타인이 사용 가능하다.
또한, 두개의 팁 링(22)은 각각 링 형상으로 형성됨으로 인하여, 팁 링(22)의 어느 일부분이 귀의 피부와 접촉되지 않더라도 팁 링(22)의 다른 어느 일부분이 귀의 피부와 접촉되게 된다. 이에 따라, 본 발명의 수면 케어 장치(1)가 귀에 장착되면, 이어팁(20)은 계속 귀의 피부와 접촉된 상태를 유지하게 된다.
이어팁(20)은 전술한 이어훅(10)의 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)과 동일하게 전기 전도성을 가진다.
이어팁(20)이 전기 전도성을 가짐으로 인하여, 이어팁(20)은 그 자체로 전극 역할을 한다. 즉, 본 발명에서 이어팁(20)은 일종의 전극이다. 따라서, 이어팁(20)을 ‘이어팁 전극’이라 명명할 수 있다.
이어팁(20) 즉, 팁 바디(21)와 팁 링(22)은 전기 전도성을 가진다.
팁 바디(21)와 팁 링(22)은 유연성과 탄성을 갖는 실리콘 소재로 형성되며, 상기 실리콘 소재에 전기 전도성을 가진 금속 분말이 포함되도록 하여 형성될 수 있다.
구체적으로, 팁 바디(21)와 팁 링(22)은 실리콘 폴리머에 판상형 은(Ag) 분말, 구형 은(Ag) 분말 및/또는 은 플레이크(Ag flake)가 배합되어 형성될 수 있다. 이로 인하여, 팁 바디(21)와 팁 링(22)은 실리콘 재질의 특성을 유지하면서 전기 전도성을 가지게 된다. 이어팁 전극은 10Ω(ohm) 이하의 저항값을 가진다.
팁 바디(21)와 팁 링(22)은 전극 역할을 수행하며, 뇌파 신호를 감지 및 측정할 수 있다. 예를 들어, 팁 바디(21)와 팁 링(22)은 뇌파 신호를 측정하는 측정 전극일 수 있다.
이어팁(20)(구체적으로, 팁 바디(21))은 하우징(30)에 배치된 전기 단자(213)(이를 ‘팁 단자(213)’라고 명명할 수 있다)와 전기적으로 연결된다(도 20 참조). 이어팁(20)(구체적으로, 팁 바디(21))은 상기 팁 단자(213)의 일단부에 억지 끼움으로 결합된다.
상기 팁 단자(213)는 전기 전도성을 가진 금속 막대 형상으로 형성된다.
상기 팁 단자(213)의 일단부는 이어팁(20)과 연결된다.
팁 단자(213)의 일단부에는 단자 돌출부(213F)(도 20 참조)가 형성된다.
구체적으로, 상기 단자 돌출부(213F)는 팁 단자(213)의 일단부에 형성되며, 팁 단자(213)의 상기 일단부의 둘레를 따라 형성된다.
단자 돌출부(213F)는 팁 단자(213)의 길이 방향에 대해 직교하는 방향으로 돌출되어 형성된다.
단자 돌출부(213F)는 이어팁(20)의 팁 바디(21)(구체적으로, 바디 홈(211))에 형성된 걸림홈(211R)에 억지 끼움으로 삽입된다. 이로 인하여, 이어팁(20)은 전기 단자(팁 단자)(213)로부터 쉽게 분리되지 않는다.
상기 팁 단자(213)의 타단부는 기판(34)에 장착된 전기 전도성을 가지는 금속 클립(341)(이를 ‘제3 금속 클립(341c)’이라 명명할 수 있다)과 접촉한다(도 19 참조).
상기 제3 금속 클립(341c)은 기판(34)의 전기 회로에 장착(고정)된다(도 20 참조).
제3 금속 클립(341c)은 팁 단자(213)의 타단부와 기판(34) 사이에 배치되어, 팁 단자(213)의 타단부와 기판(34)의 전기 회로를 전기적으로 연결한다.
구체적으로, 제3 금속 클립(341c)의 일측(예를 들면, 상부)은 팁 단자(213)의 타단부와 접촉하고, 제3 금속 클립(341c)의 타측(예를 들면, 하부)은 기판(34)의 전기 회로와 접촉한다.
이에 따라, 이어팁(20)이 측정한 뇌파 신호는 팁 단자(213)와 제3 금속 클립(341c)을 거쳐 기판(34)으로 전달되고, 기판(34)에 배치된 메모리에 저장되거나 또는 신호 처리부에 의해 출력용 또는 통신용 데이터로 처리된다.
도 1 내지 도4, 도 10 내지 도 15를 보면, 상기 하우징(30)은 본 발명의 수면 케어 장치(1)의 외관을 형성한다.
하우징(30)은 상부 하우징(32)과 하부 하우징(31)으로 구분된다.
도 1 등에 도시된 바와 같이, 상기 상부 하우징(32)과 상기 하부 하우징(31)은 돔(dome) 형상 또는 반구 형상으로 형성될 수 있다. 여기서, 돔과 반구는 중앙부의 높이(또는 깊이)가 낮게 형성될 수 있다.
상부 하우징(32)과 하부 하우징(31)은 내부에 공간이 형성된다. 그리고, 상부 하우징(32)은 하부가 개구된 형상이며, 하부 하우징(31)은 상부가 개구된 형상이다. 참고로, 도 4는 이어훅(10)과 이어팁(20)이 결합되는 하부 하우징(31)이 위쪽에 배치되어 있고 상부 하우징(32)은 아래쪽에 배치되어 있다.
상기 상부 하우징(32)은 하부 하우징(31)을 사이에 두고 머리와 마주보도록 배치된다. 본 발명의 수면 케어 장치(1)가 사용자의 귀에 착용되면 상부 하우징(32)의 외면은 머리의 반대쪽을 향하며 외부에 노출된다.
상부 하우징(32)의 내면에는 하부 하우징(31)과 결합되기 위한 체결부재가 형성될 수 있고, 하우징(30)의 내부에 배치되는 기판(34) 또는 다른 부재들과 체결되기 위한 체결부재 및/또는 기판(34) 또는 다른 부재들을 지지하기 위한 지지부재들이 형성될 수 있다.
상기 하부 하우징(31)은 이어팁(20)을 사이에 두고 머리와 마주보도록 배치된다. 본 발명의 수면 케어 장치(1)가 사용자의 귀에 착용되면 하부 하우징(31)의 외면은 귀를 향하여 배치된다.
하부 하우징(31)의 일측(311)과 다른 일측(312)은 이어훅(10)의 일단부(111)와 타단부(122)가 결합한다.
하부 하우징(31)의 일측(311)과 다른 일측(312)은 미리 설정된 거리로 이격된다.
하부 하우징(31)의 일측(311)과 다른 일측(312)은 하부 하우징(31)의 중심을 향하는 방향으로 오목하게 파인 형상으로 형성된다. 상기 오목하게 파인 형상은 이어훅(10)의 일단부(111)와 타단부(122)의 일부 형상과 대응될 수 있다.
하부 하우징(31)은 내부 하우징(33)에 형성된 스피커 수용부(332)의 상단부(3321)가 관통하는 스피커 수용부 구멍(313)과 전기 단자(팁 단자(213))가 관통하는 팁 단자 구멍(314)이 형성된다.
상기 스피커 수용부 구멍(313)은 상기 스피커 수용부 구멍(313)에 배치되는 스피커 수용부(332)의 단면 형상과 대응되게 형성될 수 있다.
하부 하우징(31)에서 스피커 수용부 구멍(313)의 위치는 특정한 위치로 한정되지 않으며, 내부 하우징(33)의 스피커 수용부(332)가 배치된 위치에 대응될 수 있다.
상기 팁 단자 구멍(314)은 상기 팁 단자 구멍(314)에 배치되는 팁 단자(213)의 단면 형상과 대응되게 형성될 수 있다.
하부 하우징(31)에서 팁 단자 구멍(314)의 위치는 특정한 위치로 한정되지 않으며, 팁 단자(213)가 배치된 위치에 대응될 수 있다.
본 발명의 수면 케어 장치(1)는 하나 이상의 충전 단자(342)를 포함한다(도 16 참조).
충전 단자(342)는 충전용 전기 단자이다.
충전 단자(342)는 전기 전도성을 가진 금속 막대 형상으로 형성된다.
하부 하우징(31)은 하나 이상의 상기 충전 단자(342)가 관통하는 하나 이상의 충전 단자 구멍(315)이 형성된다.
상기 충전 단자(342)는 상기 충전 단자 구멍(315)에 배치되어 외부에 노출된다.
충전 단자(342)의 일단부는 충전 단자 구멍(315)을 통해 외부에 노출되고, 충전 단자(342)의 타단부는 기판(34)에 장착된 전기 전도성을 가지는 금속 클립(341)(이를 ‘제4 금속 클립(341d)’이라 명명할 수 있다)과 접촉한다(도 19 참조).
상기 제4 금속 클립(341d)은 기판(34)의 전기 회로에 장착(고정)된다.
제4 금속 클립(341d)은 충전 단자(342)의 타단부와 기판(34) 사이에 배치되어, 충전 단자(342)의 타단부와 기판(34)의 전기 회로를 전기적으로 연결한다.
구체적으로, 제4 금속 클립(341d)의 일측(예를 들면, 상부)은 충전 단자(342)의 타단부와 접촉하고, 제4 금속 클립(341d)의 타측(예를 들면, 하부)은 기판(34)의 전기 회로와 접촉한다.
제4 금속 클립(341d)은 충전 단자(342)의 개수와 동일하게 배치된다.
상기 충전 단자 구멍(315)은 상기 충전 단자 구멍(315)에 배치되는 충전 단자(342)의 단면 형상과 대응되게 형성될 수 있다.
하부 하우징(31)에서 충전 단자 구멍(315)의 위치는 특정한 위치로 한정되지 않으며, 충전 단자(342)가 배치된 위치와 대응될 수 있다.
하부 하우징(31)은 일측(311)에 형성된 체결 돌기(3111)와 체결 나사 홈(3112)을 포함한다. 그리고, 하부 하우징(31)은 다른 일측(312)에 형성된 체결 돌기(3121)와 체결 나사 홈(3122)을 포함한다.
상기 체결 돌기(3111, 3121)는 하부 하우징(31)의 일측(311) 또는 다른 일측(312)의 내면으로부터 상부 하우징(32)을 향하여 돌출되어 형성된다.
체결 돌기(3111)는 하나 이상 형성될 수 있다.
상기 체결 나사 홈(3112, 3122)은 하부 하우징(31)의 일측(311) 또는 다른 일측(312)의 내면으로부터 상부 하우징(32)을 향하여 돌출된 돌출 기둥(3113, 3123)에 형성된다. 체결 나사 홈(3112, 3122)은 상기 돌출 기둥(3113, 3123)의 일면(예를 들어, 상면)에 미리 설정된 깊이로 오목하게 형성된다.
하우징(30)은 상기 상부 하우징(32)과 상기 하부 하우징(31)의 결합으로 형성된다.
상부 하우징(32)과 하부 하우징(31)의 결합은 볼트(Bolt) 체결 방식, 스크류(Screw) 결합 방식, 회전(Rotation) 결합 방식 및 후크(Hook) 결합 방식 등 다양한 방식으로 결합될 수 있다.
상기 볼트 체결 방식은, 예를 들어 상부 하우징(32)의 내부에 볼트 체결을 위한 홈이 형성되고, 하부 하우징(31)에 볼트 체결을 위한 관통공이 형성되며, 볼트가 상기 하부 하우징(31)의 관통공을 관통하여 상기 상부 하우징(32)의 홈에 체결됨으로써, 상부 하우징(32)과 하부 하우징(31)을 결합하는 방식이다.
상기 스크류 결합 방식은, 예를 들어 상부 하우징(32)의 가장자리를 따라 나사 산이 형성되고, 하부 하우징(31)의 가장자리를 따라 나사 홈이 형성되며, 상기 하부 하우징(31)의 나사 홈에 상기 상부 하우징(32)의 나사 산이 회전에 의해 결합됨으로써, 상부 하우징(32)과 하부 하우징(31)을 결합하는 방식이다.
상기 회전 결합 방식은, 예를 들어 상부 하우징(32)의 가장자리에 하나 이상의 돌출부가 형성되고, 하부 하우징(31)의 가장자리에 하나 이상의 삽입 홈이 형성되며, 상기 하부 하우징(31)의 삽입 홈에 상기 상부 하우징(32)의 돌출부가 삽입된 후 회전하여 결합됨으로써, 상부 하우징(32)과 하부 하우징(31)을 결합하는 방식이다.
상기 후크 결합 방식은, 예를 들어 상부 하우징(32)의 가장자리에 하나 이상의 턱이 형성되고, 하부 하우징(31)의 가장자리에 하나 이상의 홈이 형성되며, 상기 하부 하우징(31)의 홈에 상기 상부 하우징(32)의 턱이 끼워져 결합됨으로써, 상부 하우징(32)과 하부 하우징(31)을 결합하는 방식이다.
한편, 본 발명의 실시 상태의 예에 따른 수면 케어 장치(1)는 내부 하우징(33) 및 기판(34)을 포함한다.
상기 내부 하우징(33)과 상기 기판(34)은 하우징(30)(상부 하우징(32)과 하부 하우징(31))의 내부에 수용된다.
도 16 내지 도 21을 보면, 상기 내부 하우징(33)은, 본 발명의 수면 케어 장치(1)의 하부 하우징(31)이 위를 향하고 상부 하우징(32)이 아래를 향하도록 배치된 상태에서, 하부 하우징(31)의 아래에 배치된다.
내부 하우징(33)은 기판(34)에 장착된 각종 전자 부품들을 보호한다.
또한, 내부 하우징(33)은 배터리(Battery) 수용부(331)와 스피커 수용부(332)를 포함한다.
상기 배터리 수용부(331)는 후술하는 배터리(36)를 수용한다.
배터리 수용부(331)는 도면에 도시된 바와 같이 배터리(36)를 수용하는 관통 구멍으로 형성될 수 있다. 다만, 배터리 수용부(331)는 상기 관통 구멍에 한정되지 않으며, 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
상기 스피커 수용부(332)는 후술하는 스피커(37)를 수용한다.
스피커 수용부(332)는 내부 하우징(33)의 상면에 형성된다.
스피커 수용부(332)는 스피커(37)의 형상과 대응되게 형성될 수 있다.
스피커 수용부(332)의 상단부(3321)는, 하부 하우징(31)의 스피커 수용부 구멍(313)을 관통하며, 하부 하우징(31)의 외부에 배치된다.
상기 스피커 수용부(332)의 상단부(3321)는 이어팁(20)의 팁 바디(21)(구체적으로, 바디 홈(211))에 억지 끼움 된다.
스피커 수용부(332)의 상단부(3321)는, 하부 하우징(31)을 향하는 방향에 대해 직교하는 방향으로 돌출된 측면 돌출부(3323)를 포함한다.
상기 측면 돌출부(3323)는 스피커 수용부(332)의 상단부(3321)의 측면을 따라 이어서 형성될 수 있고, 또는 스피커 수용부(332)의 상단부(3321)의 측면에 복수 개로 형성될 수 있다.
상기 측면 돌출부(3323)는 이어팁(20)의 팁 바디(21)(구체적으로, 팁 바디(21)에 형성된 바디 홈(211))에 억지 끼움 된다. 구체적으로, 스피커 수용부(332)의 상단부(3321)에 형성된 측면 돌출부(3323)는 팁 바디(21)의 바디 홈(211)에 형성된 걸림홈(211R)에 억지 끼움으로 삽입된다.
또한, 스피커 수용부(332)의 상단부(3321)에는 음압 구멍(3322)이 형성된다. 구체적으로, 스피커 수용부(332)의 상단부(3321)의 상면에는 음압 구멍(3322)이 형성된다.
상기 음압 구멍(3322)은 스피커 수용부(332)의 상단부(3321)의 상면을 관통하는 관통 구멍이다.
음압 구멍(3322)은, 스피커 수용부(332)의 상단부(3321)가 이어팁(20)의 팁 바디(21)에 억지 끼움 되면, 이어팁(20)의 팁 바디(21)에 형성된 바디 구멍(212)과 연통한다.
스피커 수용부(332)에 수용된 스피커(37)에서 소리가 출력되면, 상기 소리는 스피커 수용부(332)의 상단부(3321)에 형성된 음압 구멍(3322)과 이어팁(20)의 팁 바디(21)에 형성된 바디 구멍(212)을 관통한 후, 본 발명의 수면 케어 장치(1)의 외부로 전달된다. 상기 소리는 외이도를 따라 고막에 도달하게 된다.
스피커 수용부(332)는 내부 하우징(33)의 상면에 형성된다.
내부 하우징(33)의 상면에는 전기 단자(팁 단자)(213)가 관통하는 관통 구멍이 형성된다. 상기 관통 구멍은 스피커 수용부(332)와 인접하게 배치된다. 팁 단자(213)는 상기 관통 구멍에 배치되며, 팁 단자(213)의 일단부는 이어팁(20)의 팁 바디(21)에 억지 끼움 되고, 팁 단자(213)의 타단부는 금속 클립(341c)을 매개로 기판(34)과 전기적으로 연결된다.
내부 하우징(33)의 형상은 특정한 형상으로 한정되지 않으며, 내부 하우징(33)의 내부에 수용되는 배터리(36), 스피커(37) 및 기판(34)에 실장되는 각종 전자 부품 등의 형상이나 기능을 고려하여 다양하게 형성될 수 있다.
내부 하우징(33)은 리벳(rivet), 나사 또는 클립(clip) 등과 같은 체결 수단에 의해 하부 하우징(31) 또는 상부 하우징(32)에 체결될 수 있다.
상기 기판(34)은 인쇄 회로 기판(printed circuit board)을 나타낸다.
기판(34)에는 각종 전자 부품들이 실장된다. 여기서 각종 전자 부품들은, 이어팁(20)에서 측정한 뇌파 신호를 저장하는 것(메모리)과, 아날로그(analogue) 신호를 디지털 신호(digital)로 변환하는 것(신호 처리부)과, 이동 단말기로 데이터를 전송하거나 또는 이동 단말기로부터 데이터를 수신하는 것(통신부)과, 스피커(37)를 통해 소리가 전달되도록 하는 것(스피커)과, 본 발명의 수면 케어 장치(1)에 각종 정보를 표시하는 디스플레이(display)부가 있는 경우에 각종 정보를 디스플레이부에 출력하는 것과 스피커를 통해 소리가 전달되도록 소리를 출력하는 것(음원 출력부)과, 전술한 기능들이 유기적으로 수행되도록 신호 및 데이터를 제어하는 것(제어부) 등과 관련된 전자 부품들을 나타낸다.
기판(34)은 나사 또는 리벳 등과 같은 체결 수단에 의해 상부 하우징(32)에 체결될 수 있다.
또한, 기판(34)에는 복수 개의 금속 클립(341)이 배치되며, 복수 개의 체결 나사 구멍(34h1, 34h2)이 형성된다.
도 22는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수면 케어 장치(1)의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 22를 참조하면, 수면 케어 장치(1)는 센싱부(110), 음원 생성부(120), 음원 출력부(130), 메모리(150), 통신부(160) 및 제어부(140) 등을 포함할 수 있다.
센싱부(110)는 사용자의 수면 단계에 따라 변화하는 생체 신호를 획득할 수 있다. 센싱부(110)는 뇌파 센서 및 가속도 센서를 포함할 수 있다.
예컨대, 센싱부(110)는 뇌파 센서 및 가속도 센서를 통해 사용자의 뇌파 신호 및 신체 움직임 신호를 포함하는 사용자 생체 신호를 실시간으로 획득할 수 있다. 또한 센싱부(110)는 획득된 하나 이상의 사용자 센싱 신호를 제어부(140)로 전송할 수 있다. 센싱부(110)에 대해서는 도 5를 참조하여 구체적으로 후술하도록 한다.
음원 생성부(120)는 뇌파 동조를 발생시키는 가변형 바이노럴 비트 사운드를 생성할 수 있다. 일반적으로 바이노럴 비트는 좌뇌와 우뇌에 각각 제공되는 사운드의 주파수 차이를 이용하여 뇌파를 유도하는 뇌파 동조를 의미한다. 이와 관련하여, 뇌파의 주파수는 사운드의 주파수 차이만큼의 값을 갖도록 유도될 수 있다.
예컨대, 깊은 수면 단계에서 방출되는 4Hz의 델타파로 뇌파를 동조시키려면 좌측 귀에 120Hz, 우측귀에 116Hz 또는 124Hz의 소리를 들려줌으로써, 4Hz의 델타파가 유도될 수 있다. 음원 생성부(120)에서 생성되는 가변형 바이노럴 비트 사운드에 대해서는 도 25을 참조하여 구체적으로 후술하도록 한다.
음원 출력부(130)는 가변형 바이노럴 비트 사운드를 포함한 청각 정보를 출력할 수 있다. 음원 출력부(130)는 좌측 귀와 우측 귀에 각각 청각 정보를 출력하도록 제1 음원 출력부 및 제2 음원 출력부를 포함할 수 있다. 제1 음원 출력부 및 제2 음원 출력부는 도 20에 도시된 스피커(37)를 포함할 수 있다. 또한, 이어폰, 헤드셋 중 하나 이상에 대응될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예컨대, 음원 출력부(130)는 음원 생성부(120)에 의해 생성된 가변형 바이노럴 비트 사운드를 제1 음원 출력부 및 제2 음원 출력부를 통해 사용자의 좌측 귀와 우측 귀에 각각 출력시킬 수 있다.
제어부(140)는 데이터 분석 알고리즘 또는 기계 학습 알고리즘을 사용하여 결정되거나 생성된 정보에 기초하여, 수면 케어 장치(1)의 적어도 하나의 실행 가능한 동작을 결정할 수 있다. 또한, 제어부(140)는 수면 케어 장치(1)의 구성 요소들을 제어하여 결정된 동작을 수행할 수 있다.
예컨대, 제어부(140)는 사용자의 뇌파 신호 및 신체 움직임 신호를 포함하는 사용자 생체 신호를 획득하도록 센싱부(110)를 제어할 수 있다. 또한 제어부(140)는 사용자의 현재 수면 단계에 따라 가변형 바이노럴 비트 사운드를 포함하는 청각 정보를 생성하여 특정 수면 구간에서 출력되도록 음원 생성부(120) 및 음원 출력부(130)를 제어할 수 있다.
또한, 제어부(140)는 데이터 처리부(141) 및 음원 제어부(142)를 포함할 수 있다.
데이터 처리부(141)는 센싱부(110)로부터 사용자 생체 신호를 전송받아 사용자의 수면 상태를 판단하고 수면 단계를 분류할 수 있다. 예컨대, 데이터 처리부(141)는 기계 학습 알고리즘을 이용하여 뇌파 신호 및 신체 움직임 신호에 기초하여 사용자의 현재 수면 단계를 실시간으로 자동 분류할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 사용자의 수면 단계는 깨어 있는 단계(WAKE), 얕은 수면 단계(LIGHT SLEEP), 깊은 수면 단계(DEEP SLEEP) 및 렘(REM) 수면 단계로 분류될 수 있다.
데이터 처리부(141)에 대해서는 도 24를 참조하여 구체적으로 후술하도록 한다.
음원 제어부(142)는 특정 수면 구간에서 가변형 바이노럴 비트 사운드를 포함하는 청각 정보가 출력되거나 출력이 정지되도록 제어할 수 있다.
예컨대, 음원 제어부(142)는 사용자가 깨어 있는 단계에서 깊은 수면 단계에 진입할 때까지 또는 얕은 수면 단계에서 깊은 수면 단계에 진입할 때까지 깊은 수면 상태로 유도될 수 있도록 가변형 바이노럴 비트 사운드를 출력시킬 수 있다. 음원 제어부(142)에 대해서는 도 26을 참조하여 구체적으로 후술하도록 한다.
메모리(150)는 수면 케어 장치(1)의 다양한 기능을 지원하는 데이터를 저장할 수 있다. 예컨대, 메모리(150)는 센싱부(110)에 의해 획득된 사용자 생체 신호, 음원 생성부(120)에 의해 생성된 가변형 바이노럴 비트 사운드 및 데이터 처리부(141)에 생성된 사용자의 수면 상태를 저장할 수 있다. 또한, 메모리(150)는 사용자 생체 신호를 학습 데이터로 이용하여 수면 단계를 분류하는 학습 모델인 수면 단계 분류 모델을 저장할 수 있다.
통신부(160)는 유무선 통신 기술을 이용하여 다른 외부 장치들과 데이터를 송수신할 수 있다. 예컨대, 통신부(160)는 수면 케어 장치(1)에서 생성된 사용자 생체 신호 및 현재 수면 단계, 가변형 바이노럴 비트 사운드 등을 외부 장치에 전송하고, 외부 장치들로부터 사용자 입력 등을 수신할 수 있다.
이때, 통신부(160)가 이용하는 통신 기술에는 GSM(Global System for Mobile communication), CDMA(Code Division Multi Access), LTE(Long Term Evolution), 5G, WLAN(Wireless LAN), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), 블루투스(Bluetooth™), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), ZigBee, NFC(Near Field Communication) 등이 있다.
또한 비록 도시되지는 않았지만, 수면 케어 장치(1)는 러닝 프로세서를 더 포함할 수 있다. 러닝 프로세서는 학습 데이터를 이용하여 인공 신경망으로 구성된 모델을 학습시킬 수 있다. 여기서, 학습된 인공 신경망을 학습 모델이라 칭할 수 있다. 학습 모델은 학습 데이터가 아닌 새로운 입력 데이터에 대하여 결과 값을 추론해 내는데 사용될 수 있고, 추론된 값은 어떠한 동작을 수행하기 위한 판단의 기초로 이용될 수 있다. 또한, 러닝 프로세서는 수면 케어 장치(1)와 통신 가능하게 연결된 AI 서버의 러닝 프로세서와 함께 AI 프로세싱을 수행할 수 있다.
예컨대, 러닝 프로세서는 뇌파 신호 및 신체 움직임 신호를 포함하는 사용자 생체 신호를 학습 데이터로 이용하여 수면 단계를 분류하는 수면 단계 분류 모델을 학습시킬 수 있다.
도 23은 사람의 수면 주기를 도시하는 예시도이다.
일반적으로 사람은 수면을 취할 때 약 90~120분 주기로 렘(REM, rapid eye movement) 수면과 4단계로 나눠진 비렘(NREM(non-rapid eye movement) 수면으로 이루어진 수면 주기를 반복하며, 보통 하룻밤에 3~5번의 수면 주기를 가진다. 렘 수면이란, 빠른 안구 움직임이 관찰되는 수면을 의미하고, 비렘 수면이란 렘 수면과는 달리 뇌도 잠이 들어 안구 운동이 일어나지 않고 깊은 잠에 빠져드는 단계를 의미한다. 비렘 수면은, 1~2 단계의 얕은 수면과 3~4 단계의 깊은 수면으로 구성되어 있으며, 수면 초기 90 이내에 전체 수면 중 가장 깊은 단계에 도달하며 가장 깊은 단계의 수면 단계인 4단계는 8시간의 수면 중 2번밖에 도달하지 못할 수 있다. 깊은 수면 단계가 중요한 이유는 깊은 수면 상태에서 방출되는 느린 뇌파로 인해 몸 전체의 신체적 피로를 해소하고, 면역체계 기능이 조절되기 때문이다. 특히 깊은 수면 단계에서 잠에서 깨어나면 잠에 취한 상태인 혼돈 각성을 겪게 된다.
도 23을 참조하여, 이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 사용자의 수면 단계를 깨어 있는 단계(WAKE), 얕은 수면 단계(STAGE 1~STAGE 2), 깊은 수면 단계(STAGE 3~STAGE 4) 및 렘 수면 단계로 분류하고자 한다.
한편, 일반적으로 사람의 뇌파는 주파수 대역에 따라 델타파(δ, 0.5~4Hz), 쎄타파(θ, 4~8Hz), 알파파(α, 8~13Hz), 베타파(β, 13~30Hz), 감마파(γ, 30~50Hz) 등으로 분류될 수 있다. 또한 깨어 있는 단계에서는 알파파(α, 8~13Hz) 및 베타파(β, 13~30Hz)가 주로 방출되고, 얕은 수면 단계에서 알파파가 감소하면서 쎄타파(θ, 4~8Hz)의 방출이 증가하고, 깊은 수면 단계에서는 델타파(δ, 0.5~4Hz)가 50% 이상 방출될 수 있다.
하여 본 발명의 실시 예에 따른 수면 케어 장치에서는, 사람의 뇌파 신호의 주파수 대역별 분포 비율을 분석하여 각 수면 단계를 분석하고, 깊은 수면 단계에서 방출되는 델타파로 뇌파 동조를 유도하는 방법을 제안한다.
이하 다시 도 1 및 도 5를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 수면 케어 장치의 센싱부에 대해서 구체적으로 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 수면 케어 장치의 센싱부는 가속도 센서 및 뇌파 센서를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 수면 케어 장치는 뇌파 전극을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 수면 케어 장치(1)에 구비되는 가속도 센서는 사용자의 움직임을 감지하여, 신체 움직임과 관련된 신호를 획득할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 가속도 센서는 IMU(Inertial Measurement Unit) 센서일 수 있다. IMU 센서는 3축 가속도 센서(Accelerometer) 및 3축 자이로 센서(Gyroscope) 등으로 구성되며, 물체의 기울어진 각도를 측정하는 관성 측정 장치를 의미할 수 있다. 또한 IMU 센서는 지자기 센서(Magnetometer)를 더 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 3축 가속도 센서는 움직이는 물체의 x, y, z축 각 방향의 가속도를 측정할 수 있고, 3축 자이로 센서는 움직이는 물체의 x, y, z축 각 방향의 회전 변화량인 각속도를 측정할 수 있다. 또한, 지자기 센서는 지구 자기상의 세기와 방향을 측정할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, IMU 센서의 출력 신호를 획득하여 사용자가 어느 방향과 속도로 움직이는지 감지하여 사용자의 움직임 상태를 판단할 수 있다. 예를 들어, 가속도 센서가 내장된 본 발명의 수면 케어 장치(1)가 사용자의 귀에 착용된 상태에서, 사용자가 서 있거나, 누워 있거나 또는 누운 상태에서 머리를 움직이면, 본 발명의 수면 케어 장치(1)는 가속도 센서로부터 출력되는 신호로부터 사용자의 움직임 상태를 판단할 수 있다.
즉, 3축 가속도 센서, 3축 자이로 센서 및 지자기 센서로 구성되는 IMU 센서의 출력 신호는 사용자의 신체 움직임과 관련된 신호일 수 있다. 이하에서는 상기 IMU 센서의 출력 신호, 즉 사용자의 신체 움직임과 관련된 신호를 ‘신체 움직임 신호’라고 명명하고자 한다.
상기 가속도 센서는 기판(34)에 실장되거나 또는 하우징(30)의 내부에 배치되고 기판(34)과 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 수면 케어 장치(1)에 구비되는 뇌파 센서는 사용자의 뇌파를 획득할 수 있다.
상기 뇌파 센서는 기판(34)에 실장되며, 일종의 반도체 칩을 나타낸다.
뇌파 센서는 이어훅(10) 및 이어팁(20)으로부터 출력되는 뇌파 신호를 수신하여 증폭하고 필터링(filtering)하는데 사용된다. 즉, 뇌파 센서는 제1 전극(11), 제2 전극(12) 및 이어팁 전극을 이용하여 사용자의 뇌파를 감지하고 ‘뇌파 신호’를 측정할 수 있으며, 상기 뇌파 신호를 증폭하고 필터링할 수 있다.
예를 들면, 뇌파 센서는 이어훅(10)의 기준 전극(제1 전극(11) 또는 제2 전극(12))에서 측정된 뇌파 신호와 이어팁(이어팁 전극)(20)에서 측정된 뇌파 신호의 차를 구하고, 상기 차를 증폭한다.
상기 증폭된 아날로그 신호는 필터링된 후 수면 케어 장치(1)에 더 포함되는 신호 처리부(미도시)로 보내진다. 신호 처리부는 필터링된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환된다. 상기 디지털 신호는 뇌파의 주파수 대역별 신호를 포함한다.
상기 뇌파 전극은 이어훅(10)에 형성된 제1 전극(11)과 제2 전극(12) 및, 이어팁 전극을 나타낸다.
본 발명에서 제1 전극(11)은 기준 전극일 수 있고, 제2 전극(12)은 접지 전극(bias)일 수 있으며, 이어팁 전극은 측정 전극일 수 있다. 다만, 본 발명의 다른 실시 상태의 예에 따라, 제2 전극(12) 또는 이어팁 전극이 기준 전극이 될 수 있고, 또는 제1 전극(11) 또는 이어팁 전극이 접지 전극(bias)이 될 수 있으며, 또는 제1 전극(11) 또는 제2 전극(12)이 측정 전극이 될 수 있다.
한편, 비록 도시되지는 않았지만, 본 발명의 실시 예에 따른 수면 케어 장치(1)의 센싱부는 신체 움직인 신호 및 뇌파 신호 이외에 체온, 심장 박동, 산소 포화도, RF(Radiofrequency)를 이용한 호흡 패턴(pattern), 코골이 소리 등의 생체 신호를 획득할 수 있고, 조도 등을 포함한 환경에 관련한 신호를 더 획득할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 수면 케어 장치에서 사용자의 수면 단계를 분류하는 방법에 대해서 구체적으로 설명한다.
수면 케어 장치의 데이터 처리부는 센싱부로부터 사용자의 뇌파 신호 및 신체 움직임 신호를 포함하는 사용자 생체 신호를 수신하여 사용자의 수면 상태를 판단하고 수면 단계를 분류할 수 있다.
먼저 데이터 처리부는 센싱부로부터 수신한 사용자 생체 신호 중 신체 움직임 신호를 기반으로 사용자가 깨어 있는(WAKE) 상태인지 수면(SLEEP) 상태인지 판단할 수 있다. 구체적으로, 신체 움직임 신호가 미리 설정된 임계값(Threshold)보다 큰 경우 사용자가 깨어 있는 상태라고 판단할 수 있다. 또한 신체 움직임 신호가 임계값보다 작은 경우 사용자가 수면 상태라고 판단할 수 있다.
다음으로 사용자가 수면 상태라고 판단되는 경우, 뇌파 신호를 기반으로 사용자의 수면 단계를 구체적으로 분류할 수 있다. 즉, 뇌파 신호를 구성하는 주파수 대역의 비율을 기반으로 사용자의 수면 단계를 분류할 수 있다.
도 24는 시간에 따른 사용자의 뇌파 신호를 예시하는 예시도이다.
도 24를 참조하면, 시간의 흐름에 따라 사용자의 뇌파 신호를 구성하는 주파수 대역 별 분포 비율이 어떻게 변화하는지 알 수 있다. 즉 시간의 흐름에 따라 사용자의 뇌파 신호에 포함되는 델타파, 쎄타파, 알파파, 베타파, 감마파가 차지하는 비율의 변화량을 분석할 수 있다. 이에 근거하여 현재 사용자의 수면 단계를 얕은 수면 단계, 깊은 수면 단계 및 렘 수면 단계 중 하나로 분류할 수 있다.
전술한 바와 같이 일반적으로 인간의 뇌는 일반적으로 깨어 있는 단계에서는 알파파(α, 8~13Hz) 및 베타파(β, 13~30Hz)가 주로 방출되고, 얕은 수면 단계에서는 알파파가 감소하면서 쎄타파(θ, 4~8Hz)의 방출이 증가하고, 깊은 수면 단계에서는 델타파(δ, 0.5~4Hz)가 50% 이상 방출된다. 따라서 뇌파 신호를 구성하는 주파수 대역 별 분포 비율의 변화량을 분석해서 사용자가 현재 어느 수면 단계에 있는지 판단할 수 있다.
예를 들어, 사용자의 뇌파 신호 중 델타파가 차지하는 영역이 50% 이상인 경우, 현재 사용자의 수면 단계는 깊은 수면 상태라고 판단할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 사용자의 신체 움직임 신호 및 뇌파 신호를 통해 사용자의 수면 단계를 분류하는 방법은 기계 학습 알고리즘을 통하여 실시간으로 자동 분류될 수 있다. 구체적으로 수면 케어 장치의 구성 요소 중 러닝 프로세서에 의해 뇌파 신호 및 신체 움직임 신호를 학습 데이터로 이용하여 수면 단계를 분류하는 수면 단계 분류 모델을 학습시킬 수 있다. 즉, 사용자의 뇌파 신호 및 신체 움직임 신호를 입력 데이터로, 뇌파 신호의 주파수 대역 별 분포 비율과 신체 움직임 정보를 출력 데이터로 학습시킬 수 있다.
이후 데이터 처리부는 신체 움직임 정보와 뇌파 신호의 주파수 대역 별 분포 비율에 근거하여 사용자의 수면 단계를 실시간으로 자동 분류할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 가변형 바이노럴 비트 사운드를 생성하는 방법을 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 수면 케어 장치는 뇌파 동조를 발생시키는 바이노럴 비트 사운드를 출력시켜 사용자의 수면의 질을 개선시킬 수 있다. 특히, 깊은 수면 단계에서 방출되는 0.5~4Hz의 주파수 범위를 갖는 델타파(δ)로 뇌파 동조를 유도하여 깊은 수면 단계의 비율을 높이고, 깊은 수면단계에서 깨는 확률을 줄임으로써, 사용자의 수면의 질을 개선시킬 수 있다.
깊은 수면 상태에서 방출되는 델타파의 주파수는 사람의 감정과 의식 상태 또는 수면의 상태에 따라 다르게 나타날 수 있다. 즉, 델타파의 주파수는 개인마다 다를 수 있고, 수면 상태에 따라 달라질 수 있다. 그리하여, 본 발명의 실시 예에 따른 수면 케어 장치는 델타파의 주파수 전체 범위(0.5~4Hz)를 커버하며 뇌파 동조를 발생시키기 위하여, 0.5~4Hz의 범위 내에서 주파수가 선형적으로 증가 또는 감소하는 가변형 바이노럴 비트 사운드를 제공한다.
도 25(a) 및 도 25(b)는 본 발명의 실시 예에 따른 가변형 바이노럴 비트 사운드를 생성하는 실시 예를 도시한다.
도 25(a)를 참조하면, 수면 케어 장치에 구비되는 제1 음원 출력부(2501) 및 제2 음원 출력부(2502)를 통해 제1 톤 사운드(Tone Sound) 및 제2 톤 사운드가 출력될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 제1 톤 사운드는 특정 주파수에 고정된 톤 사운드를 의미할 수 있다. 예를 들어 250Hz의 주파수를 가지는 톤 사운드를 의미할 수 있다. 또한 제2 톤 사운드는 제1 톤 사운드의 주파수와 0.5~4Hz 차이로 가변되는 주파수, 예를 들어 250.5~254Hz로 범위 내에서 가변되는 주파수를 가지는 톤 사운드를 의미할 수 있다. 즉, 제2 톤 사운드는 제1 톤 사운드의 주파수와의 차이가 0.5~4Hz 범위 내에서 가변되도록 제어될 수 있다. 이를 통해 0.5~4Hz 범위 내에서 가변되는 가변형 바이노럴 비트 사운드가 생성될 수 있다.
이와 같이 사용자의 좌측 및 우측 귀에 출력되는 제1 톤 사운드 및 제2 톤 사운드의 주파수의 차이, 즉 바이노럴 비트 사운드의 주파수가 0.5~4Hz 범위로 가변되면, 사람의 뇌는 0.5~4Hz 주파수의 범위로 뇌파 동조가 발생할 수 있다. 즉, 깊은 수면 상태일 때 방출되는 뇌파인 델타파 전체 주파수 범위로 뇌파 동조가 유도될 수 있다. 이때, 제1 톤 사운드 및 제2 톤 사운드의 캐리어(carrier) 주파수(기준 주파수)는 30~300Hz 이내의 특성을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 제1 톤 사운드 및 제2 톤 사운드의 주파수 차이 값, 즉 가변형 바이노럴 비트 사운드의 주파수는 출력 시작 시점부터 종료 시점까지, 시간 축을 주기로 선형적으로 증가 또는 감소되도록 제어될 수 있다. 예를 들어, 도 25(b)에 도시된 바와 같이, 0.5Hz부터 시작해서 기 설정된 시간 주기(예를 들어, 0.1ms)마다 기 설정된 주파수 범위(예를 들어, 0.5Hz)만큼 증가되도록 제어할 수 있다. 또한, 델타파의 최대 주파수인 4Hz에 도달하면, 다시 기 설정된 시간 주기(예를 들어, 0.1ms)마다 기 설정된 주파수 범위(예를 들어, 0.5Hz)만큼 감소되도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 가변형 바이노럴 비트 사운드의 출력 시점부터 0.1ms 마다 0.5Hz → 1.0Hz → 1.5Hz → 2.0Hz → 2.5Hz → 3.0Hz → 3.5Hz → 4.0Hz → 3.5Hz → 3.0Hz → 2.5Hz → 2.0Hz → 1.5Hz → 1.0Hz → 0.5Hz와 같이 증가와 감소를 반복할 수 있다. 이와 같이 바이노럴 비트 사운드의 주파수가 0.5~4Hz 범위 내에서 선형적으로 증가 및 감소를 반복함으로써, 사람의 뇌는 델타파 전체 주파수 범위로 동조가 발생될 수 있다.
또한 비록 도시되지는 않았지만, 본 발명의 실시 예에 따르면, 가변형 바이노럴 비트 사운드의 주파수 변경 시간 주기 및 증가/감소 단위 주파수 범위는 사용자의 수면 단계 및 사용자 생체 신호에 기반하여 실시간으로 제어될 수 있다. 여기서 주파수 변경 시간 주기는 주파수가 선형적으로 변경될 때, 기준이 되는 시간 주기를 의미하며, 단위 주파수 범위는 얼마만큼 주파수를 변경시킬지에 대한 기준 범위를 의미한다.
또한 비록 도시되지는 않았지만, 본 발명의 실시 예에 따르면, 가변형 바이노럴 비트 사운드의 크기, 즉 음폭은 사용자의 수면 단계 및 사용자 생체 신호에 기반하여 실시간으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 사용자가 사운드 자극에 의하여 수면에 방해되지 않는 범위로 바이노럴 비트 사운드의 음량이 제어될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 26은 본 발명의 실시 예에 따른 가변형 바이노럴 비트 사운드를 특정 수면 구간에서 출력시키는 실시 예를 도시하는 예시도이다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 뇌파 동조를 발생시키는 가변형 바이노럴 비트 사운드가 수면 주기 중 특정 수면 구간에서만 출력되도록 제어할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 깨어 있는 단계 또는 렘 수면 단계에서 얕은 수면 단계에 진입하는 시점에 가변형 바이노럴 비트 사운드를 출력시키고, 얕은 수면 단계에서 깊은 수면 단계에 진입하는 시점에 가변형 바이노럴 비트 사운드의 출력을 정지시키도록 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면 깨어 있는 상태에서 얕은 수면 단계 또는 깊은 수면 단계에 진입할 때까지 가변형 바이노럴 비트 사운드가 출력되도록 제어할 수 있다. 또한, 이 수면 구간에서는 가변형 바이노럴 비트 사운드 외에 수면 유도에 도움이 되는 ASMR(autonomous sensory meridian response)을 조합하여 출력되도록 제어할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 가변형 바이노럴 비트 사운드의 음량, 즉 사운드의 음폭은 사용자가 깨어나지 않는 범위 내에서 조절될 수 있다. 즉, 사용자가 제공되는 가변형 바이노럴 비트 사운드 및 이를 포함하는 청각 정보에 의해 깨어나지 않는 범위 내에서 조절될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 가변형 바이노럴 비트 사운드의 음폭은 사용자의 수면 단계에 기반하여 각 수면 단계에 적합한 미리 결정된 음폭 레벨을 기준으로 조절될 수 있다. 또한, 각 수면 단계에 적합한 미리 결정된 음폭 레벨은, 음원 출력부에 포함되는 제1 음원 출력부 및 제2 음원 출력부의 서로 다른 특성의 사운드 출력을 기반으로 사용자가 가변형 바이노럴 비트 사운드를 포함하는 청각 자극에 깨지 않는 음원 레벨을 검출하여 최적화된 음폭 레벨로 결정될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 27은 본 발명의 실시 예에 따른 수면 케어 장치의 동작 흐름도를 도시하는 순서도이다.
먼저, 수면 케어 장치의 제어부는 센싱부를 제어하여 뇌파 신호 및 신체 움직임 신호를 포함하는 사용자 생체 신호를 획득(S2701)할 수 있다.
다음으로 제어부는 획득된 사용자 생체 신호에 기반하여 사용자의 수면 단계를 판단(S2702)할 수 있다.
다음으로 제어부는 음원 생성부를 제어하여 사운드의 주파수 및 음폭 중 적어도 하나가 특정 범위 내에서 가변되는 가변형 바이노럴 비트 사운드를 생성(S2703)할 수 있다.
다음으로 제어부는 수면 단계에 기반하여 특정 수면 구간에서 가변형 바이노럴 비트 사운드가 출력(S2704)되도록 음원 출력부를 제어할 수 있다.
구체적으로, 사용자가 깨어 있는 단계 또는 렘 수면 단계에서 얕은 수면 단계로 진입하는 경우 바이노럴 비트 사운드를 재생시키고, 얕은 수면 단계에서 깊은 수면 단계로 진입하는 경우 바이노럴 비트 사운드의 출력이 정지되도록 제어할 수 있다.
도 28은 본 발명의 실시 예에 따른 수면 케어 장치에서 수면 단계를 판단하는 동작 흐름도를 도시한다.
먼저 본 발명의 실시 예에 따른 수면 케어 장치는 제어부는 센싱부로부터 사용자 움직임 신호 및 뇌파 신호를 포함하는 사용자 생체 신호를 획득(S2801)할 수 있다.
다음으로 제어부는 신체 움직임 신호에 기반하여 사용자가 깨어 있는 단계인지 수면 단계인지 판단할 수 있다. 구체적으로 신체 움직임 신호가 기 설정된 임계값(Threshold) 이상인지 판단(S2802)할 수 있다. 상기 판단(S2802)의 결과, 신체 움직임 신호가 기 설정된 임계값(Threshold) 이상이면 사용자가 깨어 있는 단계에 있다고 판단(S2803)하고, 사용자 생체 신호를 획득(S2801)하는 단계로 돌아간다.
한편, 상기 판단(S2802)의 결과 신체 움직임 신호가 기 설정된 임계값(Threshold) 이하이면 사용자가 수면 단계에 있다고 판단할 수 있다. 이 경우 수면 케어 장치의 제어부는 뇌파 신호의 주파수 대역 별 분포도를 분석(S2804)하여 사용자가 수면 단계 중 어떤 수면 단계에 있는지, 즉 얕은 수면 단계, 깊은 수면 단계 및 렘 수면 단계 중 어떤 수면 단계에 있는지 판단(S2805)하고, 사용자 생체 신호를 획득(S2801)하는 단계로 돌아간다. 구체적으로 뇌파를 구성하는 주파수 대역 별 분포도, 즉 델타파, 쎄타파, 알파파, 베타파 및 감마파가 차지하는 비율을 분석하여, 얕은 수면 단계, 깊은 수면 단계 및 렘 수면 단계 중 하나로 판단할 수 있다.
도 29는 본 발명의 실시 예에 따른 수면 케어 장치에서 가변형 바이노럴 비트 사운드의 출력을 제어하는 동작 흐름도를 도시한다.
먼저 본 발명의 실시 예에 따른 수면 케어 장치는 제어부는 센싱부로부터 사용자 생체 신호를 획득(S2901)할 수 있다. 다음으로 제어부는 사용자 생체 신호에 기반하여 사용자의 현재 수면 단계를 판단(S2902)할 수 있다.
다음으로 제어부는 사용자의 현재 수면 단계가 얕은 수면 단계인지 판단(S2903)할 수 있다. 상기 판단(S2903)의 결과 얕은 수면 상태이면, 이전 수면 단계가 깨어 있는 단계 또는 렘 수면 단계인지 판단(S2904)할 수 있다. 상기 판단(S2904)의 결과 이전 수면 단계가 깨어 있는 단계 또는 렘 수면 단계이면, 가변형 바이노럴 비트 사운드를 출력(S2905)시키고 사용자 생체 신호를 획득하는 단계(S2901)로 돌아갈 수 있다. 또한, 상기 판단(S2904)의 결과 이전 수면 단계가 깨어 있는 단계 또는 렘 수면 단계가 아니면, 사용자 생체 신호를 획득하는 단계(S2901)로 돌아갈 수 있다.
한편, 상기 판단(S2903)의 결과 사용자의 수면 단계가 얕은 수면 단계가 아니고 깊은 수면 단계라고 판단(S2906)되는 경우, 이전 수면 단계가 얕은 수면 상태(S2907)인지 판단할 수 있다. 상기 판단(S2907)의 결과 이전 수면 단계가 얕은 수면 상태이면, 가변형 바이노럴 비트 사운드의 재생을 정지(S2908)시키고 사용자 생체 신호를 획득하는 단계(S2901)로 돌아갈 수 있다.
한편, 도시되지는 않았지만, 사용자의 수면 단계가 깨어 있는 단계라고 판단되는 경우, 사용자의 수면 단계가 얕은 수면 단계 또는 깊은 수면 단계에 도달할 때까지 가변형 바이노럴 비트 사운드 또는 가변형 바이노럴 비트 사운드와 수면 유도를 위한 ASMR을 조합하여 출력시키도록 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 상태의 예에 따른 수면 케어 장치는 외부 장치인 이동 단말기와 연계되어 작동될 수 있다. 도 30은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수면 케어 장치와 이동 단말기의 상호 동작을 도시하는 블록도이다.
도 30을 참조하면, 수면 케어 장치는 센싱부, 메모리, 신호 처리부, 통신부, 출력부 및 제어부를 포함할 수 있다.
센싱부는 사용자의 수면 단계에 따라 변화하는 생체 신호를 획득할 수 있다. 센싱부는 뇌파 센서 및 가속도 센서를 포함할 수 있다. 예컨대, 센싱부는 뇌파 센서 및 가속도 센서를 통해 사용자의 뇌파 신호 및 신체 움직임 신호를 포함하는 사용자 생체 신호를 실시간으로 획득할 수 있다. 또한 센싱부는 획득된 하나 이상의 사용자 센싱 신호를 신호 처리부를 전송하여 신호 처리부에 의해 출력용 또는 통신용 데이터로 변환시켜 수면 케어 장치의 통신부를 통해 외부 장치로 전송할 수 있다.
메모리는 수면 케어 장치의 다양한 기능을 지원하는 데이터를 저장할 수 있다. 예컨대, 메모리는 제어부의 제어 신호에 의해, 이어팁이 측정한 뇌파 신호(예를 들어, 아날로그 신호), 또는 사용자 생체 신호를 메모리에 저장하거나 또는 신호 처리부에서 처리된 디지털 신호를 메모리에 저장하거나 또는 디스플레이하기 위한 각종 정보와 스피커를 통해 출력되는 소리 신호 등을 메모리에 저장할 수 있다.
신호 처리부는 센싱부로부터 입력된 뇌파 신호(아날로그 신호) 등을 디지털 신호로 전환한다. 예컨대, 신호 처리부는 통신부를 통해 이동 단말기로 전송될 수 있도록 신호를 처리하거나, 또는 소리 등이 출력부에 의해 외부로 출력될 수 있도록 각종 신호를 처리할 수 있다.
통신부는 본 발명의 수면 케어 장치와 이동 단말기 사이 및, 수면 케어 장치와 충전 케이스 사이의 무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 통신부는 방송 수신 모듈, 이동 통신 모듈, 무선 인터넷 모듈, 근거리 통신 모듈, 위치 정보 모듈 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 통신부는 제어부에 의해 제어되며, 안테나를 구비할 수 있다. 통신부는 이동 단말기로 각종 데이터를 전송하거나 또는 이동 단말기로부터 각종 데이터를 수신할 수 있다.
출력부는 가변형 바이노럴 비트 사운드를 포함하는 청각 정보를 출력하는 음원 출력부(미도시)를 포함할 수 있다. 이동 단말기의 통신부를 통해 송신된 데이터(예를 들어, 가변형 바이노럴 비트 사운드를 포함하는 청각 정보)는 본 발명의 수면 케어 장치의 통신부를 통해 수신되고, 상기 데이터는 제어부의 제어에 의해 출력부를 통해 출력될 수 있다. 출력되는 데이터(소리)는 스피커를 통해 수면 케어 장치의 외부로 전달될 수 있다.
통신부는 본 발명의 수면 케어 장치(1)와 이동 단말기 사이 및, 수면 케어 장치(1)와 충전 케이스 사이의 무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈(module)을 포함할 수 있다.
통신부는 방송 수신 모듈, 이동 통신 모듈, 무선 인터넷 모듈, 근거리 통신 모듈, 위치 정보 모듈 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
통신부는 제어부에 의해 제어되며, 안테나(35)를 구비한다.
통신부는 이동 단말기로 각종 데이터를 전송하거나 또는 이동 단말기로부터 각종 데이터를 수신할 수 있다.
제어부는 중앙 처리 장치(CPU & Bluetooth)를 구비한다. 제어부는 전술한 센싱부, 메모리부, 신호 처리부, 출력부 및 통신부를 제어할 수 있다.
제어부는 전술한 센싱부, 메모리부, 신호 처리부, 출력부 및 통신부를 통해 입력 또는 출력되는 신호, 데이터 및 정보 등을 처리하거나, 제어부 또는 메모리부에 저장된 응용 프로그램을 구동함으로써, 사용자에게 적절한 정보 또는 소리를 제공 또는 처리할 수 있다.
제어부는 배터리를 제어하여 사용자의 입력 신호가 입력되면 본 발명의 수면 케어 장치를 온/오프(on/off) 시킬 수 있다. 여기서, 사용자의 입력 신호는 예를 들어, 사용자가 수면 케어 장치 또는 이동 단말기에 구비된 버튼을 누르는 행위, 또는 수면 케어 장치를 충전 케이스에서 분리시키거나 충전 케이스에 결합시키는 행위 등을 나타낼 수 있다.
도 30에 도시되어 있는 이동 단말기는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털 방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 PC(slate PC), 태블릿 PC(tablet PC), 울트라북(ultrabook), 워치형 단말기 (smartwatch) 등을 나타낸다.
도 30을 참조하면, 이동 단말기는 통신부, 센싱부, 데이터 처리부 및 디스플레이부를 포함할 수 있다.
이동 단말기의 통신부는 본 발명의 수면 케어 장치와 이동 단말기 사이 및, 이동 단말기와 충전 케이스 사이의 무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다.
이동 단말기의 통신부는 방송 수신 모듈, 이동 통신 모듈, 무선 인터넷 모듈, 근거리 통신 모듈, 위치 정보 모듈 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
이동 단말기의 통신부는 제어부에 의해 제어되며, 안테나를 구비할 수 있다.
이동 단말기의 통신부는 수면 케어 장치의 통신부로부터 전송된 데이터를 수신할 수 있고, 또한, 이동 단말기의 데이터 처리부에서 처리된 데이터를 수면 케어 장치의 통신부로 송신할 수 있다.
이동 단말기의 센싱부는 사용자의 코골이 소리, RF(Radiofrequency)를 이용한 호흡 패턴(pattern), 조도 등을 감지할 수 있다.
이동 단말기의 센싱부는 사용자의 신체와 접촉되지 않을 수 있다.
이동 단말기의 데이터 처리부는 수면 케어 장치로부터 전송된 생체 신호(예를 들어, 뇌파 신호 또는 신체 움직임 신호)를 이용하여 출력부를 제어할 수 있는 파라미터를 생성할 수 있다.
이동 단말기의 데이터 처리부는 통신부를 통해 전달받은 신호를 활용하여, 수면 케어 장치의 출력부를 제어할 수 있는 파라미터를 생성하며, 상기 파라미터들 중 일부는 디스플레이부에 표시될 수 있다. 또한, 상기 파라미터는 이동 단말기의 통신부를 통해 수면 케어 장치의 통신부로 실시간 전송될 수 있으며, 상기 파라미터는 수면 제어 장치의 제어부가 출력부를 제어하는데 활용될 수 있다.
이동 단말기의 디스플레이부는 데이터 처리부에서 처리된 결과를 표시할 수 있다. 상기 디스플레이부는 정보를 표시하기 위한 각종 전자 부품들을 포함한다.
또한, 이동 단말기는 제어부를 더 포함할 수 있다.
이동 단말기의 제어부는 이동 단말기의 전술한 통신부, 센싱부, 데이터 처리부 및 디스플레이부를 제어할 수 있다.
이동 단말기의 제어부는 이동 단말기의 전술한 통신부, 센싱부, 데이터 처리부 및 디스플레이부를 통해 입력 또는 출력되는 신호, 데이터 및 정보 등을 처리하거나, 제어부 또는 메모리에 저장된 응용 프로그램을 구동함으로써, 사용자에게 적절한 정보 또는 소리를 제공 또는 처리할 수 있다.
전술한 본 개시는, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽힐 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 또한, 상기 컴퓨터는 수면 케어 장치의 제어부를 포함할 수도 있다.
따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 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 (15)

  1. 수면 케어 장치에 있어서,
    사용자 생체 신호를 획득하는 센싱부;
    사운드의 주파수 및 음폭 중 적어도 하나가 특정 범위 내에서 가변되는 가변형 바이노럴 비트 사운드를 생성하는 음원 생성부;
    상기 가변형 바이노럴 비트 사운드를 출력하는 음원 출력부; 및
    상기 사용자 생체 신호를 입력받아 사용자의 수면 단계를 판단하고, 상기 수면 단계에 기반하여 특정 수면 구간에서 상기 가변형 바이노럴 비트 사운드가 출력되도록 제어하는 제어부를 포함하는, 수면 케어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 사용자 생체 신호에 포함되는 신체 움직임 신호 및 뇌파 신호 중 적어도 하나에 기반하여 상기 사용자의 수면 단계를 분류하는 데이터 처리부, 및
    상기 수면 단계에 기반하여 특정 수면 구간에서 상기 가변형 바이노럴 비트 사운드가 출력되도록 제어하는 음원 제어부를 포함하고,
    상기 사용자의 수면 단계는,
    깨어 있는 단계, 얕은 수면 단계, 깊은 수면 단계, 및 렘 수면 단계 중 하나로 분류되는 것을 특징으로 하는, 수면 케어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 데이터 처리부는,
    상기 신체 움직임 신호가 기 설정된 임계값(Threshold)보다 큰 경우, 사용자의 수면 단계를 깨어 있는 단계로 판단하고,
    상기 신체 움직임 신호가 기 설정된 임계값(Threshold)보다 작은 경우, 상기 뇌파 신호의 주파수 대역 별 분포도에 기반하여 사용자의 수면 단계를 얕은 수면 단계, 깊은 수면 단계 및 렘 수면 단계 중 하나로 판단하는 것을 특징으로 하는, 수면 케어 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 음원 제어부는,
    상기 사용자의 수면 단계가 깨어 있는 단계 또는 렘 수면 단계에서 얕은 수면 단계로 진입할 때, 상기 가변형 바이노럴 비트 사운드가 출력되도록 제어하고,
    상기 사용자의 수면 단계가 얕은 수면 상태에서 깊은 수면 상태로 진입할 때, 상기 가변형 바이노럴 비트 사운드의 출력이 정지되도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 수면 케어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 음원 생성부는,
    상기 가변형 바이노럴 비트 사운드의 주파수가 0.5~4Hz 범위 내에서 가변되도록 상기 가변형 바이노럴 비트 사운드를 생성하는 것을 특징으로 하는, 수면 케어 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 음원 생성부는,
    상기 가변형 바이노럴 비트 사운드의 주파수가 0.5~4Hz 범위 내에서 기 설정된 주기마다 기 설정된 주파수 범위만큼 증가 또는 감소되도록 상기 가변형 바이노럴 비트 사운드를 생성하는 것을 특징으로 하는, 수면 케어 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 음원 생성부는,
    상기 사용자 생체 신호를 입력받아 상기 가변형 바이노럴 비트 사운드의 주파수 및 음폭 중 적어도 하나를 변경시키는 것을 특징으로 하는, 수면 케어 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 음원 출력부는,
    제1 톤 사운드 및 제2 톤 사운드를 출력하는 제1 음원 출력부 및 제2 음원 출력부를 포함하고,
    상기 가변형 바이노럴 비트 사운드의 주파수는, 상기 제1 톤 사운드 및 상기 제2 톤 사운드의 주파수의 차이 값을 의미하는 것을 특징으로 하는, 수면 케어 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 음원 출력부 및 상기 제2 음원 출력부는,
    각각 스피커, 헤드셋 및 이어폰 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 수면 케어 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 센싱부는,
    사용자의 생체 움직임 신호를 획득하는 가속도 센서 및 사용자의 뇌파 신호를 획득하는 뇌파 센서 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 수면 케어 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 가속도 센서는,
    3축 가속도 센서(Accelerometer) 및 3축 자이로 센서(Gyroscope)로 구성되는 IMU(Inertial Measurement Unit) 센서로부터 출력되는 신호에 기반하여 상기 사용자의 생체 움직임 신호를 획득하고,
    상기 뇌파 센서는,
    상기 센싱부에 더 포함되는 제1 전극 및 제2 전극과 이어팁 전극으로 구성되는 뇌파 전극으로부터 출력되는 신호에 기반하여 상기 사용자의 뇌파 신호를 획득하는 것을 특징으로 하는, 수면 케어 장치.
  12. 수면 케어 장치의 제어 방법에 있어서,
    사용자 생체 신호를 획득하는 단계;
    상기 획득된 사용자 생체 신호를 기반으로 사용자의 수면 단계를 판단하는 단계;
    사운드의 주파수 및 음폭 중 적어도 하나가 특정 범위 내에서 가변되는 가변형 바이노럴 비트 사운드를 생성하는 단계; 및
    상기 수면 단계에 기반하여 특정 수면 구간에서 상기 가변형 바이노럴 비트 사운드를 출력시키는 단계를 포함하는, 수면 케어 장치의 제어 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 사용자의 수면 단계를 판단하는 단계는,
    상기 사용자 생체 신호에 포함되는 신체 움직임 신호 및 뇌파 신호 중 적어도 하나에 기반하여 상기 사용자의 수면 단계를 판단하는 단계에 의해 수행되고,
    상기 신체 움직임 신호가 기 설정된 임계값(Threshold)보다 큰 경우, 사용자의 수면 단계를 깨어 있는 단계로 판단하고,
    상기 신체 움직임 신호가 기 설정된 임계값(Threshold)보다 작은 경우, 상기 뇌파 신호의 주파수 대역 별 분포도에 기반하여 사용자의 수면 단계를 얕은 수면 단계, 깊은 수면 단계 및 렘 수면 단계 중 하나로 판단하는 것을 특징으로 하는, 수면 케어 장치의 제어 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 가변형 바이노럴 비트 사운드를 생성하는 단계는,
    상기 가변형 바이노럴 비트 사운드의 주파수가 0.5~4Hz 범위 내에서 가변되도록 상기 가변형 바이노럴 비트 사운드를 생성하는 단계에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는, 수면 케어 장치의 제어 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 특정 수면 구간에서 상기 가변형 바이노럴 비트 사운드를 출력시키는 단계는,
    상기 사용자의 수면 단계가 깨어 있는 단계 또는 렘 수면 단계에서 얕은 수면 단계로 진입했을 때, 상기 바이노럴 비트 사운드를 출력시키는 단계; 및
    상기 사용자의 수면 단계가 얕은 수면 단계에서 깊은 수면 단계로 진입했을 때, 상기 바이노럴 비트 사운드의 출력을 정지시키는 단계에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는, 수면 케어 장치의 제어 방법.
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