唤醒设备.pdf

一种唤醒设备(1)，包括：时钟装置(2)，唤醒定时器装置(3)，可控唤醒刺激装置(4)，以及用于控制该唤醒刺激装置(4)的控制装置(5)。该唤醒刺激装置能够改变唤醒刺激的强度。在预期唤醒时间(tWU)之前，在预定的提前时间处以相对低的强度开始唤醒刺激，以这样的方式：唤醒刺激的强度按照预定义的唤醒程序逐渐增加。该唤醒设备还包括：睡眠质量监控装置(10)，用于监控用户的睡眠质量，以及用于生成指示用户睡眠质量的睡眠质量监控器信号(S)。该控制装置响应于接收自睡眠质量监控装置的睡眠质量监控器信号，以修改唤醒程序。

1.  一种唤醒设备（1），包括：
-时钟装置（2），用于生成对应于一天的实际时间（t）的实际时间信号；
-唤醒定时器装置（3），用于生成对应于预期唤醒时间（t_WU）的唤醒时间信号；
-可控唤醒刺激装置（4），用于生成用于使用户醒来的至少一个唤醒刺激，所述唤醒刺激具有至少一个可变刺激量，其中所述唤醒刺激的唤醒效果依赖于所述刺激量的值；
-控制装置（5），具有被耦合以接收所述实际时间信号和所述唤醒时间信号的输入，并且被适配以生成用于控制所述唤醒刺激装置（4）的控制信号；
其中所述唤醒刺激装置（4）响应于所述控制信号以改变所述刺激量的所述值；
并且其中适配所述控制装置（5）以生成所述控制信号，以便按照预定义的唤醒程序生成所述唤醒刺激，所述唤醒程序包括：
a）用于所述唤醒刺激的所述刺激量的初始值，所述初始值具有相对低的唤醒效果；
b）用于所述唤醒刺激的所述刺激量的终止值（I_M），所述终止值具有相对高的唤醒效果；
c）唤醒持续时间（t_Δ），根据公式t_A=t_WU-t_Δ定义所述预期唤醒时间（t_WU）前的提前时间（t_A）；
d）其中在所述提前时间（t_A）时，用具有所述初始值的所述刺激量开始所述唤醒刺激；
e）其中在从所述提前时间（t_A）直至所述预期唤醒时间（t_WU）的时间间隔中，所述刺激量的值从所述初始值向所述终止值逐渐变化；
f）其中在所述预期唤醒时间（t_WU）时，所述刺激量具有所述终 止值；
其中所述唤醒设备（1）还包括睡眠质量监控器装置（10），所述睡眠质量监控器装置（10）用于监控用户的睡眠质量，并且用于生成指示所述用户的瞬时睡眠质量的睡眠质量监控器信号（S）；
并且其中所述控制装置（5）响应于接收自所述睡眠质量监控器装置（10）的所述睡眠质量监控器信号（S），以计算所述用户的整体睡眠质量参数（SQ）并根据所述整体睡眠质量参数（SQ）来修改所述唤醒程序。

2.  根据权利要求1所述的唤醒设备，还包括与所述控制装置（5）相关联的存储器（6），所述存储器包含定义所述唤醒程序的至少一个程序参数的信息，并且其中所述控制装置（5）响应于所述睡眠质量监控器信号（S）以根据所述整体睡眠质量参数（SQ）来修改所述程序参数的值。

3.  根据权利要求2所述的唤醒设备，其中根据所述整体睡眠质量参数（SQ）要被修改的所述程序参数是所述初始值和/或所述终止值和/或所述唤醒持续时间。

4.  根据权利要求2所述的唤醒设备，其中所述存储器（6）包含用于所述唤醒持续时间（t_Δ）的标准时间值（t_Δ0），并且其中当所述整体睡眠质量参数（SQ）对应于所述用户不良的夜间睡眠时，所述控制装置（5）响应于所述睡眠质量监控器信号（S）以将所述唤醒持续时间（t_Δ）增加至高于所述标准时间值（t_Δ0）的值（t_Δ1）。

5.  根据权利要求2所述的唤醒设备，其中所述存储器（6）包含用于所述唤醒持续时间（t_Δ）的标准时间值（t_Δ0），并且其中当所述整体睡眠质量参数（SQ）对应于所述用户良好的夜间睡眠时，所述控制装置（5）响应于所述睡眠质量监控器信号（S）以将所述唤醒持续时间（t_Δ）减小至低于所述标准时间值（t_Δ0）的值（t_Δ2）。

6.  根据权利要求2所述的唤醒设备，其中所述存储器（6）包含用于所述唤醒刺激的所述可变刺激量的所述终止值的标准刺激值（I_M0），并且其中当所述整体睡眠质量参数（SQ）对应于所述用户 不良的夜间睡眠时，所述控制装置（5）响应于所述睡眠质量监控器信号（S）以将所述终止值减小至低于所述标准刺激值（I_M0）的值（I_M1）。

7.  根据权利要求2所述的唤醒设备，其中所述存储器（6）包含用于所述唤醒刺激的所述可变刺激量的所述终止值的标准刺激值（I_M0），并且其中当所述整体睡眠质量参数（SQ）对应于所述用户良好的夜间睡眠时，所述控制装置（5）响应于所述睡眠质量监控器信号（S）以将所述终止值增加至高于所述标准刺激值（I_M0）的值（I_M2）。

8.  根据权利要求1所述的唤醒设备，其中所述唤醒刺激是光。

9.  根据权利要求1所述的唤醒设备，其中所述唤醒刺激的所述可变刺激量是刺激强度。

10.  根据权利要求1所述的唤醒设备，其中所述睡眠质量监控器装置（10）包括用于检测所述用户的身体移动的移动传感器，并且其中所述睡眠质量监控器装置（10）被配置用于基于所述用户的身体移动量来生成所述睡眠质量监控器信号（S）。

11.  根据权利要求2所述的唤醒设备，其中所述存储器（6）包含将加权函数（NSD(t)）定义为夜间期间的时间的函数或夜间期间的时元（E_i）的函数的信息，所述加权函数（NSD(t)）在夜间的早期阶段具有较高的加权值且在夜间的后期阶段具有较低的加权值。

12.  根据权利要求2所述的唤醒设备，其中所述睡眠质量监控器装置（10）包括用于检测所述用户的身体移动的移动传感器，并且其中所述睡眠质量监控器装置（10）被配置用于基于所述用户的身体移动量来生成所述睡眠质量监控器信号（S）；
其中所述控制装置（5）被配置为将预期入睡时刻和预期唤醒时刻之间的睡眠时间间隔划分成多（N）个时元（E_i）；
其中所述存储器（6）包含将加权函数（NSD(t_i)）定义为所述时元（E_i）的函数的信息，所述加权函数（NSD(t_i)）在所述睡眠时间间隔的早期阶段具有较高的加权值且在所述睡眠时间间隔的后期阶 段具有较低的加权值；
其中所述控制装置（5）被配置用于每个时元（E_i）以根据公式WS(t_i)=(S(t_i)·NSD(t_i))/N来计算加权测量样本（WS(t_i)），其中S(t_i)表示在所述时元（E_i）中所述睡眠质量监控器信号（S）的采样值；并且其中所述控制装置（5）被配置以根据公式来计算作为所述加权测量样本（WS(t_i)）的连续总和的所述整体睡眠质量参数（SQ）。

13.  根据权利要求12所述的唤醒设备，其中在早于标准提前时间（t_A0）的预定义决定时间（t_D）时，如果在所述预定义决定时间（t_D）时所述控制装置（5）发现由计算的睡眠质量决定参数（SQ(t_D)）高于所述存储器（6）中存储的参考值（SQ_ref），则所述控制装置（5）增加所述唤醒持续时间（t_Δ）。

14.  根据权利要求13所述的唤醒设备，其中所述参考值（SQ_ref）是在预定义数量的在先监控会话期间计算的整体睡眠质量参数或睡眠质量决定参数的连续平均值。

15.  根据权利要求1所述的唤醒设备，其中所述唤醒刺激装置（4）包括具有可变光强度的唤醒灯。

唤醒设备
技术领域
本发明总体上涉及一种唤醒设备，用于通过缓慢增加唤醒刺激的强度来缓慢且温和地唤醒用户。更具体地，本发明涉及其中所述刺激是光的唤醒光。通过缓慢地增加光强度，模拟日出，其会给予用户最自然的唤醒体验。
背景技术
睡眠是从睡眠阶段之间对大脑活动和过渡的测量推出的这些阶段中通常描述的生理过程。例如可以区分为以下阶段：清醒、浅睡眠、深度睡眠、和REM(快速眼动)睡眠。在这些阶段中，觉醒阈值会有所不同(即通过某一刺激，可能较难或较不难地唤醒人)，且当人在这些阶段期间被唤醒时，对人的幸福感体验的影响会有所不同。尤其是当一个人处于深度睡眠(慢波睡眠，SWS)时被唤醒，他会在一段时间内感到无力和困倦，并且在这个人实际醒来且感觉良好前可能耗费相对长的时间。这种现象也被称为“睡后迟钝”。
睡后迟钝是熟知的问题且是早晨仪式期间紧张的第一原因。相比于所谓的长期早睡型(也称为百灵鸟型)的人，睡后迟钝对所谓的长期晚睡型(也称为猫头鹰型)的人的影响尤其严重。猫头鹰型遭受更多是由于两个经科学证实的原因：
(1)对于清晨的最佳表现，他们的生理期并不是最佳；
(2)由于晚睡开始和早醒次数缩短了工作日的睡眠持续时间，导致睡眠不足；已知睡眠不足会进而导致深度睡眠的比例增大，这增加了这种人需要从更深的睡眠唤醒的机会。
传统的唤醒设备是闹钟。当用户入睡时(或在较早的时间点)，用户设定唤醒时间。当一天的实际时间等于预设唤醒时间时，闹钟产 生可听得见的刺激(声音)。当用户在那一刻处于深度睡眠时，他在某种程度上遭受睡后迟钝是可能的。现有技术的唤醒设备诸如飞利浦唤醒光借助于引入人工曙光效应已经减轻了睡后迟钝问题。
发明内容
现有技术的上述类型的唤醒设备并没有考虑用户的睡眠阶段，它们在设定的报警时间前的预定时间简单地开始预定的唤醒程序。因此，即使达到了相当于自然曙光效应的效果，但该用户在报警时间仍可能处于深度睡眠。然而，科学事实是，通常人在浅睡眠阶段期间被唤醒时会遭受比其在深度睡眠阶段期间被唤醒时更少的睡后迟钝且会感觉较少的无力。因此，在浅睡眠阶段期间被唤醒是合适的。
因此，本发明的目的在于提供一种能够增加用户在浅睡眠阶段期间被唤醒的机会的唤醒设备。
实现这种唤醒设备的一种可能是通过对睡眠阶段进行实时监控，且仅当确认用户实际上处于浅睡眠阶段时生成唤醒刺激。然而，对睡眠阶段的可靠的实时监控需要整晚将至少一组三个干电极附接至用户的头部，这对用户而言是不舒适的。
本发明涉及两个重要的方面。根据本发明的第一方面，整晚监控用户的睡眠质量，且控制装置计算指示夜间期间整体相对睡眠质量的整体相对睡眠质量参数。根据本发明的第二方面，取决于计算的整体相对睡眠质量修改唤醒刺激程序的参数。
具体而言，本发明提供了一种唤醒设备，包括：
-时钟装置，用于生成对应于一天的实际时间的实际时间信号；
-唤醒定时器装置，用于生成对应于预期唤醒时间的唤醒时间信号；
-可控唤醒刺激装置，用于生成使用户醒来的至少一个唤醒刺激，该唤醒刺激具有至少一个可变的刺激量，其中该唤醒刺激的唤醒效果依赖于刺激量的值；
-控制装置，具有输入被耦合以接收实际时间信号和唤醒时间信 号并被适配以生成用于控制唤醒刺激装置的控制信号；
其中唤醒刺激装置响应于所述控制信号以改变所述刺激量的值；
且其中该控制装置被适配以生成控制信号，以便按照预定义的唤醒程序生成唤醒刺激，该唤醒程序包括：
a)用于唤醒刺激的刺激量的初始值，该初始值具有相对低的唤醒效果；
b)用于唤醒刺激的刺激量的终止值，该终止值具有相对高的唤醒效果；
c)唤醒持续时间t_Δ，根据公式t_A＝t_WU-t_Δ在该预期唤醒时间t_WU前定义提前时间t_A；
d)其中，在提前时间，用具有所述初始值的所述刺激量开始该唤醒刺激；
e)其中，在从提前时间直至预期唤醒时间的时间间隔中，所述刺激量的值从所述初始值向所述终止值逐渐变化；
f)其中，在预期唤醒时间，刺激量具有所述终止值；
其中该唤醒设备还包括睡眠质量监控装置，用于监控用户的睡眠质量和用于生成指示用户的睡眠质量的睡眠质量监控器信号；
且其中该控制装置具有在提前时间前检测用户入睡时间的输入，且其中控制装置响应于接收自睡眠质量监控装置的睡眠质量监控器信号，以基于在入睡时间和提前时间之间的相应的多个时间处执行的睡眠质量监控器信号的多个测量值来计算用户的整体睡眠质量参数并根据该整体睡眠质量参数修改唤醒程序。
因此，本发明为特定用户定制唤醒方法，使唤醒刺激的性质适应目前的夜间睡眠质量，并因此为用户提供甚至更好的唤醒体验。
从属权利要求中提及了其他有利的设计。
如果唤醒设备还包括与控制装置相关联的存储器则是有利的，该存储器包含定义唤醒程序的至少一个程序参数的信息，且其中控制装置响应于睡眠质量监控器信号以根据整体睡眠质量参数修改所述程序参数的值。
根据用户的整体睡眠质量参数要被修改的优选的程序参数是所述初始值和/或所述终止值和/或所述唤醒持续时间。
在特别优选的实施例中，存储器包含用于唤醒持续时间t_Δ的标准时间值t_Δ0，且当整体睡眠质量参数对应于用户不良的夜间睡眠时，控制装置响应于睡眠质量监控器信号以将该唤醒持续时间t_Δ增加至高于标准时间值t_Δ0的值t_Δ1。
在特别优选的实施例中，存储器包含用于唤醒持续时间t_Δ的标准时间值t_Δ0，且其中当整体睡眠质量质参数对应于用户良好的夜间睡眠时，控制装置响应于睡眠质量监控器信号以将该唤醒持续时间t_Δ减小至低于标准时间值t_Δ0的值t_Δ2。
在特别优选的实施例中，存储器包含用于唤醒刺激的所述可变刺激量的终止值的标准刺激值，且当整体睡眠质量参数对应于所述用户不良的夜间睡眠时，控制装置响应于睡眠质量监控器信号以将所述终止值减小至低于标准刺激值的值。
在特别优选的实施例中，存储器包含用于唤醒刺激的所述可变刺激量的终止值的标准刺激值，且当整体睡眠质量参数对应于用户良好的夜间睡眠时，控制装置响应于睡眠质量监控器信号以将所述终止值增加至高于标准刺激值的值。
在特别优选的实施例中，唤醒刺激是光。光被证明是非常合适的唤醒刺激。
在特别优选的实施例中，唤醒刺激的所述可变刺激量是刺激强度。缓慢地增加唤醒刺激的强度有助于将用户温和地带离深度睡眠状态而不引起冲击效应的期望效果。当唤醒刺激是光时，缓慢地增加光强度将模拟自然曙光效应且将因此有助于以自然方式唤醒。
在特别优选的实施例中，睡眠质量监控装置包括用于检测用户身体移动的移动传感器，且睡眠质量监控装置被配置用于基于用户的身体移动量来生成睡眠质量监控器信号。已经发现，在一方面，身体移动是人睡眠水平的可靠指标，而另一方面，可靠的身体移动传感器可以相对低的成本商购获得。
在特别优选的实施例中，存储器包含将加权函数定义为时间的函数或夜间期间的时元(E_i)的函数的信息，该加权函数在夜间的早期阶段具有较高的加权值且在夜间的后期阶段具有较低的加权值。当使用这种加权函数对身体移动测量信号进行加权时，实验结果是，良好且自然的夜间睡眠包括前半夜期间的深度睡眠周期。
在特别优选的实施例中，控制装置被配置为根据公式SQ=Σi=1NWS(ti)=1NΣi=1NNSD(ti)·S(ti)]]>计算作为加权测量样本(WS(t_i))的连续总和的整体睡眠质量参数，其中S(t_i)表示在第i时元中睡眠质量监控器信号(S)的采样值，且NSD(ti)表示对应的加权函数。在早于标准提前时间的预定义决定时间t_D，如果在该时间该控制装置发现由计算的睡眠质量决定参数SQ(t_D)高于存储器中存储的参考值，则这种情况下控制装置(5)如果增加该唤醒持续时间t_Δ是有利的。
优选地，该参考值是是在预定义数量的在先监控阶段期间计算的整体睡眠质量参数或睡眠质量决定参数的连续平均值。这具有为特定用户更好地定制“良好睡眠”和“不良睡眠”的定义的优点。
在特别优选的实施例中，唤醒刺激装置包括具有可变的光强度的唤醒灯。
附图说明
参考附图，通过以下一个或多个优选实施例的描述进一步说明了本发明的这些和其他方面、特征和优势，其中相同的参考标记指示相同或相似的部件，并且其中：
图1为示意性图示根据本发明的唤醒设备的框图。
图2为示意性图示唤醒设备的操作的图形。
图3A和3B为示意性图示对根据本发明的唤醒间隔的修改的图形。
图4A和4B为示意性示出对根据本发明的唤醒间隔的修改的图 形。
图5为示意的睡眠深度曲线。
图6为示意性图示根据本发明的唤醒设备的操作的流程图。
具体实施方式
图1示意性地示出唤醒设备1，其包括可控唤醒刺激装置4，用于生成使用户醒来的至少一个唤醒刺激。该唤醒刺激装置4能够改变唤醒刺激的强度。在一个特定的实施例中，唤醒设备1是唤醒光且唤醒刺激装置4包括灯，其能够产生光输出，光输出的强度可控制在等于或接近于零的最小强度值和标称强度之间的强度范围内，下文中就该实施例具体解释了本发明。由于这种唤醒光本身是已知的，此处省略了对唤醒刺激装置4的设计和功能的进一步讨论。然而，应注意此处的词语“灯”用来指任何类型的光源，包括LED，且包括多个相同类型或相互不同类型的光源。
唤醒设备1还包括控制装置5，被适配以生成用于控制唤醒刺激装置4的控制信号。特别是，该控制装置5根据时间控制灯4的光强度，如图2的图形所示，其中横轴代表实际时间且纵轴代表灯4的输出光强度I。例如可将该控制装置5实现为适当程序化的微处理器、微控制器、数字信号处理器等，且下文中还将其简单表示为“控制器”。
该唤醒设备1包括唤醒定时器装置3，用于生成指示预期唤醒时间的唤醒时间信号。该预期唤醒时间在图2中指示为t_WU，其还被表示为“报警时间”。唤醒定时器装置3与用户界面相关联，以允许用户设定报警时间，但为方便起见，其并未示出。
该唤醒设备1包括时钟装置2，用于生成指示一天的实际时间的实际时间信号，其在图2中指示为t。时钟装置2也与用户界面相关联，以允许用户设定时钟，但为方便起见，这同样也未示出。
该控制器5具有输入被耦合至时钟装置2的输出以接收实际时间信号，以及具有输入被耦合至唤醒定时器装置3的输出以接收唤醒时间信号。应注意，可将控制器5、唤醒定时器装置3和时钟装置2整 合在单个部件中。
该唤醒设备1还包括与控制器5相关联的存储器6，该存储器还可与该控制器5整合且其包含限定至少一个唤醒程序的信息。该信息例如可以公式和/或表格和/或多项系数的形式存在于存储器中。在实施例中，该存储器与用户界面相关联，以允许用户调试唤醒程序，但为方便起见，其并未示出。
该唤醒设备1还包括报警装置7，其通过控制器5来控制。该报警装置7被设计为生成打算立即唤醒用户的报警信号。在这方面，该报警装置7对应于传统的闹钟，且该报警信号通常确实涉及声音信号。虽然用户可选择和设定报警信号的强度和类型(蜂鸣，音乐)是可能的，且虽然可以说报警信号本身是最终的唤醒刺激，但本发明上下文中的术语“唤醒刺激”将被预留来指示报警时间或预期唤醒时间前生成的刺激。报警时间或预期唤醒时间后，信号会被指示为报警信号。
操作如下。夜间期间，正常关灯4，图形的左手部分中指示为零强度。当实际时间t变得等于某一提前时间t_A时，控制器5以初始强度开启灯4。虽然初始强度的精确值对执行本发明并非必要，但实践中该初始强度通常较低，典型地几乎等于零，且事实上可以等于零。基于存储器6中的信息，由控制器5来确定提前时间t_A的精确定时，通常对于每个唤醒程序，该存储器将包含限定从提前时间t_A至唤醒时间t_wu的时间间隔的持续时间t_Δ的标准值t_Δ0的信息，且该控制器5将根据公式t_A0＝t_WU-t_Δ0计算提前时间的标准值t_A0。在下文中，该持续时间t_Δ还表示为“唤醒持续时间”。该唤醒持续时间的实际标准值可以是约30分钟。
在提前时间t_A和唤醒时间t_wu之间的时间间隔中，控制器5逐渐增加灯4的输出光强度I，直至在唤醒时间t_WU达到预定义的终止值I_M0。该终止值在唤醒间隔中是最大值。虽然该最大值I_M0的精确值对于执行本发明并非必要，但该最大值I_M0可以低于灯4的标称光输出，或者可以等于灯4的标称光输出。“标称”光输出是指在以对应于灯的额定的标称电流或电压提供灯的情况下的光输出。由用户设定该终 止值I_M0也是可能的。备选地或附加地，该存储器6包含限定针对每个唤醒程序的终止值I_M0是可能的。
强度增加速率可以是恒定的，如图2的图形中t_A和t_wu之间的直线所示。然而，根据也存储在存储器6中的预定公式控制强度增加也是可能的，这例如可以是对数公式，考虑到人眼的敏感性特征。
光强度的稳定增长具有温柔地使用户从深度睡眠转移到浅睡眠或“接近于清醒”阶段的目的。甚至可以是在设定的唤醒时间t_WU前用户实际上清醒。在那样的情况下，用户可以致动按钮(未示出)使报警信号失效。
当实际时间t变得等于唤醒时间t_WU时，且用户尚未显示他已经清醒，控制器5会致动报警装置7以生成报警信号，但这在图2中并未示出。控制器5可以保持灯4的输出光强度I不变，如所示出的。控制器5最后可以自动关断灯，或者这可以留给用户。
上述操作与现有技术的设备的操作相同，但现有技术的设备并未考虑用户是否有良好的夜间睡眠或不良的夜间睡眠。本发明的设备1附加地包括睡眠质量监控装置10，其生成由控制器5接收的睡眠质量监控器信号S。基于接收的睡眠质量监控器信号，控制器5计算指示夜间期间整体睡眠质量的整体睡眠质量参数。
实验已显示，对于正常的健康个体而言，相比于第二半段睡眠阶段，正常睡眠模式涉及第一半段睡眠阶段中更深睡眠的更多次发作，而在睡眠阶段结束时，即正常清醒阶段期间，有很少的(若有的话)更深睡眠的这种发作。实验还已显示，不良夜间睡眠的情况下，在第二半段睡眠阶段中且甚至在正常唤醒阶段期间用户会有更深睡眠的发作的可能性增大，从而在预期唤醒时间t_WU，用户处于深度睡眠并当他最后清醒时经历睡后迟钝的可能性增大。
基于这些发现，本发明提供：如果确定用户已经有正常的或良好的夜间睡眠，则可使用初始的唤醒程序，但如果确定用户已经有不良的夜间睡眠，则使用户在较长的唤醒间隔内温和地被唤醒。另一方面，如果确定用户已经有良好的夜间睡眠，则缩短唤醒间隔的持续时间并 强化唤醒刺激是可能的。
因此，根据本发明，控制器5被适配以改变响应于计算的整体睡眠质量参数的唤醒持续时间t_Δ：指示不良夜间睡眠的整体睡眠质量参数越多，由控制器5增加的唤醒持续时间t_Δ越多。
图3A是与图2可比较的图形，示出在控制器5发现用户已经有不良夜间睡眠情况下本发明的影响。控制器5将唤醒间隔的持续时间变化为值t_Δ1，其大于标准值t_Δ0，从而使得提前时间t_A1早于标准提前时间t_A0。较早开启灯4。使唤醒时间t_WU时的终强度等于初始最大值I_M0。因此，强度增加速率较低。
图3B是与图2可比较的图形，示出在控制器5发现用户已经有良好夜间睡眠情况下本发明的影响。控制器5将唤醒间隔的持续时间变化为值t_Δ2，其小于标准值t_Δ0，从而使得提前时间t_A1晚于标准提前时间t_A0。较晚开启灯4。使唤醒时间t_WU时的终强度等于初始最大值I_M0。因此，强度增加速率较高。
图4A是与图3A可比较的图形，示出控制器5除了增加唤醒间隔的持续时间外还将唤醒时间t_WU时的终强度值减小至值I_M1的实施例，值I_M1低于初始最大值I_M0。这甚至进一步降低了强度增加速率。
图4B是与图3B可比较的图形，示出控制器5除了减小唤醒间隔的持续时间外还将唤醒时间t_WU时的终强度值增大至值I_M2的实施例，值I_M2高于初始最大值I_M0。这甚至进一步增大了强度增加速率。
另外可能的是，对于其中控制器5发现用户已经有良好的夜间睡眠的情况下，控制器5保持唤醒间隔的持续时间等于标准值t_Δ0且只将在唤醒时间t_WU的终强度值减小至值I_M1，其低于初始最大I_M0。相反，另外可能的是，对于其中控制器5发现用户有不良的夜间睡眠的情况下，控制器5保持唤醒期间的持续时间等于标准值t_Δ0且只将在唤醒时间t_WU的终强度值增大至值I_M2，其高于初始最大值I_M0。
睡眠质量监控装置10可以包括能够生成指示用户夜间期间睡眠质量的睡眠质量监控器信号S的任何装置。根据本发明，正常或甚至良好的夜间睡眠会涉及足够量的深度睡眠，尤其是在前半夜期间。因 此，睡眠质量监控装置10包括至少一个传感器，其能够感测指示用户睡眠实际水平的至少一个量。该水平在夜间期间会发生变化，并且控制器5计算整体睡眠质量参数，或简单的“睡眠质量”，下文中表示为SQ，其是在夜间期间的对应的多个时间t_i执行的多个测量S(t_i)的基础上的单个值。
为监控睡眠质量，若干量可能是适合的。睡眠质量可以通过测量脑活动和/或呼吸活动和/或心脏活动来非常精确地确定，但这将会涉及相对复杂的和/或不方便的传感器，而且并不需要这种精确度。
在一个适合的示例性实施例中，采用用户的移动作为待监控的量。一般说来，当人处于深度睡眠时几乎不移动或完全不移动，而当人处于浅睡眠时倾向于更频繁和更强烈地移动。为实时测量用户的移动，若干类型的传感器是适合的，涉及相互不同的方面，诸如成本和准确性方面。可以设计系统从而使其整体地监控用户身体的运动，或使其监控手臂和/或腿各自的移动。可以采用遥控传感器，例如超声波传感器或红外传感器，且甚至可以处理来自红外照相机的图像。也可以采用布置在用户床上的一个或多个重量传感器。也可以采用被用户附接至其身体的一个或多个加速度计，例如以护腕的形式。由于这种传感器本身是已知的，且本发明可以使用现有的移动传感器来实施，并且由于本发明并不关于提供一种改进的移动传感器，因此此处没有更详细地描述移动传感器的设计和操作。
计算整体睡眠质量参数SQ的一种可能的方法是计算传感器信号S的样本S(t_i)的时间积分。然而，基于以下考虑的较好的方法是可能的。
一般来说，对于正常的健康人，已发现深度睡眠通常发生在前半夜。过于简单的是，人们可能会认为，对于具有正常夜间休息的正常的健康人而言，睡眠的深度在用户入睡后短期内具有最大值，且在夜间期间逐渐降低。图5是示意的睡眠深度曲线，示意性地示出了正常的睡眠深度NSD作为时间t的函数。横轴表示时间t，纵轴表示任意单位的睡眠深度NSD。时间t₁表示用户打算入睡的时间。唤醒设备1 提供有用于确定此时间的输入或传感器(为简化起见未示出)，下文中表示为“入睡”时间。这种输入可以是由用户按压的按钮，或检测到用户在卧室关闭光的光传感器。在用户入睡前唤醒设备1被用作灯的实施例中，该输入可以是用于关闭该灯的按钮。
在图5中，NSD(t)示出为具有负一阶导数的曲线，该导数的绝对值随时间减小。备选地，NSD(t)可采用直线，或具有非正一阶导数的另一函数。此外，代替连续函数，NSD(t)可采用阶梯函数。
此外，一般来说，对于正常的健康人，已发现在深度睡眠发作期间几乎零移动。过于简单的是，人们可能会认为，对于具有正常夜间休息的正常的健康人而言，虽然无移动即指示深度睡眠，但实践中当然会有时间间隔，在该时间间隔处于浅睡或甚至清醒的人仍然是一动不动的。
这意味着，一般来说，对于正常的健康人，正常的夜间休息与在初始阶段很少或没有移动然后在夜晚即将结束前移动量增加相关联。因此，尽管预期在预期唤醒时间即将到来时人的移动会越来越多，但也预期这样的人在他的睡眠的初始阶段会显示更少的移动。如果发现一个人在他睡眠的初始阶段显示相对大量的移动，则这可能表明在夜间初始睡眠受到打扰同时深度睡眠不足，这将整体地负面影响睡眠质量。事实上，在他睡眠的初始阶段期间的相对大量运动可以被认为是预测睡后迟钝的风险增加的指示器。
换句话说，再次过于简单的是，可以说一个理想的睡眠的特征在于整个夜间期间长和/或多阶段的深度睡眠，同时几乎无移动。因此移动信号的样本的时间积分应该是低的。实践中该时间积分显然可不必低至零，因为这将表明该人在预期唤醒时间时仍然处于深度睡眠。该时间积分的增加值可以用来表示恶化的睡眠质量，其会由于所关心的移动在夜间较早时发生而更严重。
基于以上的考虑，参考图6，整体睡眠质量参数SQ计算如下。
在第一步骤101中，控制器5检测入睡时间t₁。
控制器5当然知道预期唤醒时间t_WU。在第二步骤102中，控制 器在大量N个表示为“时元”E的时间间隔中将入睡时间t₁和预期唤醒时间t_WU之间的时间间隔(夜间)进行划分。各个时元用从1至N的指数i表示。每个时元Ei具有持续时间Li。适合地，时元的数目N可以高于100，且甚至可以是按1000的顺序。时元的数目N可以总是相同的，在这种情况下，持续时间Li取决于入睡时间t₁和预期唤醒时间t_WU。备选地，持续时间Li可以总是相同的，在这种情况下，数目N取决于入睡时间t₁和预期唤醒时间t_WU。各个时元Ei可以全都具有相同的持续时间Li，但这些持续时间也可以互不相同，例如，它们随时间而减小。在一个优选的实施例中，所有时元Ei都具有相同的持续时间Li＝30秒。
控制器5具有用于睡眠质量SQ值的存储器位置。在初始步骤111中，控制器5清除该值。
在一个时元Ei期间，控制器5对移动信号S(t)进行采样，其在一个简单的实施例中涉及在该时元Ei期间对移动数目进行计数(步骤121)。此外，控制器5确定针对该时元Ei的NSD(ti)(步骤122)。为此，存储器6可以存储函数或表格，或其它适当的信息，其将NSD(ti)定义为时间的函数或为i的函数。值NSD(ti)用作针对测量样本S(ti)的加权因子以计算加权测量样本的WS(ti)，即WS(ti)＝(S(ti)·NSD(ti))/N(步骤123)。当然，此处可以省略被除数N，和/或可使用不同的缩放因子。将加权测量样本WS(ti)加入到睡眠质量SQ(步骤124)。
对所有时元Ei重复进行这些步骤(步骤140)。
因此，在夜晚结束时，即在预期唤醒时间t_WU，计算的睡眠质量SQ满足下式：
SQ=1NΣi=1NNSD(ti)·S(ti).]]>
在早于正常提前时间t_A的某一预定义决定时间t_d，控制器5需要作出唤醒程序是否要被调整的决定。如果该调整只涉及可变量的一个或多个参数，则决定时间t_D可以等于正常提前时间t_A。然而，在优选的实施例中，该调整还涉及提前或延迟该提前时间t_A，从而在这样的 情况下决定时间t_D应早于标准提前时间t_A0，如图5所示。决定时间t_D应最迟与偏移的提前时间t_A1的最早可能值一致。适当的决定时间t_D例如是预期唤醒时间t_WU前1小时。
在每个时元Ei结束时，在将加权测量样本WS(ti)加入到睡眠质量SQ(步骤124)之后，控制器5确定(步骤130)是否已经达到决定时间t_D。如果达到，则控制器5检查到目前为止计算出的睡眠质量SQ。应注意，在该时刻睡眠质量决定参数SQ(t_D)的值可以按照下列公式表示：
SQ(tD)=1NΣt=tTtDNSD(ti)·S(ti).]]>
为作出决定，控制器5具有存储在存储器位置中(例如存储器6的部分)的参考值SQref。在步骤131中，控制器5将在决定时间t_D计算的睡眠质量决定参数SQ(t_D)值与参考值SQref进行比较。应注意，高值表示低质量。如果睡眠质量决定参数SQ(t_D)被认为过高，则会提前开始唤醒顺序，如前所述。提前时间的偏移量可取决于SQ(t_D)和SQref之间的绝对差或相对差。
在步骤132中，控制器修改唤醒间隔t_Δ的持续时间并可能修改刺激强度I_M。若干变化是可能的。
例如，可以通过标准值t_Δ0与因子SQ(t_D)/SQref的乘积计算针对唤醒持续时间的修正值t_Δ1。其结果是，SQ(t_D)的值越高，唤醒间隔的持续时间t_Δ将越长。
或者，例如可以立即开始唤醒顺序。
控制器5仅作一次决定，这是可能的。然而，如果控制器5决定不提前开始唤醒顺序，或仅通过少量的时间提前开始唤醒顺序，以便在作出决定的瞬间，偏移的提前时间t_A1仍在将来，则也有可能是在步骤121继续该处理，控制器可限定用于决定时间t_D的新的值，并且当达到新决定时间t_D时，再次执行步骤130-132，并且可能的是，控制器现在计算偏移的提前时间t_A1的不同值。然而，这通常是不需要的，因为在实践中该计算值SQ(t_D)在决定时间t_D之后不会改变太多。
如果等到新决定时间t_d与预期唤醒时间t_WU一致或接近时，睡眠质量决定参数SQ(t_D)被认为相对低，则延迟唤醒顺序的开始，如前所述。
睡眠质量决定参数的参考值SQref可以是固定的、预定的值，并且事实上，这可能是开箱即用(out-of-the-box)的情况。然而，不同的人可能有不同的“正常”值。因此，控制器5优选具有使参考值SQref适应用户的个人情况的学习能力。要做到这一点，控制器可以存储针对SQ(t_D)或SQ所获得的最近值，例如最后的10或20个值。每次用户启动用于新的夜间睡眠的装置时，SQref被计算为存储的预定义数量的先前监控阶段期间计算的整体睡眠质量参数SQ或睡眠质量决定参数SQ(t_D)的平均值。在夜晚结束时，分别将新计算的SQ(t_D)或SQ值添加到存储器，而丢弃最旧的值。因此，参考值SQref是历史上获得的结果的连续平均值。
该装置可以提供有用户输入按钮，允许用户指示他是否认为最近的夜晚是异常糟糕的夜晚，在这种情况下，丢弃新计算的SQ(t_D)或SQ值。另外，控制器可以自动检查新计算的SQ(t_D)或SQ值是否异常大程度地偏离当前平均值，并且在这样的情况下，可决定自动丢弃新计算的SQ(t_D)或SQ值。
总之，本发明提供了一种唤醒设备1，其包括时钟装置2、唤醒定时器装置3、可控唤醒刺激装置4和用于控制该唤醒刺激装置4的控制装置5。
该唤醒刺激装置能够改变唤醒刺激的强度。
在预期唤醒时间t_WU之前，在预定提前时间t_A以相对低的强度开始唤醒刺激，以这样的方式：唤醒刺激的强度按照预定义的唤醒程序逐渐增加。
唤醒设备还包括睡眠质量监控装置10，用于监控用户的睡眠质量，并且用于生成指示用户睡眠质量的睡眠质量监控器信号S。
控制装置响应于接收自睡眠质量监控装置的睡眠质量监控器信号S以修改唤醒程序。
虽然附图和前面的描述中已经详细地说明并描述了本发明，但本领域技术人员应清楚，这样的说明和描述应当被认为是说明性或示例性的，而不是限制性的。本发明不限于所公开的实施例；相反，在所附权利要求限定的本发明的保护范围内可以进行若干变型和修改。
例如，在所讨论的实施例中，唤醒刺激是光。这确实是优选的刺激，但其他类型的刺激也是可能的。事实上，本发明可使用用户可以感测的任何类型的刺激。这类刺激可涉及例如声音(被听到)、气味(被闻到)、振动(被感觉到)。不同类型刺激的组合也是可能的。
在一个典型的实施例中，报警信号是声音信号。可能的是，唤醒刺激也是振幅缓慢增加的声音信号。在这种实施例中，可以通过一个且相同的声音产生装置来实施刺激装置4和报警装置7。
另外，在所讨论的实施例中，除了“唤醒间隔的持续时间”(且由此的“开始时间”)外，仅可变量“强度”作为一个量已经进行了讨论，其值在唤醒间隔期间变化。所应用的刺激可能会有更多这样的量。例如，在光的情况下，颜色可以是从初始值到终止值(即唤醒时间t_WU的值)变化的量。在这种情况下，响应于睡眠质量可调整初始颜色和/或最终颜色。在声音刺激的情况下，频率可以是从初始值到终止值变化的量。在任何情况下，无论量如何，初始值将是具有相对低的唤醒刺激效果的值，且终止值将是具有相对高的唤醒刺激效果的值。根据本发明，可调整唤醒阶段的开始时间，和/或可调整刺激参数的初始值，和/或可调整激参数的终止值。
实践本发明的本领域技术人员从附图、本公开和所附权利要求的学习可以理解和实现所公开的实施例的其它变型。在权利要求中，词语“包括”并不排除其他要素或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”并不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中记载的若干项目的功能。即使某些特征记载在不同的从属权利要求中，本发明也涉及其中同时存在所有这些特征的实施例。权利要求中的任何参考标记不应被解释为限制范围。
在上文中，已参照框图对本发明进行了说明，该框图图示了根据本发 明的设备的功能块。应理解，这些功能块的一个或多个可以用硬件实现，其中这种功能块的功能可由单独的硬件部件来实现，但一个或多个这些功能块用软件实现也是可能的，以便这种功能块的功能可通过计算机程序或可编程设备(诸如微处理器、微控制器、数字信号处理器等)的一个或多个程序行来执行。