KR102011082B1

KR102011082B1 - Appratus for generating air plasma

Info

Publication number: KR102011082B1
Application number: KR1020160158248A
Authority: KR
Inventors: 정순철; 김형식; 박성준
Original assignee: 건국대학교 글로컬산학협력단
Priority date: 2016-11-25
Filing date: 2016-11-25
Publication date: 2019-08-14
Also published as: KR20180059089A

Abstract

본 발명의 실시예 따른 에어 플라즈마 생성 장치는 홀로그램 생성 장치로부터 3차원 좌표를 수신하여 상기 3차원 좌표상에 펄스 레이저를 연속적 또는 주기적으로 조사하여 에어 플라즈마를 생성하고, 상기 에어 플라즈마는 에어 플라즈마는 충격파 및 전기장을 발생시키고, 상기 충격파 및 전기장은 영향이 미치는 영역 내에 존재하는 인체 피부의 체성감각을 유도할 수 있다. An air plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention receives the three-dimensional coordinates from the hologram generating device to generate an air plasma by continuously or periodically irradiating a pulsed laser on the three-dimensional coordinates, the air plasma is an air plasma shock wave And generating an electric field, and the shock wave and the electric field may induce somatosensory of the human skin existing within the affected area.

Description

Air plasma generating device {APPRATUS FOR GENERATING AIR PLASMA}

본 발명은 에어 플라즈마 생성 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 홀로그램 객체 표면에 레이저를 조사하여 에어 플라즈마를 생성하여 체성감각을 유도하는 에어 플라즈마 생성 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an air plasma generating apparatus, and more particularly, to an air plasma generating apparatus that induces somatosensory by generating an air plasma by irradiating a laser on a holographic object surface.

홀로그래픽 3차원 영상 표시장치(Holographic 3D image display)는 양안 시차(binocular parallax) 방식의 3차원 영상 표시 장치에 비해, 보다 자연스런 입체 영상을 표시할 수 있다는 이점이 있다.A holographic 3D image display has an advantage of displaying a more natural stereoscopic image than a 3D image display apparatus of a binocular parallax method.

최근 들어 3D 영화의 출시가 빈번해지며, 3차원 영상에 관련된 기술이 많이 연구되고 있다. 특히 빛의 진폭과 위상을 동시에 제어할 수 있는 복합 공간 광변조기(Complex Spatial Light Modulator, SLM)를 이용하여 실시간으로 고화질 홀로그램을 구현하는 장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. In recent years, the release of 3D movies has become frequent, and many technologies related to 3D images have been studied. In particular, research is being actively conducted on devices that realize high quality holograms in real time using a complex spatial light modulator (SLM) that can simultaneously control the amplitude and phase of light.

홀로그램 영상은 자연스런 입체 영상을 표시할 수 있지만 여전히 표시하는 것에 그치고 촉감을 제공할 수 없다는 문제점이 있다. The hologram image can display a natural stereoscopic image, but still has a problem in that it can not only display but provide a tactile touch.

대한민국 공개특허 10-2015-0140807호에서는 홀로그램 영상에 피드백을 제공하기 위해 증강현실을 접목한 기술을 개시하고 있다. 하지만 증강현실 구현을 위해서는 증강현실을 지원하는 여러 장비가 필요해 번거롭다는 문제점이 있다. Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2015-0140807 discloses a technique incorporating augmented reality to provide feedback on a hologram image. However, in order to implement augmented reality, there is a problem that it requires a lot of equipment to support augmented reality.

한국공개특허 2015-0140807(2015.12.18, 공개)Korea Patent Publication 2015-0140807 (2015.12.18, published)

본 발명은 홀로그램 영상을 따라 에어 플라즈마를 생성하는 에어 플라즈마 생성 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide an air plasma generating apparatus for generating an air plasma along a hologram image.

또한, 본 발명은 체성감각을 유도할 수 있는 에어 플라즈마 생성 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. Another object of the present invention is to provide an air plasma generating apparatus capable of inducing somatosensory.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 기술적 과제가 포함될 수 있다. The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and various technical problems can be included within the scope apparent to those skilled in the art from the following description.

위와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 에어 플라즈마 생성 장치는 홀로그램 생성 장치로부터 3차원 좌표를 수신하여 상기 3차원 좌표상에 펄스 레이저를 연속적 또는 주기적으로 조사하여 에어 플라즈마를 생성하고, 상기 에어 플라즈마는 충격파 및 전기장을 발생시키고, 상기 충격파 및 전기장은 영향이 미치는 영역 내에 존재하는 인체 피부의 체성감각을 유도할 수 있다. In order to solve the above problems, the air plasma generating apparatus according to the present invention receives the three-dimensional coordinates from the hologram generating device to generate an air plasma by continuously or periodically irradiating a pulse laser on the three-dimensional coordinates, the air The plasma generates a shock wave and an electric field, and the shock wave and the electric field may induce somatosensory of the human skin existing within the affected area.

또한, 본 발명에 따른 에어 플라즈마 생성 장치에서, 상기 에어 플라즈마 생성 장치로부터 조사된 레이저 빔을 일점으로 모아 에어 플라즈마 생성을 유도하는 렌즈;를 더 포함할 수 있다. The air plasma generating apparatus according to the present invention may further include a lens for inducing the air plasma generation by collecting the laser beam irradiated from the air plasma generating apparatus at one point.

또한, 본 발명에 따른 에어 플라즈마 생성 장치에서, 홀로그램 객체로부터 이격되어 상기 홀로그램 객체의 사방 영역에 배치되어 상기 레이저가 홀로그램 객체의 바깥 영역에서 입사되도록 하는 다수의 미러;를 더 포함할 수 있다. The air plasma generating apparatus according to the present invention may further include a plurality of mirrors spaced apart from the hologram object and disposed in all directions of the hologram object to allow the laser to be incident on the outer region of the hologram object.

또한, 본 발명에 따른 에어 플라즈마 생성 장치에서, 제1항에 있어서, 상기 에어 플라즈마 생성 장치는 상기 펄스 레이저를 출력하는 레이저 출력부; 및 상기 펄스 레이저를 상기 3차원 좌표상에 출력하도록 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다. In addition, in the air plasma generating apparatus according to the present invention, the air plasma generating apparatus comprises: a laser output unit for outputting the pulsed laser; And a controller configured to control the pulse laser to be output on the three-dimensional coordinates.

또한, 본 발명에 따른 에어 플라즈마 생성 장치에서, 상기 제어부는, 상기 레이저의 단위 시간당 펄스 진동수를 제어하는 주파수 제어부; 상기 레이저의 에너지 세기를 제어하는 에너지 제어부; 및 상기 레이저의 직경을 조절하는 직경 제어부를 포함할 수 있다. In addition, in the air plasma generating apparatus according to the present invention, the control unit, the frequency control unit for controlling the pulse frequency per unit time of the laser; An energy control unit controlling energy intensity of the laser; And it may include a diameter control unit for adjusting the diameter of the laser.

또한, 본 발명에 따른 에어 플라즈마 생성 장치에서, 상기 충격파는 인체 피부 내 세포를 자극하여 말초신경으로 하여금 활동전위를 발생시킴으로써 인체 피부의 상태 변경을 유도할 수 있다.In addition, in the air plasma generating apparatus according to the present invention, the shock wave may induce a change in the state of the human skin by stimulating cells in the human skin to generate an action potential by the peripheral nerves.

또한, 본 발명에 따른 에어 플라즈마 생성 장치에서, 상기 전기장은 인체 피부의 세포 내 전위를 발생시키고, 상기 발생된 전위에 의해 자극된 말초신경으로 하여금 활동전위를 발생시킴으로써 인체 피부의 상태변경을 유도할 수 있다. In addition, in the air plasma generating apparatus according to the present invention, the electric field generates an intracellular potential of the human skin and induces a change in the state of the human skin by generating an action potential by the peripheral nerve stimulated by the generated potential. Can be.

또한, 본 발명에 따른 에어 플라즈마 생성 장치에서, 상기 에어 플라즈마는 상기 3차원 좌표 상에 기 설정된 시간만큼 유지되면서 육안으로 식별 가능하도록 표시될 수 있다. In addition, in the air plasma generating apparatus according to the present invention, the air plasma may be displayed to be visually identifiable while being maintained for a predetermined time on the three-dimensional coordinates.

또한, 본 발명에 따른 에어 플라즈마 생성 장치에서, 상기 펄스 레이저의 파장은 1064nm일 수 있다. In addition, in the air plasma generating apparatus according to the present invention, the wavelength of the pulse laser may be 1064nm.

또한, 본 발명에 따른 에어 플라즈마 생성 장치에서, 상기 펄스 레이저의 에너지 세기는 35mJ 내지 65mJ일 수 있다. In addition, in the air plasma generating apparatus according to the present invention, the energy intensity of the pulse laser may be 35mJ to 65mJ.

본 발명에 따르면, 홀로그램 영상을 따라 에어 플라즈마를 생성하기 때문에 3차원 입체 영상을 더욱 현실감 있게 느낄 수 있다. According to the present invention, since the air plasma is generated along the hologram image, the 3D stereoscopic image can be more realistically felt.

또한, 본 발명에 따르면, 홀로그램 영상과 동일한 영상의 에어 플라즈마를 생성할 수 있다. In addition, according to the present invention, it is possible to generate an air plasma of the same image as the hologram image.

또한, 본 발명에 따르면, 사용자는 에어 플라즈마를 통해 체성감각을 느낄 수 있어 물체를 직접 만지는 것과 같은 효과를 나타낼 수 있다. In addition, according to the present invention, the user can feel the somatosensory through the air plasma can have an effect such as directly touching the object.

또한, 사용자의 피부조직에 직접 레이저를 가하지 않을 수 있으므로 피부조직에 대한 손상 없이 체성감각을 유도할 수 있다. In addition, since the laser may not be applied directly to the skin tissue of the user, somatosensory can be induced without damaging the skin tissue.

또한 본 발명에 따르면, 에어 플라즈마에 의해 방출되는 상이한 종류의 에너지를 활용할 수 있으므로 서로 다른 메커니즘에 의해 체성감각을 유도할 수 있게 되는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, since different types of energy emitted by the air plasma may be utilized, somatosensory may be induced by different mechanisms.

또한 본 발명에 따르면 에어 플라즈마가 생성된 지점을 중심으로 근접한 영역 내 존재하는 모든 매질에 체성감각을 유도할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention there is an effect that can induce somatosensory in all the media existing in the area close to the point where the air plasma is generated.

도 1은 본 발명에 따른 에어 플라즈마 생성 장치의 블록도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 에어 플라즈마의 대략적인 개념을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 에어 플라즈마 생성 장치의 블록도를 나타낸 것이다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 에어 플라즈마에 의해 사용자가 체성감각을 인지하는 과정을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 에어 플라즈마 생성 장치가 홀로그램 상에 에어 플라즈마를 생성하는 예를 나타낸 것이다.
도 7은 발명에 따른 에어 플라즈마 생성 장치가 홀로그램 상에 에어 플라즈마를 생성하는 다른 예를 나타낸 것이다.
도 8은 마이크로폰을 이용하여 충격파를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 9는 가속도센서를 이용하여 충격파를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 10은 에어 플라즈마에 근접한 영역에서 충격파를 측정하기 위한 실험환경을 나타낸 것이다.
도 11은 도 10에서의 실험환경에서 마이크로폰을 통해 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 12는 도 10에서의 실험환경에서 가속도센서를 통해 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 13은 도 10에서의 실험환경에서 측정된 충격파의 세기 분포를 나타낸 것이다.
도 14는 전기장을 측정하기 위한 실험환경을 나타낸 것이다.
도 15는 레이저 빔의 에너지 세기에 따라 측정된 전기장을 나타낸 것이다.
도 16 및 도 17은 레이저 빔의 파라미터를 변경하며 살펴본 전기장의 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 18은 에어 플라즈마로부터의 거리에 따라 사용자의 체성감각 인지 여부를 확인하기 위한 실험 결과를 나타낸 것이다. 1 shows a block diagram of an air plasma generating apparatus according to the present invention.
Figure 2 shows a schematic concept of an air plasma according to the present invention.
3 is a block diagram of an air plasma generating apparatus according to the present invention.
4 and 5 illustrate a process in which a user perceives somatosensory by air plasma according to the present invention.
6 shows an example in which the air plasma generating apparatus according to the present invention generates the air plasma on the hologram.
Figure 7 shows another example in which the air plasma generating apparatus according to the invention generates an air plasma on the hologram.
8 shows a result of measuring a shock wave using a microphone.
Figure 9 shows the result of measuring the shock wave using the acceleration sensor.
10 shows an experimental environment for measuring shock waves in a region close to an air plasma.
FIG. 11 illustrates the results measured through the microphone in the experimental environment of FIG. 10.
FIG. 12 shows the results measured by the acceleration sensor in the experimental environment of FIG. 10.
FIG. 13 illustrates the intensity distribution of the shock wave measured in the experimental environment of FIG. 10.
14 shows an experimental environment for measuring an electric field.
15 shows the electric field measured according to the energy intensity of the laser beam.
16 and 17 show the measurement results of the electric field looked at while changing the parameters of the laser beam.
FIG. 18 illustrates an experimental result for confirming whether or not the user's somatosensory is sensed according to the distance from the air plasma.

본 발명의 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한, 이하의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다. 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT The details of the object and technical constitution of the present invention and the resulting effects thereof will be more clearly understood by the following detailed description based on the accompanying drawings. With reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment according to the present invention.

본 명세서에서 개시되는 실시예들은 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되거나 이용되지 않아야 할 것이다. 이 분야의 통상의 기술자에게 본 명세서의 실시예를 포함한 설명은 다양한 응용을 갖는다는 것이 당연하다. 따라서, 본 발명의 상세한 설명에 기재된 임의의 실시예들은 본 발명을 보다 잘 설명하기 위한 예시적인 것이며 본 발명의 범위가 실시예들로 한정되는 것을 의도하지 않는다.The embodiments disclosed herein should not be interpreted or used as limiting the scope of the invention. It is obvious to those skilled in the art that the description, including the embodiments herein, has a variety of applications. Accordingly, certain embodiments described in the detailed description of the present invention are illustrative for better understanding of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention to the embodiments.

도면에 표시되고 아래에 설명되는 기능 블록들은 가능한 구현의 예들일 뿐이다. 다른 구현들에서는 상세한 설명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 기능 블록들이 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 하나 이상의 기능 블록이 개별 블록들로 표시되지만, 본 발명의 기능 블록들 중 하나 이상은 동일 기능을 실행하는 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 구성들의 조합일 수 있다.The functional blocks shown in the figures and described below are only examples of possible implementations. Other functional blocks may be used in other implementations without departing from the spirit and scope of the detailed description. Also, while one or more functional blocks of the present invention are represented by separate blocks, one or more of the functional blocks of the present invention may be a combination of various hardware and software configurations that perform the same function.

또한, 어떤 구성요소들을 포함한다는 표현은 개방형의 표현으로서 해당 구성요소들이 존재하는 것을 단순히 지칭할 뿐이며, 추가적인 구성요소들을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.In addition, the expression of including certain components merely refers to the presence of the components as an open expression, and should not be understood as excluding additional components.

나아가 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다.Further, when a component is referred to as being connected or connected to another component, it should be understood that there may be a direct connection or connection to that other component, but there may be other components in between.

도 1은 본 발명에 따른 에어 플라즈마 생성 장치의 구성을 간략히 나타낸 것이다.1 briefly illustrates a configuration of an air plasma generating apparatus according to the present invention.

도 1에 따르면 본 발명의 에어 플라즈마 생성 장치는 홀로그램 생성부(10) 및 에어 플라즈마(Air Plasma) 생성부(20)를 포함할 수 있다. According to FIG. 1, the apparatus for generating air plasma of the present invention may include a hologram generator 10 and an air plasma generator 20.

상기 홀로그램 생성부(10)는 좌표 생성부(12), 제어부(14), 및 광학계(16)를 포함할 수 있다. The hologram generator 10 may include a coordinate generator 12, a controller 14, and an optical system 16.

상기 좌표 생성부(12)는 홀로그램 객체가 표시될 3차원 공간 좌표를 생성한다. The coordinate generator 12 generates three-dimensional space coordinates on which the hologram object is to be displayed.

상기 제어부(14)는 3차원 공간 좌표상에 홀로그램 객체가 표시될 수 있도록 상기 광학계(16)를 제어할 수 있다. The controller 14 may control the optical system 16 to display a hologram object on three-dimensional space coordinates.

상기 광학계(16)는 광원, 미러, 광변조기, 빔 분할기 등을 포함하여 구성할 수 있다. 광학계는 일반적인 홀로그램 장치의 광학계 구성을 동일하게 적용할 수 있으므로 자세한 설명은 생략하기로 한다. The optical system 16 may include a light source, a mirror, an optical modulator, a beam splitter, and the like. Since the optical system may be similarly applied to the optical system configuration of a general hologram device, a detailed description thereof will be omitted.

상기 에어 플라즈마 생성 장치(20)는 상기 홀로그램 생성부(10)로부터 3차원 공간 좌표를 수신하고, 수신된 공간에 레이저 빔을 조사하여 에어 플라즈마를 생성할 수 있다. 상기 에어 플라즈마는 사용자의 피부에 체성감각(體性感覺, somesthesis)을 유도할 수 있다. The air plasma generating apparatus 20 may generate three-dimensional spatial coordinates from the hologram generating unit 10 and irradiate a laser beam to the received space to generate an air plasma. The air plasma may induce somatosensory on the skin of the user.

도 2는 에어 플라즈마 생성 장치(20)가 에어 플라즈마를 생성하는 개념도를 나타낸 것이다. 2 shows a conceptual diagram in which the air plasma generating apparatus 20 generates an air plasma.

에어 플라즈마 생성 장치(20)는 레이저 빔을 공기 중에 조사하여 플라즈마를 생성한다. 이때 레이저 빔의 다양한 파라미터를 제어하며 플라즈마의 강도, 크기, 및 지속시간 등을 제어할 수 있다. 상기 레이저 빔의 파장은 1064nm일 수 있으며, 레이저 빔의 에너지 세기는 35mJ 내지 65mJ일 수 있다. 레이저 빔의 세기가 35mJ미만이면 체성감각이 유도되지 않거나 약해 사람이 체감하지 못할 수 있으며, 65mJ을 초과하는 경우에는 인체에 유해할 수 있다. 특히 68mJ 이상일 경우 인체에 직접적인 손상을 가할 수 있다. The air plasma generating apparatus 20 generates a plasma by irradiating a laser beam into the air. In this case, various parameters of the laser beam may be controlled and the intensity, size, and duration of the plasma may be controlled. The wavelength of the laser beam may be 1064 nm, and the energy intensity of the laser beam may be 35 mJ to 65 mJ. When the intensity of the laser beam is less than 35mJ, somatosensory may not be induced or weak, so that a person may not feel it, and when it exceeds 65mJ, it may be harmful to the human body. Especially when 68mJ or more can directly damage the human body.

에어 플라즈마 생성 장치(20)는 에어 플라즈마를 발생시키기 위한 렌즈(30)를 추가적으로 더 포함할 수 있다. 상기 렌즈(30)는 상기 에어 플라즈마 생성 장치(20)로부터 조사된 레이저 빔을 일점으로 모으는 기능을 하는데, 이러한 렌즈는 상기 에어 플라즈마 생성 장치(20) 내부에 존재하도록 구현할 수도 있으며 또는 상기 에어 플라즈마 생성 장치(20)와 독립된 형태로 구현할 수도 있다.The air plasma generating apparatus 20 may further include a lens 30 for generating air plasma. The lens 30 functions to collect the laser beam irradiated from the air plasma generating apparatus 20 as one point, and such a lens may be implemented to exist inside the air plasma generating apparatus 20 or to generate the air plasma. It may be implemented in a form independent of the device 20.

플라즈마란 초고온에서 음전하를 가진 전자와 양전하를 띤 이온으로 분리된 기체 상태를 말한다. 플라즈마를 만들기 위해서는 직류, 초고주파, 레이저 등 전기적 방법이 이용되는데, 본 발명에서는 펄스 레이저를 공기 중 일점에 집중 조사하여 플라즈마를 생성하는 것을 전제로 한다. 또한 본 발명에서는 공기 중에 플라즈마를 생성시키는 것을 특징으로 하는데, 본 상세한 설명에서는 이를 에어 플라즈마(Air Plasma, AP)라 칭하기로 한다. Plasma refers to a gaseous state separated by electrons with negative charges and positively charged ions at very high temperatures. Electrical methods such as direct current, ultra-high frequency, and laser are used to make the plasma. In the present invention, it is assumed that a plasma is generated by intensively irradiating a pulse laser to one point of air. In addition, the present invention is characterized by generating a plasma in the air, in the present description it will be referred to as air plasma (Air Plasma, AP).

도 3은 에어 플라즈마 생성 장치(20)의 상세 구성을 나타낸 블록도이다. 3 is a block diagram showing the detailed configuration of the air plasma generating apparatus 20. As shown in FIG.

도 3을 참조하면, 에어 플라즈마 생성 장치(20)는 레이저 출력부(21) 전원부(22), 입력부(23), 디스플레이(24), 및 제어부(25)를 포함할 수 있다. 한편, 에어 플라즈마 생성 장치(20)를 구현하기 위해서는 레이저 출력부(21) 및 제어부(25)가 필수적으로 포함되며, 여타 기능부들은 사용자의 필요에 따라 포함 또는 배제가 가능하다. Referring to FIG. 3, the air plasma generating apparatus 20 may include a laser output unit 21, a power supply unit 22, an input unit 23, a display 24, and a controller 25. Meanwhile, in order to implement the air plasma generating apparatus 20, the laser output unit 21 and the controller 25 are essentially included, and other functional units may be included or excluded according to a user's needs.

상기 레이저 출력부(21)는 펄스 레이저를 출력하는 구성으로서 레이저 드라이버(laser driver), 냉각 장치를 포함할 수 있다. 레이저 드라이버는 레이저 매질 (laser medium), 광 펌핑부(optical pumping), 광 공진기(optical resonator) 등의 서브장치를 포함할 수 있으며, 펄스 레이저를 구현하기 위한 광 신호를 생성한다. 또한 상기 냉각 장치는 상기 레이저 드라이버가 광 신호를 생성하는 과정에서 발생할 수 있는 열을 식히는 것으로서, 상기 레이저 드라이버의 과열로 인한 오작동을 예방하는 역할을 한다. The laser output unit 21 may output a pulsed laser and may include a laser driver and a cooling device. The laser driver may include sub devices such as a laser medium, an optical pumping unit, an optical resonator, and generate an optical signal for implementing a pulsed laser. In addition, the cooling device cools heat that may be generated when the laser driver generates an optical signal, and serves to prevent a malfunction due to overheating of the laser driver.

또한, 상기 레이저 출력부(21)는 펄스 레이저를 생성하기 위해 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 루비 레이저, 네오디뮴-야그 레이저, 네오디뮴-글래스 레이저, 레이저 다이오드, 엑시머 레이저, 색소 레이저 등의 방식으로 구현될 수 있다. 참고로, 아래 후술하게 될 실험예에서는 네오디뮴-야그 레이저를 사용하여 펄스 레이저를 생성하게 됨을 알아 둔다. In addition, the laser output unit 21 may be implemented in various ways to generate a pulsed laser. For example, it may be implemented in the manner of a ruby laser, neodymium-yag laser, neodymium-glass laser, laser diode, excimer laser, dye laser and the like. For reference, in the experimental example, which will be described below, it is understood that a pulse laser is generated using a neodymium-jag laser.

상기 전원부(22)는 상기 에어 플라즈마 생성 장치(21)를 포함한 다른 구성에 전원을 공급할 수 있다. The power supply unit 22 may supply power to other components including the air plasma generating device 21.

상기 입력부(23)는 상기 에어 플라즈마 생성 장치(21)의 구동에 필요한 설정입력을 사용자로부터 수신하는 구성이다. 본 입력부는 패드, 터치스크린, 마우스 등 다양한 종류의 입력 장치로 구현될 수 있다. The input unit 23 is configured to receive a setting input required for driving the air plasma generating device 21 from a user. The input unit may be implemented as various types of input devices such as a pad, a touch screen, and a mouse.

상기 디스플레이(24)는 상기 에어 플라즈마 생성 장치(20)의 동작 상태 및 동작 결과를 표시하거나 레이저의 설정 파라미터 등 각종 정보를 사용자에게 보여주기 위한 구성이다. 본 디스플레이는 각종 메뉴를 비롯하여 사용자가 입력한 정보 및 사용자에게 제공하고자 하는 정보를 표시할 수 있으며, 액정 표시 장치(LCD), OLED, 음성 출력 장치 등으로 구현될 수 있다. The display 24 is configured to display an operation state and an operation result of the air plasma generating apparatus 20 or to display various information such as setting parameters of the laser to the user. The display may display various types of menus, information input by a user, and information to be provided to the user, and may be implemented as a liquid crystal display (LCD), an OLED, a voice output device, or the like.

상기 제어부(25)는 좌표 생성부(12)로부터 3차원 좌표값을 수신하여 좌표에 해당하는 공간에 레이저가 출력되도록 레이저 출력부(21)를 제어할 수 있다. 제어부(25)는 적어도 하나의 연산 수단과 저장 수단을 포함할 수 있으며, 연산 수단은 범용의 중앙연산장치(CPU)일 수도 있고, 특정 목적에 적합하게 구현된 프로그래머블 디바이스 소자(CPLD, FPGA), 주문형 반도체 연산장치(ASIC) 또는 마이크로 컨트롤러 칩일 수도 있다. 또한, 저장 수단으로는 휘발성 메모리 소자, 비휘발성 메모리 소자 또는 비휘발성 전자기적 저장 소자가 활용될 수 있다.The controller 25 may control the laser output unit 21 to receive a 3D coordinate value from the coordinate generator 12 and output a laser in a space corresponding to the coordinate. The controller 25 may include at least one arithmetic means and a storage means, the arithmetic means may be a general-purpose central processing unit (CPU), programmable device elements (CPLD, FPGA), which are suitably implemented for a specific purpose, It may be an ASIC or a microcontroller chip. In addition, as the storage means, a volatile memory device, a nonvolatile memory device, or a nonvolatile electromagnetic storage device may be utilized.

구체적으로, 상기 제어부(25)는 주파수 제어부, 에너지 제어부, 및 직경 제어부를 포함할 수 있으며, 상기 펄스 레이저가 연속적 또는 주기적으로 조사되도록 제어하여 에어 플라즈마의 크기 및 지속시간을 제어할 수 있다. Specifically, the controller 25 may include a frequency controller, an energy controller, and a diameter controller, and may control the size and duration of the air plasma by controlling the pulse laser to be irradiated continuously or periodically.

구체적으로 살펴보면, 상기 주파수 제어부는 조사되는 레이저의 단위 시간당 펄스 진동수를 제어하는 기능을 한다. 레이저의 출력이 하이(high)일 때와 로우(low)일 때가 각각 1회 진행될 때를 1싸이클이라 가정할 때, 상기 주파수 제어부는 단위 시간, 예를 들어 1초에 몇 번의 펄스 싸이클을 포함시킬 것인지 설정할 수 있으며, 사용자는 이와 같은 설정 작업을 통해 펄스 레이저의 주파수를 제어할 수 있다. Specifically, the frequency controller functions to control the pulse frequency per unit time of the laser to be irradiated. Assuming one cycle when the laser output is high and one low, the frequency control unit may include several pulse cycles per unit time, e.g., 1 second. The user can control the frequency of the pulse laser through this setting operation.

한편, 본 발명에서의 펄스 레이저 주파수는 바람직하게는 1Hz부터 50Hz까지 자유롭게 제어가 가능한 것으로 이해하여야 할 것이며, 나아가 주파수가 0Hz인 경우, 즉 싸이클 반복 없이 1회의 레이저 출력만 하는 싱글샷(single shot)도 설정 가능한 것으로 이해하여야 한다.On the other hand, it should be understood that the pulse laser frequency in the present invention is preferably freely controlled from 1Hz to 50Hz, and furthermore, when the frequency is 0Hz, that is, a single shot of only one laser output without cycle repetition. It should also be understood that it can be set.

다음으로 상기 에너지 제어부는 조사되는 레이저의 에너지 세기를 제어하는 기능을 한다. 에너지 세기는 밀리줄(mJ) 단위로 표현되는데, 본 발명에서의 에너지 세기는 바람직하게는 40mJ 이상으로 제어될 수 있다. 한편, 에너지 제어부는 실제로는 광필터에 의해 구현될 수 있는데, 이러한 광필터는 펄스 레이저의 세기를 감쇄시키기 위한 감쇄 장치(Attenuator)를 포함할 수 있다. Next, the energy control unit functions to control the energy intensity of the irradiated laser. The energy intensity is expressed in milli joules (mJ), and the energy intensity in the present invention may preferably be controlled to 40 mJ or more. On the other hand, the energy control unit may be actually implemented by an optical filter, which may include an attenuator for attenuating the intensity of the pulsed laser.

다음으로 상기 직경 제어부는 조사되는 레이저의 직경을 조절하거나 상기 레이저를 조사하고자 하는 타겟점에 정확히 포커싱하기 위한 구성이다.Next, the diameter controller is configured to adjust the diameter of the laser to be irradiated or to accurately focus on the target point to which the laser is to be irradiated.

직경 제어부는 레이저를 한 점으로 집속하기 위한 볼록렌즈 및 레이저를 확산시키기 위한 오목렌즈로 구현할 수 있으며, 상기 볼록렌즈와 오목렌즈의 거리를 선택적으로 조절함으로써 초점을 맞춤과 동시에 조사되는 레이저의 직경을 제어할 수 있다. The diameter control unit may be implemented with a convex lens for focusing the laser to a point and a concave lens for diffusing the laser, and by adjusting the distance between the convex lens and the concave lens, the diameter of the laser beam irradiated and focused at the same time may be adjusted. Can be controlled.

이러한 구성에 의해 에어 플라즈마 생성 장치(20)는 홀로그램 상에 에어 플라즈마를 생성할 수 있다. 또한, 상기 에어 플라즈마의 크기, 모양, 및 지속시간을 조절할 수 있다. By such a configuration, the air plasma generating apparatus 20 may generate air plasma on the hologram. In addition, the size, shape, and duration of the air plasma can be adjusted.

다시 도 2를 참조할 때, 본 발명에 따른 에어 플라즈마 생성 장치는 공기 중에 에어 플라즈마를 생성하고, 이에 의해 방출되는 에너지를 활용하여 매질(40), 즉 사용자의 피부에 체성감각(體性感覺, somesthesis)을 유도할 수 있다. Referring again to FIG. 2, the air plasma generating apparatus according to the present invention generates an air plasma in the air, and utilizes the energy released by the air plasma generating apparatus to generate a somatosensory effect on the medium 40, that is, the skin of the user. somesthesis).

한편 이렇게 생성된 에어 플라즈마에서는 충격파 및 전기장, 두 가지 태양으로 에너지가 방출된다. In the air plasma generated in this way, energy is emitted in two modes, a shock wave and an electric field.

충격파는 유체속으로 음속보다 빠른 속도로 전달되는 강력한 압력파를 일컫는 것으로, 급격한 압력변화에 의해 파면이 중첩되어 발생하게 되며, 충격파가 통과할 때에는 압력, 밀도, 속도 등이 증가한다. 즉, 상기 에어 플라즈마에서 방출되는 에너지는 주변 유체, 즉 공기에 빠르게 에너지를 전달하고 공기는 이에 의해 중첩 영역이 반복적으로 생김으로써 외부로의 에너지 전달이 가능해진다. The shock wave refers to a powerful pressure wave that is transmitted at a speed higher than the speed of sound into the fluid. The shock wave is overlapped by a sudden pressure change, and when the shock wave passes, pressure, density, and speed increase. That is, the energy emitted from the air plasma rapidly transfers energy to the surrounding fluid, that is, the air, thereby allowing the energy to be transferred to the outside by repeatedly generating an overlapping region.

한편, 전기장은 전기를 띤 전하의 주위 공간에 생기는 장을 일컫는 것으로, 전기장 안에서 하전된 물체는 전기력을 받아 상태변경이 일어나게 된다. 에어 플라즈마 자체가 전하를 띤 기체인 이상 상기 에어 플라즈마 주변에는 전기장이 발생하며, 본 발명은 이를 활용하여 매질(40)에 상태변경을 유도하게 된다. On the other hand, the electric field refers to the field generated in the surrounding space of the electric charge, the charged object in the electric field is subjected to an electric force is a state change occurs. As long as the air plasma itself is a charged gas, an electric field is generated around the air plasma, and the present invention utilizes this to induce a state change in the medium 40.

이하에서는 도 4 및 도 5을 참조하여 본 발명에 따른 에어 플라즈마를 활용한 체성감각 유도 방법을 살펴보기로 한다.Hereinafter, a method of inducing somatosensory using air plasma according to the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5.

도 4는 에어 플라즈마에 의해 충격파 및 전기장이 방출되는 경우 사용자의 피부에 상기 충격파 및 전기장의 에너지 전달이 미치고, 전달된 에너지가 피부에 상태변경을 일으키면 이것이 신경을 통해 뇌까지 전달되어 결과적으로 특정 체성감각을 인지하게 되는 과정을 간략히 도시한 것이다. Figure 4 shows that when the shock wave and the electric field is emitted by the air plasma energy transfer of the shock wave and the electric field to the user's skin, when the transmitted energy causes a change in the state of the skin it is transmitted to the brain through the nerves and consequently specific body It is a brief illustration of the process of recognizing the senses.

도 5는 도 4의 과정을 순서에 따라 단계별로 나타낸 것이다. 도 5에 따르면 에어 플라즈마를 활용한 체성감각 유도 방법은 가장 먼저 펄스 레이저를 조사하는 단계(S51)로부터 시작된다. 펄스 레이저는 도 2에 대한 설명에서 언급한 에어 플라즈마 생성 장치에 의해 조사되는 것으로, 상기 S51 단계 이전에 레이저 빔의 파라미터를 설정하는 단계가 더 포함될 수 있다. 레이저 빔의 파라미터를 설정하는 단계는, 상기 에어 플라즈마 생성 장치가 사용자로부터 입력을 수신하고, 상기 입력에 따라 공기 중에 조사될 레이저 빔의 파라미터를 설정하는 단계를 의미한다.FIG. 5 shows the process of FIG. 4 step by step. According to FIG. 5, the somatosensory induction method using the air plasma starts from the step S51 of irradiating a pulsed laser first. The pulsed laser is irradiated by the air plasma generating apparatus mentioned in the description of FIG. 2, and may further include setting a parameter of the laser beam before step S51. The setting of the parameter of the laser beam means that the air plasma generating apparatus receives an input from a user and sets a parameter of the laser beam to be irradiated in the air according to the input.

S51단계 이후, 조사된 펄스 레이저는 공기 중에 에어 플라즈마를 생성하며(S52), 이렇게 생성된 에어 플라즈마에서는 충격파 및 전기장이 외부로 발생되도록 한다 (S53, S54).After the step S51, the irradiated pulse laser generates an air plasma in the air (S52), so that the shock wave and the electric field is generated to the outside in the air plasma generated (S53, S54).

발생된 충격파는 매질, 즉 사용자의 피부까지 닿아 피부를 구성하는 세포를 자극하는데, 이는 곧 세포 내 말초신경을 자극(S56)하는 것을 의미하며 이에 따라 활동전위 발생(S57) 및 신경전달 물질의 활성화(S58), 뇌의 체성감각 인지(S59)까지 단계가 이어지게 된다.The generated shock wave reaches the medium, ie, the skin of the user, to stimulate the cells constituting the skin, which means to stimulate intracellular peripheral nerves (S56), thereby generating an action potential (S57) and activating neurotransmitters. (S58), the somatosensory perception (S59) of the brain is followed.

한편, 에어 플라즈마로부터 발생된 전기장은 사용자의 피부를 구성하는 세포까지 그 영향을 미치게 되며, 상기 전기장은 세포 내 전위차를 발생(S55)시켜 세포의 말초신경을 자극(S56)한다. 말초신경 자극 이후 뇌에서의 체성감각 인지 단계까지 S56-S59 단계는 앞서 설명한 충격파에서의 단계와 동일하다. On the other hand, the electric field generated from the air plasma affects the cells constituting the skin of the user, the electric field generates an intracellular potential difference (S55) to stimulate the peripheral nerve of the cell (S56). From peripheral nerve stimulation to somatosensory recognition in the brain, the steps S56-S59 are the same as those in the shock wave described above.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 플라즈마 생성 장치가 홀로그램에 에어 플라즈마를 생성하는 예를 나타낸 것으로 도 6의 (a)는 레이저 빔을 반사하는 미러(50)가 홀로그램의 바깥 영역의 외곽 일부에 배치된 것을 나타낸 것이고, 도 6의 (b)는 레이저 빔을 반사하는 미러(50)가 홀로그램의 바깥 영역의 사방에 배치된 것을 나타낸 것이다. FIG. 6 illustrates an example in which an air plasma generating apparatus generates an air plasma in a hologram, and FIG. 6 (a) shows that a mirror 50 reflecting a laser beam is formed outside the outer region of the hologram. 6 (b) shows that the mirror 50 reflecting the laser beam is disposed on all sides of the outer region of the hologram.

상기 미러(50)는 홀로그램의 형상에 따라 자유롭게 배치할 수 있다. 상기 미러(50)는 에어 플라즈마 생성 장치(20)에서 출사되는 레이저 빔을 투과 시켜 홀로그램(60) 상에 조사될 수 있도록 한다. The mirror 50 may be freely disposed according to the shape of the hologram. The mirror 50 transmits a laser beam emitted from the air plasma generating apparatus 20 to be irradiated onto the hologram 60.

상기 미러(50)와 에어 플라즈마 생성 장치 사이에는 광 경로를 조절하는 반사미러(51, 52, 53)가 다수 개 배치될 수 있다. A plurality of reflecting mirrors 51, 52, 53 for adjusting an optical path may be disposed between the mirror 50 and the air plasma generating apparatus.

도 6의 (b)에서와 같이 미러(50)를 홀로그램의 바깥 영역 사방에 배치하면, 레이저 빔이 홀로그램의 바깥으로부터 조사되고, 사용자가 홀로그램을 터치할 때 손바닥과 손등 모두에서 체성감각을 느낄 수 있다. As shown in FIG. 6 (b), when the mirror 50 is disposed all over the outer region of the hologram, the laser beam is irradiated from the outside of the hologram, and when the user touches the hologram, the user may feel somatosensory on both the palm and the back of the hand. have.

도 7은 본 발명의 다른 일 실시예를 나타낸 것이다. Figure 7 shows another embodiment of the present invention.

도 7은 아기와 엄마의 홀로그램 영상(60)을 멀리 떨어져 있는 아버지가 홀로그램을 터치하는 예를 나타낸 것이다. FIG. 7 illustrates an example in which the father far away from the hologram image 60 of the baby and the mother touches the hologram.

에어 플라즈마 생성 장치(20)가 홀로그램을 따라 레이저 빔을 조사하여 에어 플라즈마를 생성하면, 사용자는 마치 아기를 직접 터치하는 것과 같은 촉감을 느낄 수 있다. When the air plasma generating apparatus 20 generates an air plasma by irradiating a laser beam along the hologram, the user may feel a touch as if touching the baby directly.

또한 에어 플라즈마 생성 장치는 레이저 빔의 여러 파라미터를 적절히 조절하여 에어 플라즈마의 형상이나 지속시간을 조절할 수 있으므로 홀로그램 영상만을 보는 것보다 훨씬 현실감을 높일 수 있다. In addition, the air plasma generating apparatus may adjust the shape or duration of the air plasma by appropriately adjusting various parameters of the laser beam, thereby increasing the realism much more than viewing only the hologram image.

도 8은 에어 플라즈마에서 발생되는 충격파를 측정한 결과를 나타낸 것이다.Figure 8 shows the results of measuring the shock wave generated in the air plasma.

도 8의 (a)는 에어 플라즈마가 생성된 지점을 기준으로 반경 50mm 내의 임의 지점에 마이크로폰을 구비한 후 마이크로폰이 감지한 충격파를 전압신호로 바꾸어 측정한 결과를 나타낸 것이다. 이에 따르면, 0.3ms 시점에 에어 플라즈마가 생성된 후 0.5ms 시점부터 일정 크기의 전압신호가 반복적으로 감지됨을 확인할 수 있는데, 이러한 실험 결과는 에어 플라즈마에 의해 발생된 충격파가 시간 간격을 두고 연속적으로 마이크로폰에 닿고 있음을 확인해 주는 것으로 볼 수 있다. 나아가 도 8의 (a)를 살펴볼 때, 에어 플라즈마에 의해 발생된 충격파는 시간이 갈수록 그 세기가 약해짐도 확인할 수 있다.FIG. 8 (a) shows a result of measuring the shock wave detected by the microphone by converting the shock wave detected by the microphone into a voltage signal after the microphone is provided at an arbitrary point within a radius of 50 mm based on the point where the air plasma is generated. According to this, it can be seen that a voltage signal of a predetermined magnitude is repeatedly detected from 0.5 ms after the air plasma is generated at 0.3 ms, and the experimental results indicate that the shock wave generated by the air plasma is continuously microphoned at a time interval. It can be seen as confirming that it is touching. Furthermore, when looking at (a) of Figure 8, it can also be seen that the intensity of the shock wave generated by the air plasma weakens with time.

한편, 레이저 빔의 에너지 세기가 증가함에 따라 에어 플라즈마에 의해 발생되는 충격파 역시 비례하여 크기가 증가할 수 있음을 예측할 수 있는데, 이를 확인하기 위한 실험 결과는 (b), (c)에 나타나 있다. 즉, 레이저 빔의 파라미터 중 에너지 세기를 각각 32mJ, 60mJ로 설정하여 에어 플라즈마를 생성시킨 경우, 마이크로폰에 의해 감지되는 충격파는 도 8의 (b), (c)에서 볼 수 있듯 레이저 빔의 에너지 세기가 더 높을수록 강도가 더 높아짐을 알 수 있다. On the other hand, as the energy intensity of the laser beam increases, it can be predicted that the magnitude of the shock wave generated by the air plasma can also increase in proportion. Experimental results for confirming this are shown in (b) and (c). That is, when the air plasma is generated by setting the energy intensity among the parameters of the laser beam to 32 mJ and 60 mJ, respectively, the shock wave detected by the microphone is as shown in (b) and (c) of FIG. 8. It can be seen that the higher is the higher the strength.

한편, 에어 플라즈마에 의해 발생된 충격파는 마이크로폰뿐 아니라 가속도센서를 이용하여서도 측정할 수 있다. On the other hand, the shock wave generated by the air plasma can be measured using an acceleration sensor as well as a microphone.

도 9는 충격파를 가속도센서 및 마이크로폰으로 측정한 결과를 그래프로 비교한 것이다. 해당 그래프를 살펴보면, 가속도센서에 의해 측정된 충격파의 전압신호 크기가 마이크로폰에 의해 측정된 것에 비해 비교적 작은 값을 가지나 각각의 결과 값은 유사한 패턴을 보임을 확인할 수 있다.9 is a graph comparing the results of measuring shock waves with an acceleration sensor and a microphone. Looking at the graph, it can be seen that the magnitude of the voltage signal of the shock wave measured by the acceleration sensor has a relatively smaller value than that measured by the microphone, but each result shows a similar pattern.

한편, 본 발명에 따른 체성감각 유도 방법은 에어 플라즈마에 의해 발생된 충격파 및 전기장이 상기 에어 플라즈마의 생성 위치를 중심으로 모든 방향에 영향을 미칠 수 있으므로 매질, 즉 인체 피부가 상기 에어 플라즈마의 중심과 일정 수준 이하의 거리만 유지하는 경우 방향과 관계 없이 체성감각이 유도될 수 있다. 다시 말해 상기 에어 플라즈마로부터 발생한 충격파 및 전기장은 상기 에어 플라즈마의 생성 위치를 중심으로 한 가상의 구 내부 임의 점 상에 존재하는 매질의 상태변경을 유도할 수 있다.On the other hand, in the somatosensory induction method according to the present invention, since the shock wave and the electric field generated by the air plasma can affect all directions around the generation position of the air plasma, the medium, ie, the human skin, If you keep only a distance below a certain level, somatosensory can be induced regardless of the direction. In other words, the shock wave and the electric field generated from the air plasma may induce a state change of the medium existing on any point in the virtual sphere centered on the generation position of the air plasma.

도 10은 이와 같은 특성을 확인하기 위한 실험환경을 도시한 것이다. 실험환경은 상기 에어 플라즈마가 생성되는 점을 중심으로 8각형의 프레임을 구비시킨 후 하단을 제외한 모든 면에 각각 마이크로폰을 설치하여 구성된다. 이 때 마이크로폰의 위치는 중심으로부터 동일한 거리만큼 떨어지게 한다.10 shows an experimental environment for confirming such characteristics. The experimental environment is composed of an octagonal frame centered around the point where the air plasma is generated, and is configured by installing microphones on all surfaces except the bottom. At this time, the position of the microphone is separated by the same distance from the center.

도 11은 도 10의 실험에서 측정된 결과를 나타낸 것으로, 도 8의 각 그래프들은 모든 방향에서 각각 측정된 충격파의 세기를 전압신호의 크기로 나타낸 것이다. 그래프에서도 볼 수 있듯 모든 방향에서 충격파가 측정되었으며 특히 각 방향에서의 충격파들은 레이저 빔의 에너지 크기가 클수록 더 측정되었고, 에어 플라즈마로부터의 중심에 가까울수록 더 강한 충격파가 측정되었다.FIG. 11 illustrates the results measured in the experiment of FIG. 10. Each of the graphs of FIG. 8 represents the intensity of the shock wave measured in all directions as the magnitude of the voltage signal. As can be seen from the graph, the shock waves were measured in all directions, especially the shock waves in each direction were measured as the energy intensity of the laser beam was larger, and the stronger the shock wave was measured as it was closer to the center from the air plasma.

한편, 도 12은 도 10의 실험환경에서 마이크로폰을 가속도센서로 변경한 후 측정한 충격파의 세기들로, 도 12의 그래프들을 살펴볼 때에도 모든 방향에서의 충격파는 유사한 패턴으로 가속도센서에 영향을 미치고 있음을 알 수 있다.On the other hand, Figure 12 is the intensity of the shock wave measured after changing the microphone to the acceleration sensor in the experimental environment of Figure 10, even when looking at the graphs of Figure 12 shock waves in all directions affect the acceleration sensor in a similar pattern It can be seen.

또 다른 한편, 도 13은 각 방향에서 측정된 충격파의 거리에 따른 세기분포를 그래프로 나타낸 것이다. 도 11의 실험결과에서도 이미 확인하였듯 각 방향에서의 충격파 세기는 에어 플라즈마와의 거리에 반비례하는데, 도 13에 따를 때에도 충격파의 세기는 에어 플라즈마와의 거리가 짧을수록 더 강하게 측정됨을 알 수 있다.On the other hand, Figure 13 shows the intensity distribution in accordance with the distance of the shock wave measured in each direction. As already confirmed from the experimental results of FIG. 11, the shock wave intensity in each direction is inversely proportional to the distance from the air plasma. According to FIG. 13, the shock wave intensity is stronger as the distance from the air plasma is shorter. .

도 11 내지 도 13의 실험 결과로부터 상기 에어 플라즈마에 의해 발생된 충격파는 모든 방향으로 영향을 미치며, 이에 따라 어느 임의의 점에 위치하는 매질, 즉 인체 피부에 대해서도 체성감각을 유도할 수 있음을 유추할 수 있고 나아가 에어 플라즈마의 거리에 따라 유도될 수 있는 체성감각의 정도, 즉 촉감의 세기가 달라질 수 있음을 알 수 있다.It is inferred from the experimental results of FIGS. 11 to 13 that the shock wave generated by the air plasma affects all directions, thereby inducing somatosensory with respect to the medium located at any point, that is, the human skin. It can be seen that the degree of somatosensory, ie, touch intensity, which can be induced and further depending on the distance of the air plasma, may vary.

한편 도 14는 상기 에어 플라즈마에 의해 발생되는 전기장을 측정하기 위한 실험환경을 나타낸 것이다. 실험환경은 에어 플라즈마가 생성되는 지점의 위아래로 전극판을 구비시키고, 상기 전극판을 전선으로 연결시키되 전압계와 직렬로 연결을 시킨 상태로 구성한다.14 shows an experimental environment for measuring an electric field generated by the air plasma. The experimental environment is provided with an electrode plate above and below the point where the air plasma is generated, and the electrode plate is connected by an electric wire, but in a state connected in series with a voltmeter.

도 15는 레이저 빔의 에너지 세기가 각각 32mJ, 60mJ일 때 측정된 전기장의 전압신호를 그래프로 나타낸 것인데, 이에 따르면 32mJ 환경에서는 peak-to-peak 전압이 약 20V, 60mJ 환경에서는 약 30V로 측정되었음을 알 수 있다. 즉, 레이저 빔의 에너지가 높은 값을 가질수록 에어 플라즈마에 의해 발생되는 전기장의 세기도 더 강함을 알 수 있다.15 is a graph showing the voltage signal of the electric field measured when the energy intensity of the laser beam is 32mJ, 60mJ, respectively, according to the peak-to-peak voltage was measured to about 20V in 32mJ environment, about 30V in 60mJ environment Able to know. That is, the higher the energy of the laser beam, the stronger the electric field generated by the air plasma.

도 16은 도 13의 전압(DC potential)을 일정하게 유지한 채 레이저 빔의 에너지 세기, 즉 플라즈마 에너지의 크기를 변화시키면서 측정한 전기장 전압신호의 최소 peak값, peak-to-peak값, power값을 측정한 결과이다. 에너지 세기의 값이 커질수록 peak-to-peak값, power값이 비례하여 증가함을 확인할 수 있으며, 최소 peak값은 그래프 상으로는 지속적으로 감소하고 있으나 이는 궁극적으로 전위차가 증가하는 모습을 나타내는 것이므로 결국 세 그래프 모두 레이저 빔의 에너지 증가에 따라 전기장의 세기가 강해진다는 사실을 나타내는 결과라 할 수 있다.FIG. 16 shows the minimum peak value, peak-to-peak value, and power value of the electric field voltage signal measured while changing the energy intensity of the laser beam, that is, the magnitude of plasma energy while maintaining the voltage (DC potential) of FIG. Is the result of measuring. As the value of the energy intensity increases, the peak-to-peak value and the power value increase proportionally, and the minimum peak value continuously decreases on the graph, but ultimately, since the potential difference increases, All of the graphs indicate that the intensity of the electric field increases as the energy of the laser beam increases.

도 17은 포텐셜의 크기가 변할 때 전기장의 전압신호를 측정한 것이다. 구체적으로, 도 17은 도 14에서 표시된 플라즈마 발생 에너지를 일정하게 유지하고, 전극판(copper plate)에 인가되는 전압(DC potential)을 변화시켰을 때 측정된 전기장의 모습을 확인한 것이다. 이는 향후 에어 플라즈마를 사람을 대상으로 이용할 경우, 즉 피부에 일정 크기의 전위를 가지도록 하고 피부 근처에서 플라즈마를 발생시킬 경우 촉감이 유발되고 플라즈마의 발생 빈도 및 크기 조절에 따라 다양한 촉감이 유발될 수 있음을 유추할 수 있는 자료이다. 17 shows the voltage signal of the electric field when the magnitude of the potential changes. Specifically, FIG. 17 shows the state of the electric field measured when the plasma generated energy shown in FIG. 14 is kept constant and the voltage (DC potential) applied to the electrode plate is changed. In the future, when the air plasma is used for humans, that is, to have a certain magnitude of potential in the skin and to generate plasma near the skin, the touch may be induced and various touch may be caused by the frequency and size control of the plasma. It is the data that can be inferred.

살펴보면 이 역시 앞선 도 16에서의 결과와 유사하게 포텐셜, 즉 전극판 사이의 전위차가 커질수록 최소 peak값이 선형적(linear)으로 감소되는 양상과 peak-to-peak값 및 power값이 증가되는 양상을 나타내었다.Similarly to the results of FIG. 16, the potential, that is, the minimum peak value decreases linearly as the potential difference between the electrode plates increases, and the peak-to-peak value and power value increase. Indicated.

도 18은 레이저 빔의 에너지 세기 값에 따라 사람이 체성감각을 느낄 수 있는 범위가 어디까지인지를 측정하기 위한 실험 결과를 나타낸 것이다.FIG. 18 illustrates an experimental result for measuring how far a person can sense somatosensory according to an energy intensity value of a laser beam.

이에 따르면 에어 플라즈마로부터 거리에 따라 복수의 피험자들이 체성감각, 즉 촉감을 느낄 수 있는지 여부를 모니터링 하여 결과 산출을 하였으며, 피험자들은 1mm 간격으로 손가락을 에어 플라즈마로부터 떨어지게 위치시킨 후 촉감이 느껴지는지 여부를 답하는 방식으로 실험이 이루어졌다. According to this, a plurality of subjects monitored the somatosensory, or tactile feeling, according to the distance from the air plasma, and the result was calculated.The subjects placed the finger away from the air plasma at intervals of 1 mm and then felt the touch. The experiment was done in a answering manner.

살펴볼 때, 레이저 빔의 에너지 세기가 35mJ일 때에는 평균적으로 5mm 떨어진 지점까지, 50mJ일 때에는 약 8mm 떨어진 지점까지, 65mJ일 때에는 약 10mm 떨어진 지점까지 촉감을 느낄 수 있음을 확인할 수 있다.As a result, when the energy intensity of the laser beam is 35mJ on average 5mm apart, about 50mmJ to about 8mm apart, 65mJ to about 10mm away you can feel the touch.

즉, 레이저의 세기가 강해질수록 충격파 및 전기장이 미치는 영향이 더 넓은 영역에까지 미칠 수 있음을 알 수 있으며, 이는 즉 레이저의 세기를 제어함으로써 매질에 영향을 미칠 수 있는 영역을 조절할 수 있음을 의미하기도 한다.In other words, as the intensity of the laser increases, the impact of the shock wave and the electric field can be extended to a wider area, which means that the area of influence on the medium can be controlled by controlling the intensity of the laser. do.

이상 도면을 참조하여 본 발명에 따른 에어 플라즈마 생성 장치에 의해 다양한 촉감이 유도될 수 있는 환경에 대해 살펴보았다. 위에서 설명된 본 발명의 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 이들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명에 대한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정 및 변경을 가할 수 있을 것이며, 이러한 수정 및 변경은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.With reference to the drawings, an environment in which various touches can be induced by the air plasma generating apparatus according to the present invention has been described. The embodiments of the present invention described above are disclosed for purposes of illustration, and the present invention is not limited thereto. In addition, one of ordinary skill in the art of the present invention will be able to add various modifications and changes within the spirit and scope of the present invention, these modifications and changes will be considered to be within the scope of the present invention.

10: 홀로그램 생성 장치
20: 에어 플라즈마 생성 장치
30: 렌즈
40: 매질
50 : 미러
60 : 홀로그램10: hologram generating device
20: air plasma generating device
30: lens
40: Medium
50: mirror
60: hologram

Claims

Receive three-dimensional coordinates from the hologram generating device to generate an air plasma by continuously or periodically irradiating a pulsed laser on the three-dimensional coordinates of the hologram object displayed by the hologram generating device,
The air plasma generates a shock wave and an electric field,
And the shock wave and the electric field induce somatosensory of the human skin existing within the virtual sphere inner region proximate the point where the air plasma is generated.

The method of claim 1,
And a lens configured to induce an air plasma generation by collecting the laser beam irradiated from the air plasma generating apparatus at one point.

The method of claim 1,
And a plurality of mirrors spaced apart from the hologram object and disposed in all directions of the hologram object to allow the laser to be incident on the outer region of the hologram object.

According to claim 1, wherein the air plasma generating device
A laser output unit for outputting the pulsed laser; And
And a controller configured to control the pulse laser to be output on the three-dimensional coordinates.

The method of claim 4, wherein the control unit,
A frequency controller for controlling the pulse frequency per unit time of the laser;
An energy control unit controlling energy intensity of the laser; And
Air plasma generating device including a diameter control unit for adjusting the diameter of the laser.

The method of claim 1,
The shock wave stimulates cells in the human skin to induce a change in the state of the human skin by causing the peripheral nerve to generate an action potential.

The method of claim 1,
The electric field generates an intracellular potential of the human skin and induces a state change of the human skin by generating an action potential by the peripheral nerve stimulated by the generated potential.

The method of claim 1,
And the air plasma is displayed to be visually identifiable while being maintained for a predetermined time on the three-dimensional coordinates.

The method of claim 1,
The wavelength of the pulse laser is 1064nm air plasma generating device.

The method of claim 1,
The energy intensity of the pulsed laser is 35mJ to 65mJ air plasma generating device.