KR101778788B1

KR101778788B1 - 촉감을 이용한 커뮤니케이션 장치 및 이를 이용한 커뮤니케이션 방법

Info

Publication number: KR101778788B1
Application number: KR1020150178679A
Authority: KR
Inventors: 정순철; 전재훈; 김지선; 김형식
Original assignee: 건국대학교 글로컬산학협력단
Priority date: 2015-12-14
Filing date: 2015-12-14
Publication date: 2017-09-18
Also published as: KR20170070757A

Abstract

본 발명은 시각이나 청각이 아닌 촉감을 이용하여 의사전달을 할 수 있게 하는 커뮤니케이션 장치 및 이를 이용한 커뮤니케이션 방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 사용자의 피부조직, 특히 손바닥면에 각 문자마다 기 매칭되어 있는 패턴에 따라 레이저를 조사하며 상기 레이저가 피조사된 매질에서 발생한 스트레스파를 이용하여 상기 손바닥면에 촉감을 유도함으로써 사용자에게 의사전달을 할 수 있게 한 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

촉감을 이용한 커뮤니케이션 장치 및 이를 이용한 커뮤니케이션 방법{APPARATUS AND METHOD FOR COMMUNICATING USING TACTILE SENSE}

원거리에 있는 시각장애인과 의사소통을 하기 위해서는 반드시 전화통화를 함으로써 대화를 통해야 하며, 시각장애인과 문자 또는 채팅 어플리케이션으로 의사소통을 하는 것은 쉽지 않은 문제점이 있다.

또한 소리를 들을 수 없는 청각장애인의 경우에는 문자 또는 채팅 어플리케이션을 통한 의사소통은 가능한 반면 전화통화를 통해서는 이것이 쉽지 않은 문제점이 있다.

보는 것 또는 듣는 것에 어려움을 겪는 사람들에 있어서도 의사소통은 삶을 영위해 나가는데 반드시 필요한 것이라 할 것인데, 이러한 의사소통이 쉽지 않음은 곧 위와 같은 사람들의 삶을 크게 제한하는 문제점을 야기하며, 이는 곧 장애가 있는 사람들의 고립 및 비장애인들의 무관심으로 이어져 심각한 사회적 문제로까지 번질 수 있다.

이에 따라 시각장애인 또는 청각장애인이 시각이나 청각이 아닌 다른 감각으로 의사소통을 할 수 있는 방법에 대한 연구가 계속되고 있으며, 촉각은 그 중에서 위와 같은 장애인들이 활용할 수 있는 가장 적합한 감각으로 주목받고 있다.

본 발명은 사용자의 피부조직 상에 촉감을 유도하되, 특히 레이저를 사용자 피부조직에 닿아 있는 매질에 문자와 매칭되는 패턴으로 조사하여 촉감을 유도함으로써 의사소통이 가능하게 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 이러한 기술적 배경을 바탕으로 고안되었으며, 이상에서 살핀 기술적 요구를 충족시킴은 물론, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 용이하게 발명할 수 없는 추가적인 기술요소들을 제공하기 위해 발명되었다.

한국공개특허공보 10-2012-0084608

본 발명은 사용자의 피부조직에 접해 있는 매질에 레이저를 조사하고 상기 레이저 조사에 따라 발생하는 매질에서의 작용 효과, 더 정확하게는 스트레스파를 이용하여 상기 사용자에게 의사소통이 가능한 패턴의 촉감을 유도하는 것을 목적으로 한다.

특히 본 발명은 알파벳 문자와 소정의 규칙에 따라 매칭된 패턴을 참조하여 레이저를 상기 패턴에 따라 조사하고, 이를 통해 사용자의 피부조직에 해당 패턴의 촉감이 유도되도록 함으로써 사용자가 문자를 인식하게 하는 것을 목적으로 한다.

다른 한편, 본 발명은 사용자의 피부조직에 접해 있는 매질에 레이저를 조사하여 촉감을 유도하는 소위 간접자극 방식을 이용함으로써 레이저에 의한 피부조직 손상을 최소화 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 기술적 과제가 유추될 수 있다.

위와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 문자에 매칭되는 패턴에 따라 매질에 레이저를 조사하는 레이저 조사부; 일면은 상기 레이저 조사부에 의해 조사된 레이저가 피조사되고, 이면은 사용자의 손바닥 또는 손가락과 접하는 것으로서, 피조사되는 레이저에 의해 발생된 스트레스파에 의해 상기 사용자의 손바닥 또는 손가락에 촉감을 유도하는 매질; 및 상기 레이저 조사부를 제어하기 위한 제어부를 포함하며, 상기 레이저 조사부는 상기 사용자의 손바닥 또는 손가락과 접해 있는 매질에 특정 문자와 매칭되는 패턴을 조사하여 상기 매질 상에 스트레스파를 발생시킴으로써, 상기 사용자의 손바닥 또는 손가락에 상기 패턴에 대응되는 촉감을 유도하는 것을 특징으로 하는 촉감을 이용한 커뮤니케이션 장치를 제공한다.

또한, 상기 촉감을 이용한 커뮤니케이션 장치에 있어서 상기 매질은 제1레이어 및 제2레이어를 포함하고, 상기 제1레이어 및 제2레이어는 상이한 파장의 빛을 흡수하도록 구현할 수 있다.

삭제

또한 이 때, 상기 매질은 사용자의 손바닥면 및 각 손가락의 측면과 접하고, 상기 레이저 조사부는 상기 각 손가락의 측면과 접해 있는 매질에 특정 문자와 매칭되는 패턴을 선택적으로 조사하여 상기 매질 상에 스트레스파를 발생시킴으로써 상기 손가락의 측면에 상기 패턴에 대응되는 촉감을 유도하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 촉감을 이용한 커뮤니케이션 장치는 유선 또는 무선의 네트워크를 통해 연결된 외부 단말기로부터 문자입력을 수신하는 통신부; 를 더 포함하고, 상기 레이저 조사부는, 상기 통신부를 통해 수신한 문자입력과 대응되는 패턴을 상기 매질에 조사하는 것을 특징으로 할 수도 있다.

한편, 본 발명은 또 다른 실시예로 레이저 조사부가 매질에 특정 문자와 매칭되는 패턴에 따라 레이저를 조사하는 단계를 포함하되, 상기 매질의 일면은 상기 레이저가 피조사되고, 이면은 사용자의 손바닥 또는 손가락과 접하는 것으로서, 피조사되는 레이저에 의해 상기 매질 상에 스트레스파가 발생되고, 발생된 스트레스파에 의해 상기 사용자의 손바닥 또는 손가락에 상기 특정 문자와 매칭되는 패턴에 대응되는 촉감을 유도할 수 있는 것을 특징으로 하는 촉감을 이용한 커뮤니케이션 방법을 제공한다.

또한 이 때, 레이저 조사부가 매질에 레이저를 조사하는 단계 이전, 통신부가 외부 단말기로부터 문자입력을 수신하는 단계;를 더 포함하고, 상기 레이저 조사부가 매질에 레이저를 조사하는 단계는, 상기 레이저 조사부가 상기 통신부가 수신한 문자입력의 특정 문자와 매칭되는 패턴에 따라 매질에 레이저를 조사하는 것을 특징으로 할 수도 있다.

본 발명에 따르면, 사용자의 피부조직에 손상 없이 촉감을 유도할 수 있으며, 특정 패턴의 촉감을 유도함으로써 사용자가 시각이나 청각이 아닌 촉각으로 의사소통을 할 수 있게 하는 효과가 있다.

특히 본 발명은 시각, 청각, 시청각 장애인이 일반인과 의사소통을 보다 원활하게 할 수 있게 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 커뮤니케이션 장치의 구동예를 간략하게 도시한 것이다.
도 2는 알파벳 문자와 매칭되는 패턴들을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 커뮤니케이션 장치의 세부구성을 블록도로 나타낸 것이다.
도 4는 사용자의 피부조직에 촉감이 유도되는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 매질의 세부구성을 나타낸 것이다.
도 6은 상기 도 5의 매질에 접해 있는 사용자 손바닥면에 촉각이 유도되는 모습을 나타낸 것이다.
도 7은 매질이 사용자의 손바닥 및 각 손가락의 측면까지 감싸도록 형성된 커뮤니케이션의 실시예를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 커뮤니케이션 장치의 제1실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 커뮤니케이션 장치의 제2실시예를 설명하기 위한 도면이다.

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.

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.

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.

또한, 어떤 구성요소들을 포함한다는 표현은 개방형의 표현으로서 해당 구성요소들이 존재하는 것을 단순히 지칭할 뿐이며, 추가적인 구성요소들을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.

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.

이하에서는 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 커뮤니케이션 장치의 개략적인 구성 및 작동 방식에 대해 살펴보기로 한다.

도 1에 따르면, 본 발명에 따른 커뮤니케이션 장치는 크게 두 개의 주요 구성, 즉 레이저 조사부(110)와 매질(200)을 포함한다.

레이저 조사부(110)는 매질(200) 상에 레이저를 조사하여 일련의 작용 효과를 발생시키며, 이와 같은 작용 효과는 궁극적으로 매질(200)에서의 스트레스파를 생성시켜 상기 매질(200)에 접해 있는 사용자의 피부조직, 더 정확히는 사용자의 손바닥에 촉감을 유도하게 된다. 또한, 후술하겠지만 상기 레이저 조사부(110)는 알파벳과 같은 기본 단위 문자에 매칭되는 패턴에 따라 레이저를 조사함으로써 상기 패턴의 형상대로 사용자 손바닥에 촉감을 유도한다.

한편, 상기 레이저 조사부(110)는 제어부(130)의 제어에 따라 조사하는 레이저의 에너지 세기, 펄스 폭, 펄스 주파수, 자극 시간 또는 직경 등 레이저의 다양한 파라미터를 제어할 수도 있다.

다음으로 매질(200)은, 일면은 상기 레이저 조사부(110)에 의해 조사된 레이저가 피조사되고, 이면은 사용자의 피부조직이 접해 있는 것으로서, 피조사되는 레이저에 의해 발생된 스트레스파에 의해 상기 사용자의 피부조직에 촉감을 유도하는 기능을 한다. 즉, 사용자의 손바닥이 상기 매질(200)에 접해 있는 상태에서 상기 매질(200)에 레이저가 조사되는 경우, 매질(200) 내에서는 레이저 흡수에 따른 일련의 작용효과가 일어나며, 이에 따라 스트레스파가 생성되고, 생성된 스트레스파가 곧 상기 사용자 손바닥에 촉감을 유도하게 된다.

다시 도 1을 참조할 때, 도 1은 본 발명에 따른 커뮤니케이션 장치를 이용하여 사용자의 손바닥에 "HI"에 대응되는 패턴의 촉감을 유도하는 모습을 나타낸 것이다. 즉, "HI"라는 의미를 전달하기 위하여 레이저 조사부(110)는 H와 I에 대응되는 패턴으로 레이저를 매질(200)에 조사한다. 이 때, H에 대응되는 패턴은 사용자 손가락 중 소지(새끼 손가락)의 끝단부터 손바닥에 이르기까지의 직선(화살표 방향)이며, I에 대응되는 패턴은 사용자의 중지 끝단에 찍히는 점이다. 레이저 조사부(110)는 각 알파벳에 매칭되는 패턴대로 레이저를 매질(200)에, 더 정확하게는 상기 사용자의 손가락과 접해 있는 매질(200)면에 조사함으로써 사용자가 자신의 손가락에 위 패턴의 촉감을 느낄 수 있게 한다.

이와 같이 본 발명에 따른 커뮤니케이션 장치는 사용자의 피부조직, 더 정확하게는 사용자의 손바닥이 매질(200)에 접해 있음을 전제로 한 상황에서, 상기 매질(200)면에 특정 패턴의 레이저를 조사하고, 레이저 조사에 의해 발생된 스트레스파로 하여금 사용자의 손바닥 내지 손가락에 상기 특정 패턴의 촉감이 유도되게 함으로써 문자의 의미를 전달한다.

도 2는 각 알파벳에 매칭되는 패턴을 예시적으로 나타낸 것이다.

도 2에 따르면, 엄지손가락의 끝단에 일점의 자극을 주는 경우에는 알파벳 A, 검지 손가락의 끝단부터 손바닥에 이르기까지의 직선(화살표 방향) 자극을 주는 경우에는 알파벳 B, 손바닥 하단에 일점의 자극을 주는 경우에는 알파벳 C로 인지하도록 각각의 알파벳에 패턴이 매칭되어 있음을 확인할 수 있다. 알파벳 D 내지 Z까지도 각각의 패턴이 매칭되어 있다.

본 상세한 설명에서는 각 알파벳의 의미를 도 2에서 정한 패턴에 따라 전달하는 것으로 이해하기로 한다. 다만, 도 2에서 정한 각 알파벳과 매칭되는 패턴은 하나의 예시에 불과한 것이며, 비단 알파벳 뿐 아니라 한글의 자음, 모음에 대해서도 각각 특정 모양의 패턴이 정의될 수 있음을 이해해야 할 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 커뮤니케이션 장치의 세부구성을 간략하게 도시한 것이다.

도 3에 따르면, 커뮤니케이션 장치는 필수 구성으로서 레이저 조사부(110), 상기 레이저 조사부(110)를 제어하기 위한 제어부(130) 및 매질(200)을 포함하며, 부가적으로 외부 단말기(600)와의 통신을 위한 통신부(150)를 더 포함할 수 있다.

레이저 조사부(110)는 상기 매질(200) 상에 펄스 레이저를 출력하는 구성으로서 세부적으로는 레이저 드라이버(laser driver), 냉각 장치를 포함할 수 있다. 레이저 드라이버는 레이저 매질(200)(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.

또한, 상기 레이저 조사부(110)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.

다음으로, 제어부(130)는 레이저 조사부(110)를 비롯한 기타 각 기능부들을 제어하는데, 그 중에서도 특히 레이저 조사부(110)에 의해 조사되는 레이저의 다양한 파라미터를 제어하는 기능을 한다. 그 중에서도 제어부(130)가 하는 가장 기본적인 기능은 레이저 조사부(110)로 하여금 특정 패턴의 형상으로 레이저를 조사하게 하는 것이다. 즉, 제어부(130)는 전달하고자 하는 문자와 대응되는 패턴을 인지하고 이러한 형태로 레이저를 조사하도록 레이저 조사부(110)를 제어한다.

한편, 상기 제어부(130)에 의해 제어되는 또 다른 속성값으로는 주파수(레이저의 단위 시간당 펄스 진동수), 에너지 크기, 레이저 빔의 직경 등이 포함된다.

이 때 상기 제어부(130)는 적어도 하나의 연산 수단과 저장 수단을 포함할 수 있으며, 이 때 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.

참고로 제어부(130)의 주파수 제어와 관련하여, 레이저의 출력이 하이(high)일 때와 로우(low)일 때가 각각 1회 진행될 때를 1싸이클이라 가정할 때, 상기 제어부(130)는 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.

한편, 본 발명에서의 펄스 레이저 주파수는 바람직하게는 1Hz부터 70Hz까지 자유롭게 제어 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.

또한, 상기 제어부(130)의 에너지 크기 제어와 관련하여, 에너지 세기는 밀리줄(mJ) 단위로 표현되며, 상기 에너지 크기는 레이저 조사장치 내 구비될 수 있는 광필터에 의해 조절될 수 있는데, 이러한 광필터는 펄스 레이저의 세기를 감쇄시키기 위한 감쇄 장치(Attenuator)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부(130)의 레이저 직경 제어와 관련하여, 상기 레이저 조사장치 내에는 레이저를 한 점으로 집속시키기 위한 볼록렌즈 및 레이저를 확산시키기 위한 오목렌즈를 내부적으로 구비할 수 있으며, 제어부(130)는 상기 볼록렌즈와 오목렌즈의 거리를 선택적으로 조절함으로써 초점을 맞춤과 동시에 조사되는 레이저의 직경을 제어할 수 있다.

다시 도 3을 참조할 때, 커뮤니케이션 장치는 매질(200)을 필수 구성으로 포함한다. 매질(200)은, 일면에는 레이저가 피조사되고, 이면에는 사용자의 손바닥과 접하는 것으로서, 피조사되는 레이저에 의해 발생된 스트레스파에 의해 상기 사용자의 손바닥에 촉감을 유도하는 기능을 한다.

이하에서는 도 4 내지 도 6을 참조하여 매질(200) 상에 레이저가 조사되고, 이에 의해 발생된 스트레스파에 의해 촉감이 유도되는 과정에 대해 구체적으로 살펴 보기로 한다.

도 4에 따르면, 본 발명에 따른 커뮤니케이션 장치는 기본적으로 두 개의 면을 가지는 매질(200)을 포함하는데, 이 때의 매질(200)은 일면에 레이저가 피조사되고, 이면에는 사용자의 피부조직, 예를 들어 손바닥 및 손가락이 접하는 것을 특징으로 하며, 이 때 상기 매질(200)은 레이저에 의해 발생한 작용의 효과로서 상기 사용자의 피부조직에 촉감을 유도한다.

매질(200)에 대하여 보다 구체적으로 살펴보면, 상기 매질(200)은 점착 특성이 있는 물질로서 그 조성물은 여러 가지가 존재할 수 있겠으나 바람직하게는 아크릴 발포폼으로 제조된 것일 수 있다. 또한 이 때 매질(200)은 바람직하게는 점착제로서 명확하게 고체, 액체로 구별될 수 없는 반 유동체 또는 탄성물질일 수 있으며, 또는 상기 매질(200)은 완전 합성 폴리머로서 표면이 매끈하고 무색의 색상을 가지는 것일 수도 있다.

본 발명에 따른 커뮤니케이션 장치는 위와 같은 특성을 가지는 매질(200)을 포함하는 것을 가장 큰 특징으로 하는데, 이는 사용자의 피부 조직, 즉 생체 조직에 레이저를 직접 조사하지 않되 위와 같은 매질(200)에 조사함으로써 상기 매질(200)로 하여금 레이저에 의해 수신한 에너지를 기초로 한 일련의 작용 효과를 일으켜 맞닿아 있는 사용자 피부 조직에 촉감을 유도시키기 위함이다. 종래 생체 조직에의 자극을 최소화하기 위한 레이저가 고안되었으나, 이러한 레이저의 경우 직접 사람의 생체 조직에 조사하였을 때에 생체 조직에 유도되는 자극의 크기가 크지 않은 문제점이 있어 왔다. 본 발명은 이러한 문제점을 해결하고자 매질(200)을 생체 조직에 접하게 하고, 여기에 레이저를 조사하는 방식을 제안한다.

본 발명과 같이 매질(200)을 매개로 사용자의 피부 조직에 레이저를 조사하는 경우 i) 사람마다 다른 생체 조직의 특성 영향을 덜 받아 개인차 없는 열 및 열탄성 효과를 유도할 수 있다는 점 ii) 레이저가 직접 생체 조직에 조사되는 것에 비하여 레이저 피부 직접 조사에 의한 손상을 원천적으로 배제할 수 있어 보다 안전한 촉감 유도가 가능하다는 점 iii) 매질(200)이라는 새로운 구성요소를 둠으로써 조사하는 레이저, 매개물인 매질(200)의 더 다양한 조합을 구현할 수 있고 이에 따라 유도시킬 수 있는 촉감의 종류도 다양해질 수 있다는 점 iv) 동일한 레이저 조건에서 매질(200)의 종류 또는 접합 가능한 매질(200)의 두께 등을 제어하여 효과를 유도할 수 있다는 점에서 효과가 있다.

한편, 도 5는 본 발명에 따른 커뮤니케이션 장치가 포함하는 매질(200)을 더 상세하게 도시한 것이다. 도 5에 따르면 본 발명에서의 매질(200)은 두 개의 레이어로 이루어지는데, 이 때 각 레이어는 제조시 그 색깔을 달리 함으로써 해당 매질(200)의 흡수계수를 조절할 수 있다. 이하에서는 레이저를 직접적으로 흡수하는 부분을 제1레이어(210), 사용자의 피부조직과 맞닿는 부분을 제2레이어(230)라 칭하기로 한다.

매질(200)의 흡수계수를 제어하는 방법으로는, 레이어의 색깔을 달리 하는 방법이 존재한다. 도 5에서도 볼 수 있듯 제1레이어(210) 및 제2레이어(230)를 각각 붉은색-붉은색 매질(200)로 구성하는 경우, 또는 붉은색-흰색 매질(200)로 구성하는 경우, 각각의 경우에 있어 매질(200)은 서로 다른 흡수계수를 가지게 된다.

이 때 흡수계수란, 상기 매질(200)이 빛을 흡수하는 정도를 나타내는 계수를 의미하는 것이며, 일반적으로 흡수계수는 단색광에 대한 것으로서 그 값은 빛의 파장에 따라 달라진다.

흡수계수의 위와 같은 정의를 고려할 때, 본 발명에서의 매질(200)은 각 레이어의 색깔을 어떻게 선택하느냐에 따라 흡수하게 되는 레이저의 파장, 그리고 상기 파장을 얼마나 잘 흡수하는지가 조절될 수 있다.

예를 들어, 제1레이어(210)가 붉은색인 경우, 이러한 붉은색의 매질(200)은, 붉은색의 보색인 녹색(가시광선 내 575nm~492nm 파장영역)에 대한 흡수계수를 높이는 작용을 한다. 한편, 제2레이어(230)가 흰색인 경우, 이러한 흰색의 매질(200)은 일반적으로 모든 파장영역에 대해 흡수계수를 낮추는 역할을 한다. 따라서 제1레이어(210) 및 제2레이어(230)가 모두 붉은색으로 구성된 경우, 붉은색-흰색으로 구성된 매질(200)에 비하여 녹색계열의 파장에 대한 흡수계수가 더 높게 된다.

다른 한편, 어떤 소재의 매질(200)을 사용하였는지에 따라 해당 매질(200)에 레이저가 피조사되는 경우 사용자에게 전달되는 촉감이 달라질 수 있다. 즉, 앞서 언급한 붉은색의 아크릴 발포폼 소재 매질(200) 이외에도 알루미늄 소재의 매질(200), 인조 섬유를 기재로 점착제를 도포한 청색의 매질(200) 등을 이용하여 접해 있는 사용자 피부조직에 촉감을 유도할 수 있는데, 사용한 매질(200)의 종류에 따라 유도되는 촉감이 달라질 수 있다. 이와 같이 사용하는 매질(200)의 소재에 따라 사용자가 느끼는 감각이 달라질 수 있다는 사실은, 각 매질(200) 고유의 물성 및 다양한 레이저 파라미터 조합에 의해 보다 많은 종류의 감각을 사용자에게 제공할 수 있음을 의미한다.

예를 들어, 조사되는 레이저의 직경, 에너지 크기, 주파수가 동일한 조건에서 아크릴 발포폼 소재의 매질(200)의 경우 사용자는 기계적인 촉감을, 인조 섬유에 점착제가 도포된 매질(200)의 경우 사용자는 기계적 촉감 및 온감을, 알루미늄 매질(200)의 경우 사용자는 매우 약한 강도의 기계적 촉감만을 느낄 수 있다.

한편, 도 6은 매질(200)을 측면에서 바라본 것으로, 층 구조를 나타낸 것이다.

도 6에 따르면, 매질(200)은 제1레이어(210)와 제2레이어(230)가 평면으로 적층되고, 상기 제1레이어(210) 및 제2레이어(230) 사이에는 접착면이 더 포함될 수 있다.

한편, 다시 도 4를 참조하여 촉감이 유도되는 과정에 대해 살펴보면, 매질(200) 상에 레이저가 조사되는 경우, 레이저에는 크게 세 가지 종류의 작용 효과가 발생하며, 여기에는 열탄성 효과, 플라즈마 효과, 열전달 효과가 포함된다.

먼저 열탄성 효과에 대해 살펴보면, 열탄성 효과는 본 발명에 따른 커뮤니케이션 장치가 사용자의 피부 조직에 촉감을 유도하는 데에 가장 주요하게 활용되는 기작이다. 구체적으로 열탄성 효과란, 이는 매우 짧은 펄스 폭을 가지는 레이저가 매질(200)에 흡수되는 경우 순간적으로 레이저 흡수에 의해 매질(200)의 흡수부위가 국소적으로 가열이 되는데, 가열된 부분이 순간적으로 열팽창을 하면서 국소적으로 압력이 증가되고 동시에 압력파를 생성하여 주변 매질(200)로 에너지를 전달함에 따른 효과를 가리킨다. 즉, 레이저가 매질(200)에 입사되면 광학계수(흡수계수, 산란계수, 굴절률, 비등방성 계수)에 의해 매질(200) 내 광 에너지 분포가 달라지고, 매질(200) 내로 흡수된 에너지는 스트레스파를 발생시키는데, 이 때의 스트레스파가 곧 앞서 설명한 압력파가 되어 주변 매질(200)로 에너지를 전달하게 되는 것이다. 위와 같은 일련의 과정 중에서 발현되는 매질(200)의 국소적인 팽창, 압력 증가 등의 기계적 변형은 매질(200)과 접해 있는 사용자의 피부 조직, 즉 생체 조직으로 하여금 촉감을 느낄 수 있게 한다.

한편, 레이저 흡수에 의해 매질(200) 내부에 발생하여 전파되는 스트레스파는 다음과 같은 식에 따라 그 크기가 결정된다.

[수학식1]

[수학식2]

이 때 p_max는 입사되는 스트레스파의 최대크기, c_s는 음파의 속도, μ_a는 매질(200)의흡수계수, Г는 그뤼나이젠 상수, H₀는 흡수에너지밀도(absorbed fluence)를 나타낸다.

위 수학식 1 및 2에 따르면, 신체조직에 더 큰 촉감을 유도하기 위해서는 스트레스파의 최대크기를 높일 필요가 있다. 이를 위해서는 흡수계수, 그뤼나이젠 상수가 높은 매질(200)을 사용하는 것이 바람직함을 알 수 있다.

한편 이 때 그뤼나이젠 상수란 매질(200) 결정의 고유 상수로서 열팽창에 따라 포논(음향양자. 결정 격자의 양자화 된 진동을 나타내는 준입자)의 에너지가 바뀌는 정도를 나타내는 지표이다.

또 다른 한편, 매질(200)의 어쿠스틱 임피던스(acoustic impedance) 측면에서 살펴볼 때, 일반적으로 매질(200) 경계면에서의 투과 계수는 다음 수학식 3과 같이 정해진다.

[수학식 3]

이 때, p_t는 매질(200)을 통과하는 스트레스파의 크기, p_i는 매질(200)을 향해 입사되는 스트레스파의 크기, Z₁은 입사방향 매질(200)인 제1매질(200)의 어쿠스틱 임피던스, Z₂는 스트레스파가 나오는 방향의 매질(200)인 제2매질(200)의 어쿠스틱 임피던스를 의미한다. 이 때, 어쿠스틱 임피던스란 특정 파(wave)가 전파될 때 그 파면에 평행인 면에서의 압력을 그 면을 통과하는 파동의 부피속도로 나눈 값을 의미한다. 다른 관점에서, 어쿠스틱 임피던스는 파(wave)가 매질(200)을 통과할 때에 받는 저항을 의미한다.

한편 수학식 3에 따르면, 스트레스파가 매질(200)을 더 잘 통과하기 위해서는 제2매질(200)의 어쿠스틱 임피던스가 제1매질(200)의 어쿠스틱 임피던스에 비해 큰 것이 바람직하다. 즉, 두 개의 매질(200)이 접해 있는 경우, 파(wave)가 입사되는 제1매질(200)의 어쿠스틱 임피던스(Z1)는 작고, 파(wave)가 나오는 제2매질(200)의 어쿠스틱 임피던스(Z2)는 클 때에 투과계수(T)가 높아진다.

즉, 이를 본 발명에 적용하면 매질(200)은 신체조직(피부)의 어쿠스틱 임피던스에 비해 작은 크기의 어쿠스틱 임피던스를 가지는 것으로 구현이 바람직하다.

한편, 앞서 살핀 열탄성 효과 이외에도 상기 매질(200)은 레이저가 조사됨에 따라 플라즈마 효과, 열전달 효과를 더 발생시키며 이러한 효과의 결과로서 매질(200)에 접해 있는 사용자 피부조직에 체감각, 예를 들어 압감 또는 온감을 유도할 수 있다.

플라즈마 효과에 대해 살펴보면, 레이저가 조사되는 경우 플라즈마가 유발되는데, 유발된 플라즈마에 의해 매질(200)에서는 음향 방출 현상이 일어나게 되어 사용자의 피부조직에서는 압감을 느끼게 된다. 음향 방출 현상이란, 고체가 변형될 때 그 내부에 저장되어 있던 스트레인 에너지가 해방되어 탄성파를 발생하는 현상으로, 레이저 조사에 의해 상기 매질(200) 내 국부적으로 급격한 에너지가 방출되어 일시적인 탄성파가 발생하는 현상을 가리킨다.

열전달 효과란, 매질(200)의 표면 또는 내부에서 전해지는 열 에너지의 이동 현상으로, 레이저가 매질(200)에 조사됨에 따라 상기 매질(200)의 일부는 온도가 상승하게 되는데, 이 때 열 에너지가 주변 매질(200)로 전달되는 과정에서 사용자의 피부 조직에까지 상기 열 에너지가 전달되는 효과를 가리킨다.

한편, 앞서 살핀 열탄성 효과, 플라즈마 효과, 열전달 효과는 한 종류의 매질(200)에서 모두 발현될 수 있는 효과이나, 이들 효과는 매질(200)이 가지는 특성, 즉 매질(200)의 물성에 따라 어느 특정 효과가 두드러지게 나타나거나 또는 잘 드러나지 않는 등 그 발현의 정도가 달라지게 된다.

예를 들어, 레이저가 피조사되는 매질(200)의 제1레이어(210)는 동일한 매질(200)이라 가정할 때, 제2레이어(230)의 물성에 따라 열탄성 효과, 플라즈마 효과 또는 열전달 효과가 두드러지게 나타날 수 있다.

이상 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 커뮤니케이션 장치에서 어떻게 사용자 피부조직에 촉감을 유도하는지에 대해 살펴보았다.

한편, 매질(200)에 대한 설명의 연장으로서 매질(200)의 형성 모양과 관련하여 살펴보면 다음과 같다.

도 4 또는 도 6을 참조할 때, 상기 매질(200)은 사용자의 손바닥면이 접할 수 있도록 평면으로 형성될 수 있다. 사용자의 손바닥면이 매질(200)에 접한 상태에서 상기 레이저 조사부(110)는 매질(200)의 특정 영역, 즉 구현하고자 하는 문자와 대응되는 패턴에 따라 상기 매질(200)의 특정 영역에 레이저를 조사하게 되며, 사용자를 상기 조사된 레이저에 의해 발생된 스트레스파를 통해 특정 패턴의 촉감을 느끼게 된다.

한편, 도 4 또는 도 6과 같은 매질(200) 형성 방식에서 더 나아가, 본 발명에 따른 커뮤니케이션 장치는 도 7과 같이 매질(200)을 형성시킬 수 있다.

도 7은 커뮤니케이션 장치에 형성된 매질(200)의 또 다른 형태를 도시한 것으로, 이에 따르면 매질(200)은 사용자의 손바닥 형상에 맞게 요철형상으로 형성될 수 있다. 즉, 도 7에 따르면 매질(200)은 사용자의 손바닥면 뿐 아니라 손가락의 측면 또는 손의 측면까지도 접하도록 형성될 수 있다.

도 7과 같이 매질(200)을 형성시키는 이유는 사용자의 피부조직 상에 촉감을 유도할 수 있는 영역을 최대한으로 확보하기 위함이다. 다시 말해, 사용자의 손바닥면 뿐 아니라 손날, 손가락 측면에도 촉감을 유도시킴으로써 보다 다양한 패턴의 촉감을 구현할 수 있게 하기 위한 것이다.

예를 들어 도 2의 패턴을 참조할 때, "J"와 매칭되는 패턴은 중지의 끝단을 양쪽에서 누르는 것이다. 즉, 손가락의 측면에 스트레스파를 가함으로써 촉감을 유도할 필요가 있는데, 매질(200)이 단순히 평면으로 형성되어 있는 경우 위와 같이 "J"에 매칭되는 패턴은 구현이 어렵다. 도 7에 따른 매질(200) 형성 모양은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 손가락의 측면, 손의 측면까지 접할 수 있게 매질(200)을 형성하는 경우 해당 손가락의 측면에 존재하는 매질(200)에 레이저를 조사함으로써 정확한 패턴에 따라 사용자 피부조직에 촉감을 유도할 수 있다.

다시 도 3을 참조할 때, 본 발명에 따른 커뮤니케이션 장치는 레이저 조사부(110), 제어부(130), 매질(200) 이외에 통신부(150)를 더 포함할 수 있다.

통신부(150)란, 네트워크를 통해 연결되어 있는 외부 단말기(600)로부터 텍스트 형태의 데이터를 수신하는 구성이며, 상기 네트워크는 유선통신망 또는 무선통신망일 수 있다. 또한 상기 외부 단말기(600)란, 바람직하게는 음성통화 서비스, 문자서비스, 채팅 어플리케이션 구동이 가능한 스마트폰일 수 있다.

한편, 통신부(150)가 더 구비된 상태에서, 상기 제어부(130)는 통신부(150)가 수신한 텍스트 데이터를 개개의 기본 문자로 나누어 인식하며, 레이저 조사부(110)로 하여금 각각의 기본 문자에 매칭되는 패턴에 따라 레이저를 조사하도록 제어한다.

이상 도 3을 참조하여 커뮤니케이션 장치 내 포함된 레이저 조사부(110), 제어부(130), 매질(200) 및 통신부(150)에 대해 살펴보았다.

이하에서는 도 8 및 도 9를 참조하여 본 발명에 따른 커뮤니케이션 장치의 활용예에 대해 살펴보기로 한다.

먼저 도 8은 전시관에서 시각 또는 청각 장애인들의 관람을 돕기 위해 각 작품 옆에 커뮤니케이션 장치를 설치해 놓은 모습을 나타낸 것이다. 시각, 청각 장애가 있는 사람들의 경우 전시되어 있는 작품들을 제대로 볼 수 없거나 또는 들을 수 없어 대부분의 경우 관람을 제대로 하지 못한다. 그러나 각 전시 작품들 옆에 본 발명과 같은 커뮤니케이션 장치를 설치하는 경우, 장애가 있는 사용자로서는 매질(200) 상에 손을 대어 봄으로써 촉각으로 전시 작품에 대한 설명을 인지할 수 있어 전시관 관람을 간접적으로 할 수 있게 되는 효과가 있다.

다음으로 도 9는 외부 단말기(600)로부터 수신한 텍스트를 커뮤니케이션 장치를 통해 인지하는 모습을 나타낸 것이다. 앞서도 설명하였듯 커뮤니케이션 장치는 외부 단말기(600)와 통신이 가능한 통신부(150)를 더 구비할 수 있으며, 외부 단말기(600)로부터 문자메시지 또는 채팅메시지가 상기 통신부(150)를 통해 수신된 경우 제어부(130)는 상기 텍스트데이터를 개별 문자로 구별하여 인지하고, 각 문자에 매칭되는 패턴으로 레이저를 조사하게 함으로써 사용자, 특히 시각 장애인이 텍스트로 상대방과 커뮤니케이션을 할 수 있게 한다. 한편, 도 9에서 소개한 커뮤니케이션 장치는 휴대형으로 제작되어 사용자가 쉽게 소지하고 다니면서 텍스트 기반의 커뮤니케이션을 할 수 있도록 할 수 있다.

이상 도면을 참조하여 본 발명에 따른 커뮤니케이션 장치 및 이를 이용한 커뮤니케이션 방법에 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.

110 레이저 조사부 130 제어부 150 통신부
200 매질
210 제1레이어 220 접착층 230 제2레이어
500 손(사용자 피부조직)
600 외부 단말기
1000 커뮤니케이션 장치

Claims

문자에 매칭되는 패턴에 따라 매질에 레이저를 조사하는 레이저 조사부;
일면은 상기 레이저 조사부에 의해 조사된 레이저가 피조사되고, 이면은 사용자의 손바닥 또는 손가락과 접하는 것으로서, 피조사되는 레이저에 의해 발생된 스트레스파에 의해 상기 사용자의 손바닥 또는 손가락에 촉감을 유도하는 매질; 및
상기 레이저 조사부를 제어하기 위한 제어부를 포함하며,
상기 레이저 조사부는 상기 사용자의 손바닥 또는 손가락과 접해 있는 매질에 특정 문자와 매칭되는 패턴을 조사하여 상기 매질 상에 스트레스파를 발생시킴으로써, 상기 사용자의 손바닥 또는 손가락에 상기 패턴에 대응되는 촉감을 유도하는 것을 특징으로 하는 촉감을 이용한 커뮤니케이션 장치.
제1항에 있어서,
상기 매질은 제1레이어 및 제2레이어를 포함하고,
상기 제1레이어 및 제2레이어는 상이한 파장의 빛을 흡수하는 것을 특징으로 하는 촉감을 이용한 커뮤니케이션 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 매질은 사용자의 손바닥면 및 각 손가락의 측면과 접하고,
상기 레이저 조사부는 상기 각 손가락의 측면과 접해 있는 매질에 특정 문자와 매칭되는 패턴을 선택적으로 조사하여 상기 매질 상에 스트레스파를 발생시킴으로써 상기 손가락의 측면에 상기 패턴에 대응되는 촉감을 유도하는 것을 특징으로 하는 촉감을 이용한 커뮤니케이션 장치.
제1항에 있어서,
유선 또는 무선의 네트워크를 통해 연결된 외부 단말기로부터 문자입력을 수신하는 통신부;
를 더 포함하고,
상기 레이저 조사부는, 상기 통신부를 통해 수신한 문자입력과 대응되는 패턴을 상기 매질에 조사하는 것을 특징으로 하는 촉감을 이용한 커뮤니케이션 장치.
레이저 조사부가 매질에 특정 문자와 매칭되는 패턴에 따라 레이저를 조사하는 단계를 포함하되,
상기 매질의 일면은 상기 레이저가 피조사되고, 이면은 사용자의 손바닥 또는 손가락과 접하는 것으로서, 피조사되는 레이저에 의해 상기 매질 상에 스트레스파가 발생되고, 발생된 스트레스파에 의해 상기 사용자의 손바닥 또는 손가락에 상기 특정 문자와 매칭되는 패턴에 대응되는 촉감을 유도할 수 있는 것을 특징으로 하는 촉감을 이용한 커뮤니케이션 방법.
제6항에 있어서,
레이저 조사부가 매질에 레이저를 조사하는 단계 이전,
통신부가 외부 단말기로부터 문자입력을 수신하는 단계;를 더 포함하고,
상기 레이저 조사부가 매질에 레이저를 조사하는 단계는, 상기 레이저 조사부가 상기 통신부가 수신한 문자입력의 특정 문자와 매칭되는 패턴에 따라 매질에 레이저를 조사하는 것을 특징으로 하는 촉감을 이용한 커뮤니케이션 방법.