KR101833844B1 - Somatosensory system using medium including absorption layer and transmission layer - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 체성감각 유도 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 사용자의 피부와 접해 있는 매질에 펄스 레이저를 조사함으로써 상기 사용자 피부 상에 체성감각을 유도하는 시스템에 관한 것이다. 특히 이때 매질은 레이저를 투과시킬 수 있는 투과층, 레이저를 흡수하는 흡수층을 포함하며 본 발명에 따른 체성감각 유도 시스템은 투과층 및 흡수층의 적층 형태에 따라 다양한 체성감각을 유도하게 하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a somatosensory induction system, and more particularly, to a system for inducing a somatosensory on a user's skin by irradiating a pulse laser to a medium in contact with the user's skin. Particularly, the medium includes a permeable layer capable of transmitting a laser and an absorbent layer absorbing a laser, and the somatic sensory guidance system according to the present invention is characterized in that it induces various somatic senses according to the laminated form of the permeable layer and the absorbent layer .
레이저 장치란 방사의 유도 방출에 의한 광증폭(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)을 이용하여 빛을 방출하는 장치를 의미한다.A laser device is a device that emits light using light amplification by stimulated emission of radiation.
이러한 레이저 장치는 방향, 위상, 파장이 고른 인공의 빛을 방출하는데, 위와 같이 속성을 제어할 수 있음에 기하여 상기 레이저 장치는 통신, 의료, 나노기술, 정밀 공작 기계 영역 등 다양한 산업 분야에서 많이 활용되고 있다.Such a laser device emits artificial light with uniform direction, phase and wavelength. Due to the above-described property control, the laser device is widely used in various industrial fields such as communication, medical, nanotechnology, and precision machine tools .
한편, 매질과의 상호작용을 통한 레이저의 응용에는 크게 매질에의 손상을 동반하는 기전과 매질에의 손상을 동반하지 않는 기전 등 두 가지 기전으로 구현될 수 있다. On the other hand, the application of laser through the interaction with the medium can be realized by two mechanisms, that is, mechanism accompanied with damage to the medium and mechanism without damage to the medium.
매질에의 손상을 동반하는 기전은 광학 절연파괴(Laser induced optical breakdown)나 레이저 제거(Laser ablation)에 의해 나타나는 것으로, 이러한 기전은 생체 자극 및 의료 수술 분야 등에서 활용된다.The mechanism of damage to the medium is manifested by laser induced optical breakdown or laser ablation, which is used in biomedical stimulation and medical surgery.
이에 반해 매질에의 손상을 동반하지 않는 기전은 열탄성 효과(Laser induced thermo-elastic effect)라 불리는 것으로 매질의 손상 없이도 스트레스 파(wave)를 발생시키는 기전을 일컬으며, 이러한 열탄성 효과는 비파괴 검사(non-destructive inspection), 의료영상(imaging) 등에 활용될 수 있다. On the other hand, the mechanism that does not cause damage to the medium is called the laser induced thermo-elastic effect, which is a mechanism of generating a stress wave without damaging the medium. Such a thermoelastic effect is called a nondestructive test non-destructive inspection, and medical imaging.
최근에는 이렇게 생체 손상이 없는 레이저 장치에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 특히 생체 손상을 발생시키지 않는 레이저의 속성 범위를 찾는 연구가 구체적으로 진행되고 있다. In recent years, studies on laser devices without such injury have been actively carried out, and studies for finding the property range of the laser which does not cause injury of the living body have been progressed in detail.
다른 한편, 최근에는 레이저 조사에 따른 생체 조직 손상을 줄이고자 생체 조직에 또 다른 매질을 덧댄 후 레이저를 조사하는 실시예들이 연구되고 있다. 그러나 생체 조직, 즉 피부에 접해 있는 매질에 레이저를 조사하는 경우 손상은 줄일 수 있으나 매질이라는 중간 개체 존재에 의해 레이저 파라미터를 조절하더라도 유도되는 체성감각의 크기가 쉽게 제어되지 않는 어려움이 공존하였다. On the other hand, in recent years, there have been studied embodiments in which a laser is irradiated after another medium is applied to a living tissue in order to reduce damage to living tissue caused by laser irradiation. However, when laser irradiation is applied to a biological tissue, that is, a skin contacting with the skin, damage can be reduced. However, even if the laser parameter is controlled by the presence of an intermediate entity called the medium, the difficulty that the size of the somatic sensation induced is not easily controlled coexists.
이 건 발명은 이와 같이 생체 조직에 접해 있는 매질 상에 레이저를 조사할 때에 체성감각의 크기를 쉽게 제어할 수 없다는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 이상에서 살핀 기술적 요구를 충족시킴은 물론, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 발명할 수 없는 추가적인 기술요소들을 제공하기 위해 발명되었다. The present invention solves the problem that the size of the somatic sensation can not be easily controlled when irradiating a laser beam onto a medium in contact with the living tissue as described above. In addition to satisfying the technical requirements of the present invention, Has been invented to provide additional technical elements that can not be readily invented by those of ordinary skill in the art.
본 발명은 매질 내 흡수층 및 투과층의 적층 구조를 달리하여 피부조직에 유도되는 체성감각의 크기를 제어하는 것을 목적으로 한다.The object of the present invention is to control the size of the somatosensory sensation induced in the skin tissue by varying the lamination structure of the absorbent layer and the permeable layer in the medium.
또한 본 발명은 흡수층 및 투과층의 적층 구조를 달리하여 체성감각의 크기뿐 아니라 체성감각의 방향성까지 제어하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to control not only the size of the somatic sensation but also the directionality of the somatosensory sense by varying the lamination structure of the absorbent layer and the permeable layer.
또한 본 발명은 매질 내 흡수층 및 투과층의 적층 구조를 달리하는 것 외에 펄스 레이저 자체의 파라미터를 조절함으로써 체성감각의 크기를 제어하는 것을 목적으로 한다.The present invention also aims to control the size of the somatosensory by controlling the parameters of the pulsed laser itself, in addition to varying the lamination structure of the absorption layer and the transmissive layer in the medium.
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 solved by the present invention is not limited to the above-mentioned technical problems, and various technical problems can be included within the scope of what is well known to a person skilled in the art from the following description.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위한 수단으로 체성감각 유도 시스템, 그리고 이를 위한 매질을 제공한다. 다만, 이러한 발명의 카테고리들은 단어 그 자체에 의해 한정되지 않으며, 이하에서 살펴볼 기술 사상을 포함하는 범위 내에서 다양하게 확장 해석될 수 있다.The present invention provides a somatosensory induction system and a medium therefor as means for solving the above problems. However, the categories of the present invention are not limited to the words themselves, and can be variously extended within the scope of technical ideas to be discussed below.
본 발명에 따르면 사용자의 피부조직에 손상 없이 체성감각을 유도시킬 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, the somatic sensation can be induced without damaging the skin tissue of the user.
또한 본 발명에 따르면 사용자의 피부조직에 다양한 크기의 체성감각을 유도할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to induce body sensation of various sizes in the skin tissue of a user.
또한 본 발명에 따르면 유도되는 체성감각의 방향성을 제어할 수 있는 효과도 있다. Also, according to the present invention, the directionality of the somatic sensation induced can be controlled.
도 1은 본 발명에 따른 체성감각 유도 시스템을 간략히 도시한 것이다.
도 2는 제1실시예에 따른 매질의 적층구조를 도시한 것이며, 레이저가 상기 매질에 조사되었을 때 유도되는 체성감각의 방향성을 도시한 것이다.
도 3은 제2실시예에 따른 매질의 적층구조를 도시한 것이며, 레이저가 상기 매질에 조사되었을 때 유도되는 체성감각의 방향성을 도시한 것이다.
도 4는 매질의 또 다른 적층구조를 도시한 것이다.
도 5는 적층구조에 따른 체성감각 크기 및 방향성 확인을 위한 실험 환경을 도시한 것이다.
도 6은 적층구조 별 레이저 조사시 중심점의 변위를 도시한 것이다.
도 7은 적층구조 별 레이저 조사시 앞중심점의 변위, 뒷중심점의 변위를 각각 하나의 그래프에 도시한 것이다.1 schematically shows a somatosensory induction system according to the present invention.
FIG. 2 shows a laminated structure of the medium according to the first embodiment, and shows the directionality of the somatosensory that is induced when the laser is irradiated onto the medium.
Fig. 3 shows the lamination structure of the medium according to the second embodiment, and shows the direction of the somatosensory direction induced when the laser is irradiated to the medium.
4 shows another laminated structure of the medium.
FIG. 5 shows an experimental environment for verifying the size and direction of somatosensitivity according to the laminated structure.
Fig. 6 shows the displacement of the center point during the laser irradiation according to the lamination structure.
Fig. 7 is a graph showing the displacement of the front center point and the displacement of the rear center point when laser irradiation is performed for each lamination structure.
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 EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to the like elements throughout. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
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 construed or interpreted as limiting the scope of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in the art that the description including the embodiments of the present specification has various applications. Accordingly, any embodiment described in the Detailed Description of the Invention is illustrative for a better understanding of the invention and is not intended to limit the scope of the invention to 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 drawings and described below are merely examples of possible implementations. In other implementations, other functional blocks may be used without departing from the spirit and scope of the following detailed description. Also, although one or more functional blocks of the present invention are represented as discrete 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 "including any element" is merely an expression of an open-ended expression, and is not to be construed as excluding the additional elements.
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 may be directly connected or connected to the other component, but it should be understood that there may be other components in between.
도 1은 본 발명에 따른 체성감각 유도 시스템의 구성을 간략하게 나타낸 것이다. 1 schematically shows a configuration of a somatosensory induction system according to the present invention.
도 1에 따르면, 체성감각 유도 시스템은 레이저 조사장치(100) 및 매질(200)을 포함한다.1, the somatosensory induction system includes a
먼저 레이저 조사장치(100)는 레이저 빔의 다양한 파라미터를 제어하며, 파라미터가 제어된 상태로 레이저를 특정 타겟, 정확하게는 사용자의 피부(500)조직과 맞닿아 있는 매질(200)에 조사하는 기능을 한다.First, the
이와 같은 기능을 하기 위해 레이저 조사장치(100)는 세부적으로 많은 서브구성을 포함할 수 있는데 이에 대해서는 후술하기로 한다.In order to perform such a function, the
상기 레이저 조사장치(100)는 펄스 폭(Pulse width), 펄스 주파수, 에너지의 세기, 레이저 조사시간 또는 빔 직경과 같은 파라미터를 제어할 수 있다.The
한편, 매질(200)은 상기 레이저가 피조사되는 대상으로, 일면은 조사된 레이저를 받아들이고, 상기 일면과 반대쪽 면인 이면은 사용자의 피부(500)조직과 접해 있는 것을 특징으로 한다.On the other hand, the
본 발명과 같이 매질(200)을 매개로 생체 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 레이저가 피부(500)에 직접 조사됨에 따른 손상을 원천적으로 배제할 수 있어 보다 안전한 촉감 유도가 가능하다는 점 iii) 매질이라는 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 매질의 종류 또는 접합 가능한 매질의 두께 등을 제어하여 다양한 열 및 열탄성 효과를 유도할 수 있다는 점에서 효과가 있다.As in the present invention, when irradiating a living tissue with a laser via a
한편, 본 발명에서의 매질(200)은 도 2 내지 도 4와 같은 적층 구조로 이루어질 수 있다. Meanwhile, the
먼저 도 2에 따르면, 본 발명에서의 매질(200)은 두 개의 층, 즉 조사된 레이저를 흡수하는 흡수층(210)과 레이저를 투과시키는 투과층(220)으로 이루어진다. 특히 도 2의 적층구조는 투과층(220)이 사용자의 피부(500)와 접하고, 흡수층(210)은 조사되는 레이저를 곧바로 수신하도록 적층이 된 실시예를 나타낸 것이다. Referring first to FIG. 2, the
도 2의 실시예에 따르는 경우 레이저 조사장치로부터 출력된 레이저는 곧바로 흡수층(210)에 닿아 흡수되는데 이 때 흡수층(210)으로 에너지가 집중됨에 따라 국소적인 열팽창이 발생하게 되며, 이에 따라 흡수층(210)에 접해 있는 투과층(220)에도 팽창력이 전달되어 미세한 변위가 발생하게 된다. 이러한 변위의 측정은 매질의 일면에 임의로 정한 제1중심점, 그리고 매질의 이면에 임의로 정한 제2중심점이 얼만큼 이동하였는지를 측정함으로써 이루어지게 된다. 중심점의 변위 측정 실험은 도 5 내지 도 7를 참조하여 후에 자세히 논하기로 한다. 2, the laser output from the laser irradiating device directly contacts and absorbs the
한편, 매질이 도 2와 같은 적층구조를 가지는 경우 레이저가 조사되면 사용자로서는 피부(500)를 바깥 방향으로 잡아 당기는 체성감각을 느낄 수 있게 된다. 이는 앞서도 설명하였듯 흡수층(210)이 주도적으로 팽창함에 따라 면이 접해 있는 투과층(220)도 종속적으로 팽창하면서 체성감각의 유도 방향이 흡수층(210) 쪽으로 향하기 때문이다.On the other hand, when the medium has a laminated structure as shown in FIG. 2, when the laser is irradiated, the user can feel the somatic sensation of pulling the
본 발명에서 사용되는 투과층(220)은 접착 특성이 있는 물질로서, 바람직하게는 아크릴 발포폼으로 제조된 것일 수 있다. 이 때 투과층(220)은 점착제로서 명확하게 고체, 액체로 구별될 수 없는 반 유동체, 즉 탄성물질일 수 있으며, 상기 투과층(220)은 완전 합성 폴리머(polymer)로서 표면이 매끈하고 무색의 색상을 가지며, 점착력이 우수한 속성을 가지는 것을 특징으로 한다. 나아가 상기 투과층(220)은 우수한 내열성, 내습성, 내한성의 성질까지 가진다. The
한편, 도 3은 흡수층(210)이 사용자의 피부(500)와 접하고, 투과층(220)은 조사되는 레이저를 곧바로 수신하도록 적층이 된 실시예를 나타낸 것이다.3 shows an embodiment in which the
도 3의 실시예에 따르는 경우 레이저 조사장치로부터 출력된 레이저는 투과층(220)을 지나 흡수층(210)에 흡수되는데 이 때 흡수층(210)으로 에너지가 흡수됨에 따라 열팽창이 발생하게 되고, 이에 따라 흡수층(210)에 접해 있는 투과층(220)도 변위가 발생하게 된다. 3, the laser output from the laser irradiation device is absorbed by the
매질이 도 3과 같은 적층구조를 가지는 경우 레이저 조사시 사용자로서는 피부(500)를 바깥에서 안쪽으로 미는 듯한 체성감각을 느낄 수 있게 된다. 이는 레이저를 흡수한 흡수층(210)이 주도적으로 팽창함에 따라 접해 있는 피부(500)에 직접적으로 팽창력이 전달되면서 체성감각의 유도 방향이 피부(500) 쪽으로 향하기 때문이다. When the medium has a laminated structure as shown in FIG. 3, the user can feel the somatic sensation as if the user pushes the
한편, 도 4는 두 층의 투과층(220)이 존재하고 상기 투과층(220) 사이에 하나의 흡수층(210)이 적층되어 있는 구조를 나타낸 것이다. 즉, 도 4의 적층구조는 사용자의 피부(500)와 일면이 접하는 층인 제1투과층(250), 제1투과층(250)의 이면과 일면이 접하는 흡수층(210), 흡수층(210)의 이면과 접하는 제2투과층(240)을 포함한다. 4 shows a structure in which two
(a)의 적층구조는 제1투과층(250)이 제2투과층(240)에 비해 더 두꺼운 실시예, (b)의 적층구조는 제1투과층(250)과 제2투과층(240)의 두께가 동일한 실시예, (c)의 적층구조는 제1투과층(250)이 제2투과층(240)에 비해 더 얇은 실시예를 도시하고 있다. (b) is a laminated structure in which the
각각의 적층구조들은 제1투과층(250) 및 제2투과층(240)의 두께 비율, 즉 흡수층(210)이 매질 내에서 사용자의 피부(500)에 더 가깝게 존재하는지 아니면 공기층에 더 가깝게 존재하는지에 따라 체성감각의 방향성을 달리 유도할 수 있게 된다. Each of the laminate structures may have a thickness ratio of the
예를 들어 (a)의 적층구조에서는 앞서 살펴본 도 2와 비교할 때 상대적으로 작은 크기의 '당기는 느낌(pull)'을 유도한다. 또한 (c)의 적층구조에서는 앞서 살펴본 도 3과 비교할 때 상대적으로 작은 크기의 '미는 힘(push)'을 유도한다. 마지막으로 (b)의 적층구조에서는 흡수층(210)이 제1투과층(250) 및 제2투과층(240)의 정중앙에 존재하므로 제1투과층(250) 및 제2투과층(240)의 당기는 힘과 미는 힘이 균형을 이루어 체성감각이 거의 유도되지 않는다. For example, in the laminated structure of (a), a relatively small pull is induced as compared with the above-mentioned FIG. 2. Also, in the stacked structure of (c), a pushing force of a relatively small size is induced as compared with the above-mentioned FIG. 3. Finally, in the laminated structure of (b), since the
이와 같이 본 발명에 따른 매질은 흡수층(210)/투과층(220)을 포함한 2중층, 또는 제1투과층(250)/흡수층(210)/제2투과층(240)을 포함한 3중층으로 이루어질 수 있으며, 각 적층구조에서는 흡수층(210)이 사용자 피부(500)쪽에 가깝게 적층이 되었는지 또는 공기층에 가깝게 적층이 되었는지에 따라 유도되는 체성감각의 방향성도 달라진다.The medium according to the present invention is composed of a double layer including the
한편, 앞서에서는 흡수층(210)이 레이저를 흡수하여 열팽창을 일으킬 수 있고, 결국 이러한 열팽창은 투과층(220) 또는 사용자 피부(500)에 작용하여 체성감각을 유도할 수 있음을 언급하였는데 이 과정에 대해 더 자세히 살펴보면 아래와 같다. It has been mentioned above that the
레이저가 흡수된 직후 투과층의 온도는 거의 변화가 없으나 흡수층의 온도는 급격히 상승한다. 이러한 비균일한 온도분포는 매질 내에 일시적으로 스트레스를 형성하게 되는데, 상대적으로 온도가 높은 흡수층의 팽창에 의해 매질의 전체적인 변형이 발생하여 비균일한 온도분포에 의해 형성된 이러한 일시적 스트레스가 해소되게 된다. 흡수층이 공기층에 가깝게 적층된 경우 공기층 방향으로 매질의 굽힘 변형이 발생하며, 흡수층이 사용자 피부쪽에 가깝게 적층된 경우 피부 방향으로 매질의 굽힘 변형이 발생한다. 굽힘 변형이 일어나는 과정 중 매질의 탄성에 의해 매질의 전체적인 진동이 수반되어 발생하게 된다.Immediately after the laser is absorbed, the temperature of the transmissive layer hardly changes but the temperature of the absorbing layer rises sharply. This non-uniform temperature distribution creates a temporary stress in the medium, which is caused by the expansion of the relatively high temperature absorption layer, thereby eliminating this temporary stress created by the non-uniform temperature distribution. When the absorbent layer is laminated close to the air layer, bending deformation of the medium occurs in the direction of the air layer. When the absorbent layer is laminated close to the user's skin side, bending deformation of the medium occurs in the skin direction. This is caused by the overall vibration of the medium due to the elasticity of the medium during the process of bending deformation.
이하에서는 앞서 도 1에서 잠시 언급하였던 레이저 조사장치에 대해 보다 상세하게 살펴보기로 한다. Hereinafter, the laser irradiation apparatus referred to briefly in FIG. 1 will be described in more detail.
레이저 조사장치(100)는 레이저 출력부, 주파수 컨트롤부, 에너지 컨트롤부, 직경 컨트롤부, 입력부, 디스플레이, 제어부를 포함한다. 한편, 이 때 레이저 조사장치(100)를 구현하기 위해서는 제어부 및 레이저 출력부가 필수적으로 포함되며, 여타 기능부들은 사용자의 필요에 따라 포함 또는 배제가 가능하다. The
먼저 레이저 출력부는 펄스 레이저를 출력하는 구성으로서 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.First, the laser output section may include a laser driver and a cooling device for outputting a pulse laser. The laser driver may include a sub-device such as a
또한, 상기 레이저 출력부는 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 section may be implemented in various ways to generate a pulsed laser. For example, a ruby laser, a neodymium: YAG laser, a neodymium: glass laser, a laser diode, an excimer laser, a dye laser, or the like. For reference, it is noted that a neodymium: YAG laser is used to generate a pulse laser in the experimental example described below.
다음으로 주파수 컨트롤부는 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 컨트롤부(120)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. Next, the frequency control unit controls the pulse frequency per unit time of the irradiated laser. Assuming that the output of the laser is one cycle when the output of the laser is high and one time when it is low, the frequency controller 120 controls the frequency of the unit time, for example, several pulses per second You can set whether to include the cycle, and the user can control the frequency of the pulsed laser through this setup.
한편, 본 발명에서의 펄스 레이저 주파수는 바람직하게는 1Hz부터 70Hz까지 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.In the meantime, it should be understood that the pulse laser frequency in the present invention is freely controllable from 1 Hz to 70 Hz. Further, when a frequency is 0 Hz, that is, a single shot, Can be set.
다음으로 에너지 컨트롤부는 조사되는 레이저의 에너지 세기를 제어하는 기능을 한다. 에너지 세기는 밀리줄(mJ) 단위로 표현되는데, 본 발명에서의 에너지 세기는 바람직하게는 0mJ부터 30mJ까지 제어될 수 있다. Next, the energy control unit controls the energy intensity of the irradiated laser. The energy intensity is expressed in millijoules (mJ), and the energy intensity in the present invention can be preferably controlled from 0 mJ to 30 mJ.
한편, 본 에너지 컨트롤부는, 실제로는 광필터에 의해 구현될 수 있는데, 이러한 광필터는 펄스 레이저의 세기를 감쇄시키기 위한 감쇄 장치(Attenuator)를 포함할 수 있다. On the other hand, the present energy control section can be actually implemented by an optical filter, which may include an attenuator for attenuating the intensity of the pulsed laser.
다음으로 직경 컨트롤부는 조사되는 레이저의 직경을 조절하거나 상기 레이저를 조사하고자 하는 타겟점에 정확히 포커싱하기 위한 구성이다.Next, the diameter control unit is configured to control the diameter of the irradiated laser or to focus the laser accurately on the target point to be irradiated.
직경컨트롤부는 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 part can be embodied as a convex lens for converging the laser to one point and a concave lens for diffusing the laser. By selectively adjusting the distance between the convex lens and the concave lens, Can be controlled.
한편, 상기 레이저 조사장치(100)는 사용자의 조작 편의성을 돕기 위한 구성으로서 입력부 및 디스플레이를 더 포함할 수 있다. Meanwhile, the
입력부는 상기 레이저 조사장치(100)의 구동에 필요한 설정입력을 사용자로부터 수신하는 구성이다. 본 입력부는 패드, 터치스크린, 마우스 등 다양한 종류의 입력 장치로 구현될 수 있다. The input unit receives the setting input necessary for driving the
한편, 디스플레이는 상기 레이저 조사장치(100)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. On the other hand, the display is a configuration for displaying various information such as the setting parameters of the laser or the operation status and operation result of the
마지막으로, 레이저 조사장치(100)는 앞서 설명한 레이저 출력부, 주파수 컨트롤부, 에너지 컨트롤부, 직경 컨트롤부, 입력부, 디스플레이를 제어하기 위한 제어부를 더 포함한다. Finally, the
제어부는 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.The control unit may include at least one computing means and a storage means, wherein the computing means may be a general purpose central processing unit (CPU), a programmable device element (CPLD, FPGA) May be a semiconductor computing device (ASIC) or a microcontroller chip. In addition, a volatile memory element, a non-volatile memory element, or a non-volatile electromagnetic storage element may be utilized as the storage means.
이상 체성감각 유도 시스템을 구성하는 요소인 레이저 조사장치(100) 및 매질(200)에 대하여 살펴보았다.The
이하에서는 도 5 내지 도 7을 참조하여 앞서 살펴보았던 각 적층구조에 레이저를 조사하였을 때의 실험 결과에 대해 검토하기로 한다.Hereinafter, experimental results obtained by laser irradiation of the respective laminated structures, which have been described above with reference to FIGS. 5 to 7, will be examined.
먼저 도 5는 각 적층구조를 임의로 생성한 것으로 Case1은 1mm의 투과층(220)이 사용자 피부(500)에 접하고 0.1mm의 흡수층(210)을 공기층 쪽으로 적층한 것이며, Case2는 0.75mm의 제1투과층(250)이 사용자 피부(500)에 접하고 0.1mm의 흡수층(210)이 적층되며 마지막으로 0.25mm의 제2투과층(240)이 공기층 쪽으로 적층된 것이다. Case3은 제1투과층(250)과 제2투과층(240)의 두께가 0.5mm로 동일하며 상기 투과층 사이에 흡수층(210)이 적층된 것이고, Case4는 0.25mm의 제1투과층(250)이 사용자 피부(500)에 접하고 0.1mm의 흡수층(210)이 적층되며 0.75mm의 제2투과층(240)이 공기층 쪽으로 적층된 것, Case5는 0.1mm의 흡수층(210)이 사용자 피부(500)에 접하고 1mm의 투과층(220)이 공기층 쪽으로 적층된 것이다. 5 shows a case where each of the laminated structures is arbitrarily created. In
또한 본 실험에서는 사용자 피부(500)를 미는 듯한 느낌의 체성감각이 유도되는지 또는 잡아 당기는 듯한 느낌의 체성감각이 유도되는지, 그리고 얼마나 세게 밀거나 당기는지를 측정하기 위해 '앞중심점(410) 및 뒷중심점(420)'을 임의로 정의하여 해당 점들의 위치 변화, 소위 '변위'를 측정하기로 한다. In addition, in this experiment, in order to measure whether a sense of somatic feeling of pushing the user's
참고로 실험 환경에 대해 설명하면, 레이저 펄스의 조건은 아래와 같다.For reference, the conditions of the laser pulse are as follows.
또한 매질의 광학적 물리적 특성은 다음과 같다.The optical and physical properties of the medium are as follows.
도 6은 도 5와 같은 실험 환경에서 레이저를 조사하였을 때 각 Case 별로 측정된 변위량을 나타낸 것이다.FIG. 6 is a graph showing displacement amounts measured for each case when a laser is irradiated in the experimental environment as shown in FIG.
Case1의 경우 앞중심점(410)과 뒷중심점(420)의 변위는 0~1.5um의 범위에서 측정이 된 것을 시작으로 시간이 갈수록 그 진폭이 감소함을 확인할 수 있다. 시간에 따라 진폭이 감소하는 것은 레이저가 단발성으로 조사되기 때문에 흡수된 레이저의 에너지가 운동에너지 및 열에너지로 소진되기 때문이다. 한편, Case1의 실험 결과에서 주목할 점은 변위의 방향성이다. 그래프의 세로축에서 0을 기준으로 할 때 변위는 양의 방향(+)으로 측정이 되었는데, 이것의 의미는 앞중심점(410) 및 뒷중심점(420) 모두 공기층이 존재하는 방향, 즉 사용자의 피부(500)로부터 멀어지는 방향으로 위치 변경이 이루어졌다는 것을 의미한다. 즉, Case1에서는 사용자 피부(500)와 이격되어 있는 흡수층(210)이 에너지를 흡수하여 열팽창에 따른 변위를 발생시키는데 투과층 역시 이에 종속적으로 변위가 발생되면서 마치 사용자의 피부(500)를 잡아당기는 듯한 체성감각을 유도하게 되는 것이다. In
Case2는 앞중심점(410)과 뒷중심점(420)의 변위가 peak-to-peak로 약 0~0.75um의 범위에서 측정이 되었다. Case1과 비교할 때 매질의 앞중심점(410) 및 뒷중심의 변위가 상대적으로 작은 범위에서 진동함을 확인할 수 있는데 이는 투과층에서의 레이저 에너지 손실, 흡수한 에너지를 제1투과층(250) 및 제2투과층(240) 모두에 전달하여야 하는 흡수층(210)의 위치적 특성을 고려할 때 유추 가능한 정도의 결과로 판단된다. 한편, 변위의 방향성은 여전히 양의 방향(+)이며 따라서 흡수층(210)이 공기층에 가까울 수록 매질에 의해 유도되는 체성감각은 피부(500)를 잡아당기는 듯한 것임을 알 수 있다.In
Case3은 앞중심점(410)과 뒷중심점(420)의 변위가 약 -0.02~0.02um 범위에서 측정이 되었다. 이는 곧 매질 내에서의 변위가 거의 측정되지 않았음을 의미하는데, 이로 미루어 볼 때 흡수층(210)에 의해 흡수된 레이저 에너지는 양면으로 접해 있는 제1투과층(250) 및 제2투과층(240)에 균등하게 전달되며, 제1투과층(250) 및 제2투과층(240) 내에서의 팽창력이 서로 상쇄되어 변위가 거의 나타나지 않은 것으로 해석될 수 있다. In
Case4는 앞선 Case2와 반대 모양의 적층구조에 대한 것으로, 앞중심점(410) 및 뒷중심점(420)의 변위가 약 -0.75~0um로 측정되었다. Case2와 비교할 때 두 실험 결과는 변위의 절대적인 크기, 즉 변위량이 유사하지만 변위의 방향성은 반대임을 확인할 수 있다. 그래프의 세로축에서 0을 기준으로 할 때 변위가 음의 방향(-)에서 측정되었다는 것은 앞중심점(410) 및 뒷중심점(420)이 모두 사용자 피부(500)를 향한 방향으로 진동했다는 것을 의미한다. 즉, Case4에서는 사용자 피부(500)와 비교적 가까이 존재하는 흡수층(210)이 에너지를 흡수하여 열팽창에 의한 변위를 발생시키면 투과층 역시 이에 종속적으로 변위가 발생되어 마치 사용자의 피부(500)를 누르는 듯한 체성감각을 유도하게 되는 것이다.In
Case5는 앞선 Case1과 반대 모양의 적층구조에 대한 것으로, 앞중심점(410) 및 뒷중심점(420)의 변위가 약 -1.5~0um로 측정되었다. Case4에서 검토한 것과 마찬가지로 Case5 역시 동일한 이유에서 변위의 방향성이 음의 방향(-)인 것을 확인할 수 있다. In
도 7은 도 6의 실험 결과를 각각 앞중심점(410)에 대한 그래프, 뒷중심점(420)에 대한 그래프로 나누어 도시한 것이다. 그래프들을 살펴볼 때, 흡수층(210)의 적층위치가 공기층에서 사용자 피부(500)에 가까워질수록 변위의 방향성이 점차 양의 방향에서 음의 방향으로 변함을 알 수 있으며, 변위의 크기는 흡수층(210)이 매질의 중심에 가까울 수록, 다시 말해 흡수층(210)의 양면에 접해 있는 제1투과층(250) 및 제2투과층(240)의 두께가 비슷한 값을 가질수록 변위는 더 작은 폭에서 진동함을 확인할 수 있다. FIG. 7 shows the experimental results of FIG. 6 divided into graphs for the
즉, 위 실험 결과를 토대로 유추해 볼 때 본 발명에 따른 체성감각 유도 시스템은 매질을 구성할 때에 흡수층(210)과 투과층을 어떻게 적층시키는지에 따라 유도되는 체성감각의 세기, 방향성을 제어할 수 있다는 사실을 알 수 있다.In other words, based on the above experimental results, the somatic sensory guidance system according to the present invention can control the strength and direction of the somatic sensation induced by how the
여기에 더 나아가 레이저 조사장치를 제어하여 다양한 종류의 레이저 파라미터를 조절하는 경우 유도되는 체성감각의 세기 및 방향성은 더 세밀한 수준에서 제어가 가능함을 유추할 수 있다. Further, it can be inferred that the control of the intensity and direction of the somatic sensation induced by controlling the laser parameters of various kinds of laser irradiation apparatus can be controlled at a finer level.
이상 도면을 참조하여 본 발명에 따른 체성감각 유도 시스템 및 이에 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.The body sensory guidance system according to the present invention and the environment in which various tactile sensations can be induced by the system have been described with reference to the drawings. The embodiments of the present invention described above are disclosed for the purpose of illustration, and the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention.
100: 레이저 조사장치
200 : 매질
210: 흡수층
220: 투과층
240: 제2투과층
250: 제1투과층
410: 앞중심점
420: 뒷중심점
500: 사용자 피부100: laser irradiation device
200: medium
210: Absorbent layer
220: permeable layer
240: second transmission layer
250: first transmission layer
410: Front center point
420: rear center point
500: user skin
Claims (16)
일면은 사용자의 피부와 접하고 이면은 상기 레이저가 피조사되는 매질;
을 포함하되,
상기 매질은 레이저를 투과시키는 투과층; 및
레이저를 흡수하는 흡수층을 포함하고,
상기 흡수층이 레이저를 흡수하여 팽창하고, 상기 흡수층의 팽창력이 상기 투과층에 전달되어 상기 투과층이 종속적으로 팽창함에 따라, 사용자의 피부에 피부 바깥으로 당기는 듯한 체성감각 또는 피부 안쪽으로 미는 듯한 체성감각을 유도할 수 있는 것을 특징으로 하는 체성감각 유도 시스템.
A laser irradiation device for controlling a parameter of the laser beam and irradiating a laser on one surface of the medium;
Wherein the one surface is in contact with the skin of the user and the back surface is a medium in which the laser is irradiated;
≪ / RTI >
Wherein the medium comprises a transmissive layer for transmitting a laser; And
And an absorbing layer for absorbing the laser,
The absorbent layer absorbs and expands the laser, and the inflating force of the absorbent layer is transmitted to the permeable layer so that the permeable layer is expanded depending on the body, so that a body sensation that seems to be pulled out of the skin to the user's skin or a somatosensory Of the body sensory guidance system.
상기 매질은 사용자의 피부와 접하며,
상기 투과층 및 흡수층은 상기 사용자 피부와의 접촉면과 평행하게 적층된 것을 특징으로 하는 체성감각 유도 시스템.
The method according to claim 1,
The medium is in contact with the skin of the user,
Wherein the permeable layer and the absorbent layer are laminated in parallel with a contact surface with the user's skin.
흡수층의 일면은 상기 사용자 피부와 접하고, 흡수층의 이면은 투과층의 일면과 접하며,
투과층의 이면에는 레이저가 조사되는 것을 특징으로 하는 체성감각 유도 시스템.
3. The method of claim 2,
One surface of the absorbent layer is in contact with the user skin, the back surface of the absorbent layer is in contact with one surface of the permeable layer,
And a laser is irradiated on the back surface of the transmissive layer.
투과층의 일면은 상기 사용자 피부와 접하고, 투과층의 이면은 흡수층의 일면과 접하며,
흡수층의 이면에는 레이저가 조사되는 것을 특징으로 하는 체성감각 유도 시스템.
3. The method of claim 2,
One surface of the permeable layer is in contact with the user skin, the back surface of the permeable layer is in contact with one surface of the absorbent layer,
And the back surface of the absorbent layer is irradiated with a laser.
상기 매질은, 레이저를 투과시키는 제1투과층 및 제2투과층;
상기 제1투과층 및 제2투과층 사이에 형성되는 것으로서 레이저를 흡수하는 흡수층;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 체성감각 유도 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the medium comprises: a first transmissive layer and a second transmissive layer for transmitting a laser;
An absorbing layer formed between the first transmitting layer and the second transmitting layer and absorbing the laser;
Wherein the body sensory guidance system comprises:
제1투과층의 일면은 상기 사용자 피부와 접하고, 제1투과층의 이면은 흡수층의 일면과 접하며,
제2투과층의 일면은 상기 흡수층의 이면과 접하고, 제2투과층의 이면에는 레이저가 조사되는 것을 특징으로 하는 체성감각 유도 시스템.
6. The method of claim 5,
One surface of the first transparent layer is in contact with the user skin, the back surface of the first transparent layer is in contact with one surface of the absorbent layer,
Wherein one surface of the second transparent layer is in contact with the back surface of the absorbing layer and a laser is irradiated to the back surface of the second transparent layer.
제1투과층은 제2투과층에 비해 더 두꺼운 것을 특징으로 하는 체성감각 유도 시스템.
The method according to claim 6,
Wherein the first transmissive layer is thicker than the second transmissive layer.
제2투과층은 제1투과층에 비해 더 두꺼운 것을 특징으로 하는 체성감각 유도 시스템.
The method according to claim 6,
Wherein the second transmissive layer is thicker than the first transmissive layer.
피조사된 레이저를 투과시키는 제1투과층; 및
피조사된 레이저를 흡수하는 흡수층을 포함하며,
상기 흡수층은 레이저를 흡수하여 팽창하고, 상기 흡수층의 팽창력이 상기 제1투과층에 전달되어 상기 제1 투과층이 종속적으로 팽창함에 따라, 사용자의 피부에 피부 바깥으로 당기는 듯한 체성감각 또는 피부 안쪽으로 미는 듯한 체성감각을 유도할 수 있는 것을 특징으로 하는 매질.
One surface is in contact with the user's skin and a laser is irradiated on the back surface.
A first transmissive layer for transmitting a laser beam to be irradiated; And
And an absorption layer for absorbing the irradiated laser,
The absorbent layer absorbs and expands the laser, and when the inflating force of the absorbent layer is transmitted to the first permeable layer and the first permeable layer expands dependent, the absorbent layer is absorbed into the skin of the user, Characterized by being able to induce a feeling of numbing somatosensitivity.
상기 흡수층의 일면은 사용자 피부와 접하고, 흡수층의 이면은 제1투과층의 일면과 접하며,
상기 제1투과층의 이면에는 레이저가 조사되는 것을 특징으로 하는 매질.
14. The method of claim 13,
One surface of the absorbent layer is in contact with the user skin, the back surface of the absorbent layer is in contact with one surface of the first permeable layer,
And a laser is irradiated on a back surface of the first transparent layer.
상기 제1투과층의 일면은 사용자 피부와 접하고, 제1투과층의 이면은 흡수층의 일면과 접하며,
흡수층의 이면에는 레이저가 조사되는 것을 특징으로 하는 매질
15. The method of claim 14,
Wherein one surface of the first transparent layer is in contact with the user skin, a back surface of the first transparent layer is in contact with one surface of the absorbent layer,
Characterized in that a laser is irradiated on the back surface of the absorbing layer
일면이 상기 흡수층의 이면과 접하며, 이면에는 레이저가 조사되는 제2투과층;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 매질.
14. The method of claim 13,
A second transmissive layer on one side of which is in contact with the back surface of the absorbing layer, and a back side of which is irradiated with a laser;
≪ / RTI >
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020160118304A KR101833844B1 (en) | 2016-09-13 | 2016-09-13 | Somatosensory system using medium including absorption layer and transmission layer |
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Citations (1)
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---|---|---|---|---|
KR101382366B1 (en) * | 2013-08-02 | 2014-04-09 | 건국대학교 산학협력단 | Apparatus and method for providing mechanosensory cell with mechanical stimulus |
-
2016
- 2016-09-13 KR KR1020160118304A patent/KR101833844B1/en active IP Right Grant
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KR101382366B1 (en) * | 2013-08-02 | 2014-04-09 | 건국대학교 산학협력단 | Apparatus and method for providing mechanosensory cell with mechanical stimulus |
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