KR101867077B1 - 펄스 레이저를 이용한 체감유도형 시계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시계, 그 중에서도 사용자가 휴대할 수 있는 휴대용 시계에 관한 것으로서, 구체적으로는 사용자의 신체 일부에 레이저를 조사함으로써 사용자로 하여금 체성감각이 유도되게 하고, 위 유도된 체성감각을 통해 현재 시각정보를 제공하는 체감유도형 시계에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 온감, 압감 등과 같은 체성감각을 사용자 피부에 유도시킴으로써 시각정보를 제공할 수 있는 체감유도형 시계에 관한 것이다.

Description

펄스 레이저를 이용한 체감유도형 시계{TACTILE WATCH UTILIZING PULSE LASER}

본 발명은 시계, 그 중에서도 사용자가 휴대할 수 있는 휴대용 시계에 관한 것으로서, 구체적으로는 사용자의 신체 일부에 레이저를 조사함으로써 사용자로 하여금 체성감각이 유도되게 하고, 위 유도된 체성감각을 통해 현재 시각정보를 제공하는 체감유도형 시계에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 온감, 압감 등과 같은 체성감각을 사용자 피부에 유도시킴으로써 시각정보를 제공할 수 있는 체감유도형 시계에 관한 것이다.

시계란 시간을 재거나 시각을 나타내는 장치를 일컫는 것으로, 일반적으로 사용자는 시감각을 통해 시각정보를 파악한다.

그러나 적지 않은 경우에 있어 사용자는 시각정보를 눈으로 확인할 수 없는 상황,예를 들면 어두운 곳 또는 타인들과의 면담 장소에서 현재 시각을 확인할 필요가 있는 상황에 맞닥뜨릴 수 있는데, 이 경우 시각정보를 시감각이 아닌 체성감각으로 파악할 수 있다면 상황에 따라 시각정보를 쉽게 확인할 수 있는바, 이러한 기능을 제공할 수 있는 시계에 대한 필요성이 충분히 존재한다 할 것이다.

이 건 발명은 위와 같은 기술적 배경을 바탕으로 발명되었으며, 이상에서 살핀 기술적 요구를 충족시킴은 물론, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 발명할 수 없는 추가적인 기술요소들을 제공하기 위해 발명되었다.

한국공개특허공보 10-2014-0018021 (2014.02.12 공개)

본 발명은 체성감각을 통하여 사용자에게 시각정보를 제공할 수 있는 시계를 구현하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은, 시각정보 제공을 위해 레이저를 활용하되, 레이저 조사시 매질에 손상이 없는, 즉 사용자 피부에의 손상을 동반하지 않는 기전을 구현하는 것을 목적으로 한다. 특히, 조사되는 레이저의 서브주파수, 메인주파수, 세기 또는 직경 등을 조절하여 사용자 피부에 손상을 입히지 않는 범위에서 체성감각을 유도할 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은, 위와 같이 조사되는 레이저의 다양한 속성을 제어함으로써 여러 가지 방식으로 사용자에게 시각정보를 제공하는 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 포함될 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위한 수단으로 체감유도형 시계를 제공한다. 다만, 이러한 발명의 카테고리들은 단어 그 자체에 의해 한정되지 않으며, 이하에서 살펴볼 기술 사상을 포함하는 범위 내에서 다양하게 확장 해석될 수 있다.

본 발명에 따른 체감유도형 시계는 사용자 입력에 따라 현재 시각정보를 설정하고, 시각정보를 제공하는 시각정보 관리부; 체성감각 유도를 통해 상기 시각정보를 제공하기 위한 레이저를 출력하는 레이저 조사부; 상기 레이저를 출력시키기 위해 필요한 전력을 공급하는 전원공급부; 및 상기 시각정보 관리부, 레이저 조사부, 전원공급부를 제어하는 제어부;를 포함한다.

또한, 상기 체감유도형 시계는 상기 레이저 조사부에 의해 출력되는 레이저의 속성을 제어하는 속성 설정부;를 더 포함한다.

또한 상기 체감유도형 시계에 있어서, 상기 레이저는 펄스 레이저이고, 상기 설정부에 의해 제어 가능한 레이저 속성은 서브주파수, 메인주파수, 파워, 직경 또는 듀티비 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 체감유도형 시계에 있어서 상기 레이저 조사부는 복수 개인 것을 특징으로 한다.

이 때, 제어부는 상기 복수 개의 레이저 조사부를 선택적으로 활성화시켜 일련의 레이저 출력 패턴을 구현할 수 있다.

또한 이 때, 제어부는 상기 복수 개의 레이저 조사부를 기 설정된 시간 간격에 따라 활성화시켜 일련의 레이저 출력 패턴을 구현할 수도 있다.

또한 이 때, 상기 레이저 출력 패턴은 디지털 시각정보, 아날로그 시각정보 또는 점자 시각정보의 형태인 것을 특징으로 한다.

또한 이 때, 상기 레이저 출력 패턴은, 시/분/초 별로 상이하게 설정된 레이저 조사시간에 따라 구현되는 것을 특징으로 할 수도 있다.

다른 한편, 본 발명의 또 다른 측면에 따른 체감유도형 시계의 시각정보 제공 방법은 (a) 현재 시각정보를 획득하는 단계; (b) 상기 시각정보와 대응되는 레이저 출력 패턴을 설정하는 단계; (b) 설정된 레이저 출력 패턴에 따라 레이저를 출력하는 단계;를 포함한다.

또한, 상기 체감유도형 시계의 시각정보 제공 방법은 레이저 속성을 설정하는 단계;를 더 포함하되, 상기 레이저는 펄스 레이저로 구현할 수도 있다.

또한 이 때, 상기 레이저 속성은 서브주파수, 메인주파수, 파워, 직경 또는 듀티비 중 적어도 어느 하나를 포함한다.

본 발명에 따르면 사용자가 시각 이외에 촉각을 이용하여 시각정보를 인지할 수 있게 하는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따르면 사용자로 하여금 피부 손상 없이 체성감각이 유도되고, 이를 통해 시각정보를 인지할 수 있게 하는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따르면, 레이저의 다양한 속성, 즉 펄스 레이저 자체의 주파수(서브주파수) 및 세기, 엔벨롭의 주파수(메인주파수) 및 메인주기 대비 엔벨롭 폭의 비율(엔벨롭 듀티 비율), 레이저 자체의 직경 등 레이저 조사시 조절이 가능한 속성들 및 이들의 조합을 제안함으로써 사용자에게 피부 손상 없이 체성감각을 유발시킬 수 있는 다양한 방법론을 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따르면, 사용자 피부에 손상이 가지 않는 각 속성 또는 속성의 조합별 수치범위를 제공하는 효과가 있다.

도 1은 사용자가 본 발명에 따른 체감유도형 시계를 착용한 모습 및 상기 시계가 레이저 조사를 통해 시각정보를 제공하는 모습을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 체감유도형 시계의 세부구성을 블록도로 나타낸 것이다.
도 3은 조사되는 레이저의 각 속성을 이해하기 위한 레퍼런스를 나타낸 것이다.
도 4는 레이저 속성 중 사용에 적합한 범위의 서브주파수 및 레이저 세기 범위에 대한 실험결과를 나타낸 것이다.
도 5는 레이저 속성 중 사용에 적합한 범위의 메인주파수 및 듀티비에 대한 실험결과를 나타낸 것이다.
도 6은 레이저 속성 중 사용에 적합한 범위의 레이저 직경, 서브주파수 및 레이저 세기의 범위에 대한 실험결과를 나타낸 것이다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 체감유도형 시계가 시각정보를 제공하는 다양한 방식을 예시적으로 나타낸 것이다.

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.

먼저 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 체감유도형 시계의 개략적인 동작원리에 대해 살펴보기로 한다.

도 1에 의하면, 체감유도형 시계는 본질적으로 시각정보 또는 시간정보를 제공하는 시계, 그 중에서도 사용자의 신체 일부에 밀착될 수 있도록 착용이 가능한 휴대용 시계이다.

다만, 일반적으로 시계란, 사용자가 눈으로 아날로그 또는 디지털의 표시창(160)을 확인함으로써 시각정보 또는 시간정보를 확인할 수 있는 장치를 의미하는데, 본 발명에 따른 체감유도형 시계는 레이저 조사부(120)를 통해 사용자의 신체 일부(500)에 레이저를 조사하여 그 신체 일부(500) 조직에 체성감각, 예를 들어 온감, 압감 등을 유도시킴으로써 시각정보 또는 시간정보를 알 수 있게 하는 것을 핵심적인 특징으로 한다.

한편 이 때, 본 발명에서 언급하는 레이저란 방사의 유도 방출에 의한 광증폭(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)을 이용하여 발생된 빛을 의미한다.

이러한 레이저는 방향, 위상, 파장이 고른 인공의 빛으로서 방출되는데, 레이저는위와 같은 속성을 제어할 수 있음에 기인하여 통신, 의료, 나노기술, 정밀 공작 기계 영역 등 다양한 산업 분야에서 많이 활용되고 있다.

다른 한편, 레이저는 크게 매질에의 손상을 동반하는 기전과 매질에의 손상을 동반하지 않는 기전 등 두 가지 기전으로 구현될 수 있다.

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.

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.

본 발명은 사용자의 피부(500) 조직에 레이저를 조사함으로써 체성감각을 유도시키는 것 인만큼 위와 같이 생체 손상이 없도록 각종 속성을 제어하여 레이저를 조사하는 것에 중점을 두고 있다.

더 구체적으로 본 발명에 따른 체감유도형 시계는 서브주파수와 세기를 조절하여 사용자 피부(500)에 손상 없이 체성감각을 유도할 수 있는 범위, 서브주파수가 특정 값으로 설정되어 있을 때 메인주파수 및 듀티비를 조절하여 사용자 피부(500)에 손상 없이 체성감각을 유도할 수 있는 범위, 레이저의 직경, 세기 및 서브주파수를 조절하여 사용자 피부(500)에 손상 없이 체성감각을 유도할 수 있는 범위를 제공하고, 체감유도형 시계로 하여금 레이저의 각 속성을 위 범위 내에서 제어함으로써 결과적으로 사용자로 하여금 안전한 한도 내에서 시각정보 또는 시간정보를 확인할 수 있게 하는 것을 목적으로 한다.

한편, 도 1과 같이 체감유도형 시계에 의해 사용자가 체감을 느끼게 되는 과정을 보다 구체적으로 살펴보면, 레이저 조사부(120)에서 조사되는 레이저는 기본적으로 에너지 소스의 역할을 하고, 사용자의 피부(500) 조직 내로 전달되어 열에너지로 변환되며, 이와 같이 변환된 열에너지는 사용자의 피부(500) 조직 내 온도를 상승시켜 주변 조직으로 열을 전달하는 과정을 거쳐 사용자가 체성감각을 느낄 수 있게 한다. 더 구체적으로는, 매우 짧은 펄스폭을 가지는 레이저가 매질, 즉 사용자의 피부(500) 조직에 조사되는 경우 순간적인 레이저 흡수에 의해 매질이 국소적으로 가열이 되고 이러한 순간적인 가열에 의해 매질의 국소부가 열팽창을 하게 되는데, 매질의 열팽창은 다시 주변으로 압력을 전달, 즉 압력이 스트레스파의 형태로 탄성을 가지는 매질 내부로 전달되어 피부(500) 조직 내 촉감세포를 자극한다. 즉, 본 발명에 따른 체감유도형 시계는 레이저를 조사함으로써 온도를 증가시키고, 이에 따라 발생하는 일련의 열팽창, 압력증가, 스트레스파 생성 및 전달 과정을 통해 사용자로 하여금 촉감을 느낄 수 있도록 한다.

이하에서는 도 2를 참조하여 체감유도형 시계의 세부구성에 대해 자세하게 살펴보기로 한다.

도 2를 참조할 때, 본 발명에 따른 체감유도형 시계는, 시각정보 관리부(110), 레이저조사부, 전원공급부(130) 및 제어부(150)를 포함한다. 도 2에는 도시되어 있지 않으나, 위 기능부들은 시계의 몸체에 해당하는 하우징(1000)에 구비된다.

시각정보 관리부(110)는 기본적으로 타 기능부에 시각정보를 제공하는 기능을 하며, 경우에 따라 외부로부터 사용자 입력을 받아 현재 시각정보를 설정하는 기능도 수행할 수 있다. 즉, 시각정보 관리부(110)는 실시간으로 현재 시각정보를 갱신하되, 시계의 타 기능부에서 시각정보를 필요로 하는 경우 해당 정보를 제공한다.

한편, 본 시각정보 관리부(110)는 반드시 현재 시각정보만을 관리하는 것은 아니며, 모드설정에 따라 얼마만큼의 시간이 경과했는지에 대한, 즉 시간정보도 제공 가능하다. 예를 들어, 상기 체감유도형 시계는 하우징(1000)에 구비된 특정 버튼을 사용자가 누를 때마다 시각정보 제공모드, 시간정보 제공모드로 스위칭 되도록 구현할 수 있다. 시간정보 제공모드는 가령, 초시계와 같은 시간 측정모드와 같이 구현될 수 있으며, 사용자는 시작/종료 버튼을 눌러 일정 시간의 경과량을 측정할 수 있다.

한편, 레이저 조사부(120)는 체성감각 유도를 통해 상기 시각정보 또는 시간정보를 제공하기 위한 레이저를 출력한다.

즉, 레이저 조사부(120)는 사용자의 피부(500) 조직을 향해 직접 레이저를 출력하는 구성으로서, 하나 또는 복수 개가 하우징(1000)의 표면에 구비된다. 후술하겠지만 레이저 조사부(120)는 시각정보 또는 시간정보를 사용자의 신체 조직(500)에 어떤 방식으로 제공할 것인지, 즉 디지털 숫자의 형태인지, 아날로그 형태인지, 점자 형태인지 등에 따라 시계의 하우징(1000) 표면에 구비되는 모습이 달라질 수 있다.

예를 들어, 디지털 숫자의 형태에 따라 레이저를 조사하고자 하는 경우에는 복수 개의 레이저 조사부(120)를 직사각형이 되도록 하우징(1000) 표면에 구비시켜 레이저가 각 숫자형태로 출력되도록 할 수 있으며, 아날로그 시계의 형태에 따라 레이저를 조사하고자 하는 경우에는 복수 개의 레이저 조사부(120)를 원형태로 하우징(1000) 표면에 구비시켜 레이저가 시침, 분침, 초침의 형태로 출력되도록 할 수도 있다.

다음으로, 전원공급부(130)는 상기 레이저 조사부(120)가 레이저를 출력하는 데에 있어 필요로 하는 전력을 공급하는 역할을 한다. 즉, 본 전원공급부(130)는 레이저를 생성하는 데에 필요한 전력 에너지를 공급하는 것으로서, 본 발명이 휴대형 시계에 관한 것인 이상 일반적으로 상기 전원공급부(130)는 전지를 소스로서 포함하여 레이저 출력시 필요한 전력을 공급하는 기능부라 할 것이다.

또한, 본 발명에 따른 체감유도형 시계는 레이저의 속성을 조절 내지 제어하는 속성 설정부(140)를 더 포함한다.

구체적으로, 본 속성 설정부(140)는 사용자의 신체 일부(500)에 레이저가 조사될 때에 상기레이저가 사용자 피부(500) 조직에 체성감각을 유도시킬 수 있는 범위 내에서 레이저의 속성을 조절하는 구성이다. 앞서도 언급하였지만, 레이저는 서브주파수, 메인주파수, 파워, 직경 또는 듀티비와 같은 조절 가능한 속성을 가지며, 본 속성 설정부(140)는 위와 같은 속성들의 각 값을 조절하는 기능을 한다.

속성 설정부(140)가 어떠한 방식으로 각 레이저 속성을 제어하는지를 살펴보기에 앞서, 먼저 레이저의 각 속성의 정의를 살펴보기로 한다.

도 3은 레이저의 작동주기 및 레이저의 세기를 나타내는 도면으로, 도 3에는 서브주기, 메인주기, 펄스폭, 엔벨롭폭, 레이저의 파워 등이 표시되어 있다.

먼저 서브주기란, 조사되는 레이저 펄스의 상승 및 하강이 1회 이루어지는 구간, 즉 주기를 말하는 것으로 도 3에서는 t1으로 표시되어 있다. 따라서 서브주기는 레이저 펄스가 하이(high)상태인 구간, 로우(low)상태인 구간을 포함하며, 이 중에서도 상승상태인 구간은 별도로 t2로 표시하고, 펄스폭이라 칭하기로 한다.

한편 메인주기란, 조사되는 레이저 엔벨롭의 형성 및 소멸이 1회 이루어지는 구간, 즉 주기를 말하는 것으로 도 3에서는 T1으로 표시되어 있다. 이 때 엔벨롭이란, 짧은 주기의 레이저 펄스가 다수 개 연속으로 발생하여 형성한 그룹, 즉 일련의 레이저 펄스 그룹을 일컫는 것으로, 도 3에서 보는 것과 같이 다수 개의 레이저 펄스가 매우 짧은 주기로 연속적으로 존재하는 경우, 거시적으로는 마치 하나의 상승(high)구간처럼 보이게 되는데, 이렇게 레이저 펄스가 그룹을 이루어 형성한 것을 엔벨롭이라 칭하기로 한다.

결국 메인주기는 엔벨롭이 하이(high)상태인 구간, 로우(low)상태인 구간을 포함하며, 이 중에서도 특히 상승상태인 구간은 별도로 T2로 표시하고, 엔벨롭폭이라 칭하기로 한다.

한편, 레이저의 파워란 조사되는 레이저가 내포하는 에너지의 크기를 의미하는 것으로, 레이저 파워는 공급되는 전력의 크기를 통해 조절이 가능하다.

이상 각 레이저 속성별 정의를 참조하여 속성 설정부(140)의 기능을 더 구체적으로 알아보면 다음과 같다.

첫 번째로, 속성 설정부(140)는 체감유도형 시계에서 생성되는 펄스 레이저의 주파수를 제어한다.

서브주파수란 앞서 도 3에서 설명한 서브주기의 역수에 해당하는 값으로서, 단위 시간당 레이저 펄스의 싸이클이 몇 회인지를 가리키는 지표를 의미한다. 본 발명에서의 속성 설정부(140)는 1kHz 내지 100kHz의 범위에서 서브주파수를 제어하도록 구현하는 것이 바람직하다.

또한, 속성 설정부(140)는 레이저 펄스의 폭도 조절할 수 있으며, 바람직하게는 레이저 펄스의 폭을 1㎲ 내지 1000㎲까지 조절 가능하도록 구현할 수 있다.

두 번째로, 본 속성 설정부(140)는 레이저의 파워를 제어한다. 레이저의 파워란 레이저가 포함하는 에너지의 크기와 비례하는 것으로서, 일반적으로 레이저의 파워는 레이저 발생에 필요한 전력의 크기에 따라 결정된다. 즉, 속성 설정부(140)는 레이저 조사부(120)가 실제 레이저를 출력함에 있어서 전원공급부(130)로부터 전력을 수급할 때에, 상기 전력의 크기를 제어함으로써 조사되는 레이저의 파워를 제어하게 된다.

한편, 본 발명에서의 바람직한 실시예에 따를 때, 속성 설정부(140)는 레이저의 세기를 1W 내지 1000W의 범위 내에서 제어할 수 있도록 구현한다.

세 번째로, 본 속성 설정부(140)는 앞서 도 3에서 정의한 엔벨롭의 주파수, 즉 메인주파수를 제어한다.

메인주파수란 앞서 도 3에서 설명한 메인주기의 역수에 해당하는 값으로서, 단위 시간당 엔벨롭의 싸이클이 몇 회 반복되는지를 가리키는 지표이다. 본 발명에서의 속성 설정부(140)는 0.1Hz 내지 1000Hz의 범위에서 메인주파수를 제어하도록 구현하는 것이 바람직하다.

네 번째로, 본 속성 설정부(140)는 조사되는 레이저의 직경을 제어한다.

조사되는 레이저의 직경은 사용자의 피부(500)조직에 전달되는 에너지 밀도와 관련된 것으로서, 일반적으로는 레이저 직경이 증가할수록 에너지 밀도가 감소한다.

본 발명에서의 직경 컨트롤부는, 바람직하게는 0.01mm 내지 10.0mm의 범위 내에서 설정이 가능하도록 구현한다.

이하에서는 도 4 내지 도 6을 참조하여, 상기 속성 설정부(140)에 따라 제어될 수 있는 레이저 속성들에 따라 사용자에게 체성감각이 유도되는지 여부를 확인한 실험예들을 살펴보기로 한다.

도 4는 레이저의 속성 중 서브주파수와 레이저의 파워 제어를 통해 사용자의 체성감각을 유도한 결과를 나타낸 것이다.

참고로, 도 4 실시예는 전체 실험에 참가한 자들 중 50% 이상의 피험자가 체성감각(온감, 촉감)을 느꼈다고 응답한 구간에 음영 표시를 한 것으로서, 도 4(a)는 체성감각이 존재했었는지 여부에 대한 응답, 도 4(b)는 유도되는 체성감각의 강도가 너무 세어 통증으로까지 느껴지는지 여부에 대한 응답, 도 4(c)는 체성감각을 단순촉감, 온감, 통증의 구체화 된 단계로 나누어 조사한 것에 대한 응답을 표시한 것이다.

우선 도 4(a)는, 조사된 레이저가 서브주파수가 1kHz, 2kHz, 3kHz, 3.5kHz, 4kHz, 4.5kHz로 제어될 때, 레이저의 파워가 20.16W 내지 35.03W의 범위에서 사용자가 체성감각을 느끼는지 여부를 확인하는 방식으로 이루어진 실험예의 결과를 표로 나타낸 것이다.

이에 따르면, 레이저의 세기가 23.2W 이상인 범위에서부터 사용자는 체성감각을 느끼기 시작하는 것으로 확인되었으며, 이 때의 서브주파수는 4.5kHz로 다소 높은 값의 주파수에서 체성감각이 유발됨을 알 수 있다.

한편, 레이저의 세기가 23.2W 이상인 범위에서, 사용자는 서브주파수가 3kHz일 때부터 체성감각을 느끼기 시작하였다.

도 4(a)의 응답 경향성을 살펴볼 때에, 조사되는 레이저의 세기가 특정 수치 이상이고, 레이저 펄스의 주파수, 즉 서브주파수가 특정 값 이상인 경우 사용자들은 자신의 피부(500)에 체성감각이 유도되었다고 느낀다는 사실을 확인할 수 있다. 또한, 이 때 레이저의 세기 또는 서브주파수의 크기는 그 값이 커질수록 사용자에게 더 뚜렷한 체성감각을 제공한다는 경향성을 알 수 있다.

한편, 도 4(b)는 도 4(a)의 응답결과에서 더 나아가, 피험자들이 체성감각을 느꼈을 때에 그 체성감각의 강도가 얼마나 강했는지를 정리한 것으로, 체성감각이 단순히 무언가 감각이 존재한다는 것을 느낄 수 있는 정도의 촉감인지, 아니면 그 강도가 다소 세어 통증이 느껴지는 정도였는지를 정리한 표이다.

도 4(b)에 따르면, 레이저의 세기가 23.2W 내지 29.39W의 범위일 때, 그리고 서브주파수의 크기가 3kHz 내지 4.5kHz의 범위일 때 사용자들은 단순 촉감이 있었다고 인지하였으며, 레이저의 세기가 30.55W 이상이고 서브주파수의 크기가 4kHz 이상인 경우부터는 경우에 따라 단순 촉감으로 느낀 피험자도 있었으나 대체적으로 촉감의 강도가 다소 강한 나머지 통증으로 느낀다는 피험자가 다수를 이루었다.

한편, 도 4(c)는 피험자들이 느낀 체성감각을 더 세분화하여, 레이저에 의해 느낀 체성감각이 촉감이었는지, 온감이었는지 또는 통증이었는지를 정리한 표이다.

이에 따르면, 레이저의 세기 및 서브주파수가 어떤 범위에 있을 때 각 사용자들에게 촉감, 온감, 통증을 유발하는지 정확한 경계를 알 수 없으나, 레이저의 세기가 29.39W이상이면서 서브주파수의 크기가 3.5kHz이상인 경우 피험자들은 온감을 넘어 촉감, 즉 기계적인 압감을 느끼기 시작하였으며, 또한 레이저의 세기가 30.55W 이상인 경우에는 서브주파수의 크기가 3kHz로서 다소 수치가 작은 경우에도 압감을 제공함을 확인할 수 있다.

이상 도 4(a) 내지 도 4(c)를 통해서는, 조사되는 레이저의 두 가지 속성, 즉 레이저의 세기 및 서브주파수를 제어함으로써 사용자들로 하여금 다양한 체성감각을 유도케 할 수 있음을 알 수 있으며, 또한 어느 범위의 레이저 세기, 서브주파수 크기에서 온감, 촉감, 통증이 대체적으로 유도되는지를 확인할 수 있다.

도 5는 레이저의 속성 중 메인주파수와 레이저의 메인주기 대비 엔벨롭 폭의 비율(이하 듀티비(duty ratio)) 제어를 통해 사용자의 체성감각을 유도한 결과를 나타낸 것이다.

참고로, 도 5 실시예 역시 도 4와 마찬가지로 전체 실험에 참가한 자들 중 50% 이상의 피험자가 체성감각을 느꼈다고 응답한 구간에 음영 표시를 한 것을 단계에 따라 정리한 것이다.

도 5(a)에 따르면 메인주파수 및 듀티비가 어떤 값으로 설정되었을 때 피험자들이 체성감각을 느꼈는지 여부를 나타내고 있는데, 특히 피험자들은 메인주파수가 0.5Hz일 때, 그리고 동시에 듀티비가 25%, 50%, 75%인 모든 경우에 있어서 체성감각을 느낀 것으로 응답하였다.

다른 한편, 조사되는 레이저의 듀티비가 75%, 즉 엔벨롭의 폭이 주기 내에서 차지하는 비율이 일정 비율 이상인 경우에는 레이저의 메인주파수가 0.5Hz 내지 1kHz 중 어느 값으로 설정되더라도 대부분의 피험자들이 체성감각을 느낀 것으로 응답하였다.

한편 도 5(a)의 특이사항으로, 메인주파수의 크기가 5Hz 내지 500Hz인 범위, 그리고 듀티비가 25% 내지 50%인 범위에서는 체성감각이 유도되지 못하고 있음을 확인할 수 있었다.

도 5(b)는 앞서 도 5(a)의 응답결과에서 더 나아가 피험자들이 체성감각을 느꼈을 때에 그 체성감각이 온감이었는지, 기계적인 압감이었는지 또는 통징이었는지를 정리한 것이다.

이에 따르면, 레이저의 메인주파수가 0.5Hz일 때, 그리고 듀티비가 25% 내지 75%일 때 피험자들은 대부분 레이저가 조사된 부위에 온감이 느껴졌다고 응답하였다. 또한 레이저의 듀티비가 75%일 때에는 메인주파수가 0.5Hz 내지 500Hz인 범위에서 피험자들이 온감을 느꼈다고 응답하였다.

한편, 레이저의 메인주파수가 1kHz로 설정된 경우, 듀티비가 50% 내지 75%인 범위에서는 사용자가 온감을 넘어 기계적인 압감을 느낀 것으로 조사되었다.

이상 도 5(a) 내지 도 5(b)를 통해서는, 레이저의 메인주파수 및 듀티비를 제어함으로써 사용자들로 하여금 다양한 체성감각을 유도케 할 수 있으며, 특히 전체 메인주기에서 레이저 펄스가 차지하는 비율이 높아질 수록, 즉 듀티비가 증가할수록 사용자는 더 높은 확률로 촉감을 느낄 수 있음을 알 수 있다. 또한, 더 구체적으로는 어느 범위의 메인주파수, 듀티비에서 사용자에게 온감, 촉감이 유도되는지를 확인하였다.

도 6은 앞서 살펴 본 도 4의 실험예에서 더 나아가 레이저의 직경이라는 변수를 더 고려한 실험결과를 정리한 것이다. 즉, 도 6은 도 4와 마찬가지로 서브주파수와 레이저의 세기를 제어하여 피험자들이 체성감각을 느꼈는지를 조사하되, 세 가지 다른 값의 레이저의 직경에 따라 각각 실시함으로써, 레이저의 직경에 따라 피험자들에게 유도되는 체성감각이 어떻게 달라지는지를 알아본 결과이다.

도 6(a)는 조사되는 레이저의 직경이 0.46mm일 때, 도 6(b)는 1.86mm일 때, 도 6(c)는 6.8mm일 때의 실험 결과를 나타낸 것이다.

도 6(a) 내지 도 6(c)의 실험결과를 살펴보면, 조사되는 레이저의 직경이 증가할 수록 (레이저 직경을 제외한) 여타의 조건이 같은 상태에서의 피험자들은, 대체로 더 낮은 비율로 온감 또는 기계적 압감을 느꼈다고 응답하였다.

또한, 유도되는 체성감각의 강도와 관련하여서도, 레이저 직경이 증가할수록 피험자들은 유도되는 감각의 강도가 낮아진 것으로 인지하였다.

이상 도 6(a) 내지 도 6(c)를 통해서는, 조사되는 레이저의 직경을 제어함으로써 사용자들로 하여금 다양한 강도의 체성감각을 유도케 할 수 있음을 알 수 있다. 즉, 레이저에 의해 사용자의 피부(500)조직으로 전달되는 에너지 밀도가 증가할 수록 사용자는 더 높은 확률로 촉감을 느낄 수 있게 됨을 확인할 수 있다.

한편, 다시 도 2에 대한 설명으로 돌아오면, 체감유도형 시계는 제어부(150)를 더 포함한다. 이 때 제어부(150)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.

이하에서는 도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 체감유도형 시계가 사용자에게 시각정보를 제공하는 방식에 대해 살펴보기로 한다.

도 7은 체감유도형 시계가 사용자에게 시각정보를 제공하는 일 예시를 나타낸 것이다.

도 7(a)는 체감유도형 시계의 하우징(1000) 표면에 레이저 조사부(120)를 구비시키되, 디지털 시각정보를 표현할 수 있도록 복수개의 레이저 조사부(120)를 구비시킨 것이다. 도 7(a)와 같은 체감유도형 시계의 경우, 제어부(150)는 시각정보 관리부(110)로부터 제공받은 시각정보를 기초로 복수개의 레이저 조사부(120)를 제어하여 해당 시각정보와 대응되는 숫자 형태로 레이저를 출력시킨다.

한편, 도 7(b)는 체감유도형 시계의 하우징(1000) 표면에 레이저 조사부(120)를 구비시키되, 점자로 시각정보를 표현할 수 있도록 복수개의 레이저 조사부(120)를 구비시킨 것이다. 도 7(a)와 마찬가지로, 도 7(b) 역시 제어부(150)가 시각정보 관리부(110)로부터 제공받은 시각정보를 기초로 복수개의 레이저 조사부(120)를 제어하여 해당 시각정보와 대응되는 점자 형태의 레이저를 출력시킨다.

다른 한편, 본 발명에 따른 체감유도형 시계는 반드시 복수개의 레이저 조사부(120)를 갖추지 않더라도, 즉 하나의 레이저 조사부(120)만 갖추고 있더라도 사용자에게 시각정보를 제공할 수 있다.

도 8은 이에 대한 예시를 나타낸 것으로, 도 8에 따르면 체감유도형 시계는 시각정보를 레이저 출력 시간의 차이를 이용하여 사용자에게 제공할 수 있다.

도 8은 2시 32분이라는 시각정보를 하나의 레이저 조사부(120)를 통해 구현한 것으로, 이에 따르면 시각정보 중 시간을 나타낼 때, 10분 단위의 분 정보를 나타낼 때, 1분 단위의 분 정보를 나타낼 때의 레이저 출력시간을 달리 설정함으로써 눈으로 시각을 확인할 수 없는 사용자에게 효과적으로 시각정보를 제공할 수 있다.

예를 들어, 시간을 나타낼 때에는 1시간마다 3초 동안, 10분 단위를 나타낼 때에는 10분 마다 1초 동안, 1분 단위의 분 정보를 나타낼 때에는 1분당 0.5초 동안 레이저를 출력함으로써 사용자가 시각 정보를 인지할 수 있도록 구현할 수 있다.

나아가 본 발명에 따른 체감유도형 시계는, 레이저 출력시간 이외에도 기타 다른 속성들을 달리 설정함으로써 시각정보를 제공할 수 있게도 구현할 수 있다.

이상 도면을 참조하여 본 발명에 따른 체감유도형 시계 및 체감유도형 시계에 의해 조사되는 레이저의 조절 가능한 다양한 속성들에 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.

1000: 하우징
110: 시각정보 관리부
120: 레이저 조사부
130: 전원공급부
140: 속성 설정부
150: 제어부
160: 표시부

Claims (11)

1. 사용자 입력에 따라 현재 시각정보를 설정하고, 시각정보를 제공하는 시각정보 관리부;
   체성감각 유도를 통해 상기 시각정보에 대응되는 체성감각을 제공하기 위한 레이저를 출력하는 레이저 조사부;
   상기 레이저를 출력시키기 위해 필요한 전력을 공급하는 전원공급부; 및
   상기 시각정보 관리부, 레이저 조사부, 전원공급부를 제어하는 제어부;
   를 포함하는 체감유도형 시계에 있어서,
   상기 체감유도형 시계는,
   상기 레이저 조사부에 의해 출력되는 레이저의 속성을 제어하는 속성 설정부;
   를 더 포함하며,
   상기 레이저의 속성은 레이저의 세기 및 서브주파수를 포함하고,
   상기 속성 설정부는,
   상기 레이저의 세기가 23.2W이상 29.39W이하, 서브주파수가 3kHz 이상 4.5kHz 이하가 되도록 상기 레이저의 속성을 제어하여 상기 사용자로 하여금 체성감각을 제공하는,
   체감유도형 시계.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 레이저는 펄스 레이저이고,
   상기 속성 설정부에 의해 제어 가능한 레이저 속성은,
   메인주파수, 직경 또는 듀티비 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 체감유도형 시계.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 레이저 조사부는 복수 개인 것을 특징으로 하는 체감유도형 시계.
   
5. 제4항에 있어서,
   제어부는, 상기 복수 개의 레이저 조사부를 선택적으로 활성화시켜 일련의 레이저 출력 패턴을 구현하는 것을 특징으로 하는 체감유도형 시계.
   
6. 제4항에 있어서,
   제어부는, 상기 복수 개의 레이저 조사부를 기 설정된 시간 간격에 따라 활성화시켜 일련의 레이저 출력 패턴을 구현하는 것을 특징으로 하는 체감유도형 시계.
   
7. 제5항에 있어서,
   상기 레이저 출력 패턴은 디지털 시각정보, 아날로그 시각정보 또는 점자 시각정보의 형태인 것을 특징으로 하는 체감유도형 시계.
   
8. 제6항에 있어서,
   상기 레이저 출력 패턴은, 시/분/초 별로 상이하게 설정된 레이저 조사시간에 따라 구현되는 것을 특징으로 하는 체감유도형 시계.
   
9. 체감유도형 시계가 시각정보를 제공하는 방법에 있어서,
   (a) 현재 시각정보를 획득하는 단계;
   (b) 상기 시각정보에 대응되는 체성감각을 유도하도록 레이저 출력 패턴을 설정하는 단계;
   (c) 상기 설정된 레이저 출력 패턴에 따라 레이저를 출력하는 단계;
   를 포함하는 체감유도형 시계의 시각정보 제공 방법에 있어서,
   상기 체감유도형 시계의 시각정보 제공 방법은,
   (d) 상기 레이저의 속성을 설정하는 단계;
   를 더 포함하며,
   상기 레이저의 속성은 레이저의 세기 및 서브주파수를 포함하고,
   상기 (d) 단계는,
   사용자로 하여금 체성감각을 제공하기 위해 상기 레이저의 세기가 23.2W이상 29.39W이하, 서브주파수가 3kHz 이상 4.5kHz 이하가 되도록 상기 레이저의 속성을 제어하는 단계인,
   체감유도형 시계의 시각정보 제공 방법.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 레이저는 펄스 레이저인 것을 특징으로 하는 체감유도형 시계의 시각정보 제공 방법.
    
11. 제9항에 있어서,
    상기 레이저 속성은 메인주파수, 직경 또는 듀티비 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 체감유도형 시계의 시각정보 제공 방법.
    

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