KR102181931B1 - 스트로보 효과 교육용 전시장치 - Google Patents

Abstract

스트로보 교육용 전시장치가 제공된다. 전시장치는, 챔버부, 챔버부 상단에 배치되며 노즐과 진동자를 포함하여 노즐을 통해 유체에 진동을 가하여 낙하시키는 유체드롭모듈, 챔버부 하단에 배치되어 낙하된 유체를 수집하는 유체수집용베슬, 유체수집용베슬과 유체드롭모듈 사이에서 유체를 순환시키는 순환배관, 챔버부 내 배치되어 진동자와 같거나 다른 진동수로 점멸하며 광원에 의한 스트로보 효과를 발생시키는 섬광원을 포함하는 제1스트로보 효과 발생부, 및 챔버부 내 배치되되 진동자와 같거나 다른 진동수로 셔터가 개폐되며 영상을 촬영하여 스트로보 효과와 대응되는 유체의 스트로보스코픽 이미지를 생성하는 카메라를 포함하는 제2스트로보 효과 발생부를 포함한다.

Description

스트로보 효과 교육용 전시장치{Exhibiting apparatus for educating stroboscopic effect}

본 발명은 스트로보 효과를 교육하기 위한 목적으로 사용할 수 있는 스트로보 효과 교육용 전시장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 스트로보 효과를 시각적으로 보다 명확하고 효과적으로 체험하도록 하여 관련 교육효과를 높일 수 있는 스트로보 효과 교육용 전시장치에 관한 것이다.

스트로보스코프는 움직이는 피사체를 단속적으로 보여주도록 만들어진 기구로서 다양한 형태가 알려져 있다. 스트로보스코프의 주기를 조정하면 주기적으로 움직이는 물체가 위치를 점진적으로 바꾸거나 정지해 있는 것처럼 보이도록 할 수 있으며 이는 잔상에 의한 스트로보 효과의 한 예이다. 기술적으로 이러한 스트로보 효과는 반복적으로 움직이는 물체의 진동수나 주기를 측정하는 등 다양한 분야에서 활용되고 있다.

이러한 스트로보 효과는 학생들의 교육 목적으로도 활용가치가 높다. 복잡한 실험기구에 싫증을 느끼는 학생들도 스트로보스코프로 만드는 시각적 효과에 호기심을 느낄 수 있으며 이를 이용하여 과학 교육에 좀더 적극적으로 참여시킬 수 있다. 이에 따라 종전에도, 구멍이 뚫린 회전판과 같은 단순한 구조로 스트로보 효과를 교육하도록 만들어진 학습기구 등이 개발된 예가 있었다(대한민국 등록실용신안 제20-0416841호 등).

그러나 종전의 학습용 기구는 회전판의 슬릿을 통해 피사체를 들여다보는 형태에 불과하여 회전판의 조작여부에 따라 효과가 잘 나타나지 않는 등 교육효과가 떨어지는 문제가 있었고, 조작하는 동안에도 흥미를 잃기 쉬웠다. 아울러, 다양한 자극에 익숙해진 요즘 학생들에게 종래의 학습기구로는 흥미를 유발하기 어렵고 보다 명확하고 효과적인 과학적 체험을 제공하기도 곤란한 문제가 있었다.

대한민국등록실용신안공보 제20-0416841호, (2006. 05. 23)

본 발명의 주된 기술적 과제는, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 스트로보 효과를 시각적으로 보다 명확하고 효과적으로 체험하도록 하여 관련 교육효과를 높일 수 있는 스트로보 효과 교육용 전시장치를 제공하는 것이다.

그러나 본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되는 것은 아니며 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 의한 스트로보 효과 교육용 전시장치는, 내부에 빈 공간이 형성된 챔버부; 상기 챔버부 상단에 배치되며 하부로 개구된 복수 개의 노즐과 상기 노즐로 연결된 유체의 유동경로 상에서 진동을 발생시키는 진동자를 포함하여 상기 노즐을 통해 유체에 진동을 가하여 낙하시키는 유체드롭모듈; 상기 챔버부 하단에 배치되어 상기 유체드롭모듈에서 낙하된 유체를 수집하는 유체수집용베슬; 상기 유체수집용베슬과 상기 유체드롭모듈 사이에 연결되어 수집된 유체를 상기 유체드롭모듈 측으로 순환시키는 순환배관; 상기 챔버부 내 배치되어 상기 진동자와 같거나 다른 진동수로 점멸하며 상기 챔버부 안에서 광원에 의한 스트로보 효과를 발생시키는 섬광원을 포함하는 제1스트로보 효과 발생부; 및 상기 챔버부 내 배치되되 상기 진동자와 같거나 다른 진동수로 셔터가 개폐되며 영상을 촬영하여 상기 스트로보 효과와 대응되는 상기 유체의 스트로보스코픽 이미지를 생성하는 카메라를 포함하는 제2스트로보 효과 발생부를 포함한다.

상기 제2스트로보 효과 발생부는, 상기 챔버부 외측에 배치되어 상기 카메라의 영상을 전송받고 상기 제1스트로보 효과 발생부와 독립적으로 상기 스트로보스코픽 이미지를 외부로 디스플레이하는 모니터를 더 포함할 수 있다.

상기 제1스트로보 효과 발생부 및 상기 제2스트로보 효과 발생부의 동작을 조절하여, 상기 스트로보 효과 또는 상기 스트로보스코픽 이미지를 선택적으로 발생시키는 제어모듈을 더 포함할 수 있다.

상기 제어모듈은, 상기 섬광원을 점멸시키는 제1제어신호를 중단시킨 후, 상기 셔터를 개폐하는 제2제어신호를 송출하여 상기 스트로보 효과와 상기 스트로보스코픽 이미지를 순차적으로 발생시키는 제어를 할 수 있다.

상기 유체드롭모듈은, 상기 순환배관과 직결된 단일 관로로 형성된 압력조절관, 및 상기 압력조절관에서 분기되어 복수 개의 상기 노즐로 각각 연결된 복수 개의 분배관을 포함하고, 상기 진동자는 복수 개의 상기 분배관 각각에 복수 개가 독립적으로 배치되어 진동을 생성할 수 있다.

상기 진동자는 상기 노즐로 낙하되는 유체의 낙하방향과 일치하는 방향으로 상기 유체를 가진할 수 있다.

상기 진동자는 상기 노즐의 직상방으로 상기 노즐과 중첩되게 상기 분배관과 결합될 수 있다.

상기 챔버부 외측에 설치되며 사용자의 조작에 따라 상기 진동자의 진동수, 상기 섬광원의 점멸 진동수, 및 상기 카메라의 상기 셔터의 개폐 진동수 중 적어도 어느 하나를 조절하는 적어도 하나의 조절스위치를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 하나의 장치를 이용하여 매우 명확하고 직관적으로 스트로보 효과를 이해시키는 것이 가능하다. 특히, 스트로보 효과로 동일 현상이 얼마나 다르게 인식될 수 있는지를 기술적으로 확실하게 대비하여 보여줌으로써 학생들의 흥미를 유발하고 관련 교육효과를 높일 수 있다. 또한, 본 발명은 화려한 시각효과로 교육용 목적 외에도 다양한 장소에서 이목을 집중시키는 전시용 기구로써의 활용가치도 높을 뿐만 아니라, 자동으로 동작시킬 수 있고 간단한 조작으로도 다양한 효과를 연출할 수 있어 제한되지 않은 여러 산업분야에서 다양하게 활용이 가능하다

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 스트로보 효과 교육용 전시장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 스트로보 효과 교육용 전시장치의 내부구조를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1의 스트로보 효과 교육용 전시장치의 유체드롭모듈을 따로 도시한 확대사시도 및 단면도이다.
도 4는 도 1의 스트로보 효과 교육용 전시장치의 제어방식을 설명한 모식도이다.
도 5 내지 도 7은 도 1의 스트로보 효과 교육용 전시장치의 작동도이다.

본 발명의 이점 및 특징 그리고 그것들을 달성하기 위한 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 스트로보 효과 교육용 전시장치에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 스트로보 효과 교육용 전시장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 스트로보 효과 교육용 전시장치의 내부구조를 도시한 단면도이며, 도 3은 도 1의 스트로보 효과 교육용 전시장치의 유체드롭모듈을 따로 도시한 확대사시도 및 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 의한 스트로보 효과 교육용 전시장치(1)는 챔버부(10) 내 유체드롭모듈(100)과 유체수집용베슬(200)이 형성되어 물과 같은 유체를 지속적으로 낙하시키며 낙하 유체에 대한 스트로보 효과를 보여줄 수 있다. 특히, 스트로보 효과는 광원을 이용하여 육안으로 효과를 직접 체험시키는 제1스트로보 효과 발생부(400)와, 그와 독립적으로 동작하며 영상 촬영을 통해 낙하 유체의 스트로보스코픽 이미지를 생성하는 제2스트로보 효과 발생부(500)를 복합적으로 활용하여, 서로 다른 방식으로 만들고 대비시킬 수 있다. 즉 하나의 장치 내에서 동일 현상에 대해 서로 다른 방식으로 스트로보 효과를 생성할 수 있을 뿐만 아니라 이를 적절히 대비시켜 매우 직관적으로 스트로보 효과를 이해시키는 것이 가능하다.

또한, 본 발명은 낙하 유체의 움직임을 보다 정밀하게 제어할 수 있는 구조적 특징을 가지고 있어 스트로보 효과의 생성과 설명에 더욱 적합한 유체 유동을 구현할 수 있으며, 간단한 조작으로 사용자가 원하는 다양한 방식으로 장치를 작동시킬 수 있어, 학습목적 또는 전시목적 등 사용목적에 따라 더욱 화려하거나 효과적인 방식으로 사람들에게 다양한 시각적 체험을 제공할 수 있다.

이러한 본 발명의 스트로보 효과 교육용 전시장치(1)는 다음과 같을 구성을 갖는다. 스트로보 효과 교육용 전시장치(1)는, 내부에 빈 공간이 형성된 챔버부(10), 챔버부(10) 상단에 배치되며 하부로 개구된 복수 개의 노즐(140)과 노즐(140)로 연결된 유체의 유동경로 상에서 진동을 발생시키는 진동자(130)를 포함하여 노즐(140)을 통해 유체에 진동을 가하여 낙하시키는 유체드롭모듈(100), 챔버부(10) 하단에 배치되어 유체드롭모듈(100)에서 낙하된 유체를 수집하는 유체수집용베슬(200), 유체수집용베슬(200)과 유체드롭모듈(100) 사이에 연결되어 수집된 유체를 유체드롭모듈(100) 측으로 순환시키는 순환배관(300), 챔버부(10) 내 배치되어 상기 진동자(130)와 같거나 다른 진동수로 점멸하며 챔버부(10) 안에서 광원에 의한 스트로보 효과를 발생시키는 섬광원(410)을 포함하는 제1스트로보 효과 발생부(400), 및 챔버부(10) 내 배치되되 상기 진동자(130)와 같거나 다른 진동수로 셔터가 개폐되며 영상을 촬영하여 스트로보 효과와 대응되는 유체의 스트로보스코픽 이미지를 생성하는 카메라(510)를 포함하는 제2스트로보 효과 발생부(500)를 포함한다. 이하, 본 발명의 일 실시예에 기초하여 이와 같은 본 발명의 구성과, 구조적 특징, 및 작용효과 등을 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

챔버부(10)는 유체를 낙하시킬 수 있는 구획된 공간을 형성하는 구조물로 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 장치 전체를 둘러싸는 하우징(11)의 일부 구간을 챔버부(10)로 형성할 수 있다. 챔버부(10)는 전면이 개방되어 있을 수 있으며 개방된 부분을 통해 내부를 들여다 볼 수 있다. 챔버부(10)는 하우징(11)의 구조를 활용하거나 별도의 구조물을 이용하여 제작할 수 있으며 크기나 형상도 다양하게 변형시킬 수 있다. 챔버부(10)는 내부에 빈 공간이 형성되어 유체를 낙하시킬 수 있는 구조인 한도 내에서 다양한 형태로 형성될 수 있다. 따라서 도시된 형상으로 챔버부(10)를 한정하여 이해할 필요는 없다. 장치의 구현 방식이나 전체적인 구조 등에 따라서 여러 가지 다른 형태로 챔버부(10)를 형성해 줄 수 있다.

유체드롭모듈(100)은 챔버부(10)의 상단에 배치된다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 유체드롭모듈(100)은 하부로 개구된 복수 개의 노즐(140)과 진동을 발생시키는 진동자(130)를 포함한다. 진동자(130)는 노즐(140)로 연결된 유체의 유동경로 상에서 진동을 발생시키도록 형성되며 이러한 진동자(130)의 동작으로 노즐(140)을 통해 유체에 진동을 가하여 낙하시킬 수 있다. 유체드롭모듈(100)은 특히 복수 개의 노즐(140) 각각에 진동자(130)를 독립적으로 구비할 수 있으며, 각각의 노즐(140)로 공급되는 유체는 단일 관로인 압력조절관(110)에서 같은 압력으로 조절된 후 노즐(140)로 공급될 수 있다. 이러한 구조로 유체를 각 노즐(140) 말단까지 안정적으로 공급할 수 있으며 각 노즐(140)과 인접한 위치에서 유체가 가진되어 각 노즐(140)에서 물방울과 같은 형태로 일정 주기의 낙하체를 형성시킬 수 있다. 또한, 진동자(130)는 유체의 낙하방향과 일치하는 종방향의 진동을 가함으로써 보다 정밀하게 유체의 형상을 조정할 수 있고 진동에 의한 낙하방향의 변동을 최소화 하면서 분명한 물방울 형상을 만들어 낼 수 있다. 이를 통해 낙하 유체에 대한 스트로보 현상을 보다 분명하게 시각화하여 제공할 수 있다. 유체드롭모듈(100)의 구체적인 구조와 작용은 후술하여 좀더 상세히 설명한다.

챔버부(10)의 하단에는 유체수집용베슬(200)이 배치되어 유체드롭모듈(100)에서 낙하된 유체를 수집한다. 유체수집용베슬(200)과 유체드롭모듈(100)의 사이에는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 순환배관(300)이 연결되며 순환배관(300)을 통해 수집된 유체를 다시 유체드롭모듈(100) 측으로 순환시킬 수 있다. 즉, 유체는 자유 낙하하여 챔버부(10)를 통과한 후에는 유체수집용베슬(200)과 순환배관(300)을 따라 순환되어 유체드롭모듈(100)로 재공급된다. 따라서 장치 내에서 유체를 반복적으로 순환시키며 지속적으로 낙하 유체에 대한 스트로보 효과를 발생시킬 수 있다. 유체수집용베슬(200)은 예를 들어, 챔버부(10)의 하단과 동일한 너비를 갖는 상단이 개방된 용기와 같은 형태로 형성될 수 있으며 배수구(201)가 형성되어 유체를 순환배관(300)으로 배수할 수 있게 형성될 수 있다. 순환배관(300)은 유체수집용베슬(200)의 하단부에서 배수구(201)와 연결되고 펌프(310)를 경유하여 다시 챔버부(10) 상단의 유체드롭모듈(100)과 연결될 수 있다. 순환배관(300)에 연결된 펌프(310)를 구동시킴으로써 유체를 적정한 속도로 순환시켜 줄 수 있다.

낙하 유체에 대한 스트로보 효과는 전술한 바와 같이 광원을 포함하는 제1스트로보 효과 발생부(400)와, 카메라(510)를 포함하는 제2스트로보 효과 발생부(500)가 서로 독립하여 발생시키도록 구성되어 있다. 제1스트로보 효과 발생부(400)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 챔버부(10) 내 배치되는 섬광원(410)을 포함하여 형성된다. 섬광원(410)은 유체드롭모듈(100)의 진동자(130)와 같거나 다른 진동수로 점멸하며 챔버부(10) 안에서 광원에 의한 스트로보 효과를 발생시킨다. 즉, 제1스트로보 효과 발생부(400)를 이용하여 챔버부(10) 안에서 점멸하는 섬광을 만들어 낼 수 있으며 이를 이용하여 반복적으로 낙하하는 유체가 정지하거나 또는 점진적으로 이동하는 것과 같은 시각적 효과를 챔버부(10) 내에 발생시킬 수 있다. 이러한 스트로보 효과는 사용자의 육안으로 챔버부(10)를 바라보면서 바로 체험할 수 있다. 제1스트로보 효과 발생부(400)는 필요에 따라 섬광원(410) 외에 다른 광원을 포함하여 형성될 수도 있으며 섬광원(410)을 제어하여 점멸광 외에 비점멸하는 연속광을 만들어 내는 것도 가능하다. 예를 들어, 섬광원(410)은 기판 상에 배열된 다수의 LED모듈 등으로 형성할 수 있다. 그러나 그와 같이 한정될 필요는 없으며 필요에 따라 주기적으로 점멸시킬 수 있는 제어가능한 다양한 광원을 이용하여 섬광원(410)을 형성할 수 있다.

반면, 제2스트로보 효과 발생부(500)는 챔버부(10) 내 영상을 촬영하는 카메라(510)를 포함하여 형성된다. 카메라(510)는 챔버부(10) 내 배치되되 유체드롭모듈(100)의 진동자(130)와 같거나 다른 진동수로 셔터가 개폐되며 영상을 촬영하여 스트로보 효과와 대응되는 낙하 유체의 스트로보스코픽 이미지(stroboscopic image)를 생성한다. 즉, 피사체를 단속적으로 이미지화하도록 셔터를 일정한 진동수로 반복적으로 개폐하며 영상을 촬영할 수 있으며 이를 통해 점멸광을 이용하여 만들어낸 것과 대등하게 반복적으로 낙하하는 유체가 정지해 있거나, 점진적으로 이동하며 위치를 변경하는 실시간 이미지를 생성할 수 있다(본 명세서의 스트로보스코픽 이미지는 이와 대등한 의미로 이해 가능하다). 카메라(510)는 주기적으로 개폐시키는 조작이 가능한 셔터를 포함하는 것일 수 있으며 셔터는 카메라(510)에 다양한 방식으로 형성해 줄 수 있다. 셔터는 카메라(510)에 내장된 것일 수도 있고, 별도로 장착해 줄 수도 있다. 카메라(510)는 동영상 촬영이 가능하며 예를 들어, 고해상도의 이미지센서를 포함하는 것일 수 있다. 셔터의 개폐속도, 주기 등은 후술하는 제어모듈(700)과 같은 제어장치를 통해 조절될 수 있다. 카메라(510)는 챔버부(10) 내 영상 촬영이 용이한 다양한 위치에 배치될 수 있으며 하나 또는 둘 이상을 복합하여 사용할 수도 있다. 카메라(510)를 포함하는 장치의 다양한 제어방식에 대해서도 후술하여 좀더 상세히 설명한다.

제2스트로보 효과 발생부(500)는 도시된 바와 같이 챔버부(10) 외측에 배치된 모니터(520)를 포함할 수 있다. 모니터(520)는 카메라(510)의 영상을 전송받고 제1스트로보 효과 발생부(400)와 독립적으로 낙하 유체의 스트로보스코픽 이미지를 외부로 디스플레이 할 수 있다. 즉, 제1스트로보 효과 발생부(400)는 점멸광을 이용하여 챔버부(10) 내에서 육안으로 직접 인식할 수 있는 스트로보 효과를 발생시키며, 제2스트로보 효과 발생부(500)는 카메라(510)로 생성한 동일 대상에 대한 스트로보스코픽 이미지를 챔버부(10) 외부의 모니터(520)로 독립하여 재생할 수 있다. 이와 같이, 하나의 대상 또는 현상에 대한 스트로보 효과를 서로 다른 방식으로 사용자에게 복합적으로 제공함으로써 사용자는 잔상에 의한 연속동작과 이를 구분하는 스트로보 효과를 한눈에 대비하여 명확히 이해하고 시각적으로 체험할 수 있다. 이를 위해 본 발명은 제1스트로보 효과 발생부(400) 및 제2스트로보 효과 발생부(500)의 동작을 유기적으로 제어하여 보다 명확한 대비효과를 연출하도록 형성되며, 낙하 유체의 스트로보 효과가 보다 명확히 드러나도록 유체를 정밀하게 제어하는 유체제어구조도 포함한다. 이하, 유체드롭모듈(100)의 구현형태를 통해 유체제어구조를 설명한 후, 제1스트로보 효과 발생부(400) 및 제2스트로보 효과 발생부(500)의 다양한 제어방식에 대해서 좀더 상세히 설명한다.

도 3은 도 1의 스트로보 효과 교육용 전시장치의 유체드롭모듈을 따로 도시한 확대사시도 및 단면도이다. 도 3의 (a)는 유체드롭모듈을 도 1과 다른 방향에서 바라본 확대사시도이고, 도 3의 (b)는 도 3 (a)의 압력조절관에 대해 횡방향으로 절단하여 내부구조를 드러낸 단면도이다.

도 3을 참조하면, 유체드롭모듈(100)은 단일 관로로 형성된 압력조절관(110), 및 압력조절관(110)에서 분기되어 복수 개의 노즐(140)로 각각 연결된 복수 개의 분배관(120)을 포함한다. 진동자(130)는 복수 개의 분배관(120) 각각에 복수 개가 독립적으로 배치되어 진동을 생성하는 구조를 이룬다. 압력조절관(110)은 순환배관(300)과 직결되어 유체를 공급받고 각 분배관(120)으로 분배되는 유체의 압력을 균일하게 유지할 수 있으며 이를 통해, 단일 관로로 이루어진 압력조절관(110)을 이용하여 순환된 유체를 안정적으로 저장하였다가 각 노즐(140)로 균일하게 배분할 수 있다. 특히, 압력조절관(110) 내에서 유체는 가진되지 않으며 유체는 압력조절관(110)에서 배출되어 노즐(140)까지 배분되는 유체 유동경로의 말단에 이르러서야 진동자(130)와 접촉하여 가진된다. 이러한 구조로 서로 다른 복수 개의 노즐(140)로 안정적으로 유체를 분배하여 공급해 줄 수 있을 뿐만 아니라, 노즐(140)과 인접한 유체 유동경로의 말단부에서 유체에 진동을 가하여 보다 정밀하게 원하는 형태로 유체를 낙하시킬 수 있게 된다.

아울러, 각각의 노즐(140)에 인접하게 독립 배치된 복수 개의 진동자(130)를 이용하여, 복수의 노즐(140)을 통해 유체를 각각 서로 다른 진동수로 가진하여 토출시키는 것도 얼마든지 가능하다. 그러한 경우, 진동수의 차이에 따라 후술하는 스트로보 효과가 각 노즐(140) 마다 다르게 나타날 수 있고, 각각의 서로 다른 노즐(140)로부터 정지된 물방울 형태의 유체나, 점진적으로 이동하는 물방울 형태의 유체를 다양하게 관찰할 수 있다. 진동자(130)는 전기신호를 이용하여 제어가 가능한 것일 수 있으며 예를 들어, 전자기적 반발력 등을 이용하여 진동을 생성하는 것일 수 있다. 그러나 그로써 제한될 필요는 없으며 그 밖에도 진동을 만들어 낼 수 있는 다양한 형태로 진동자(130)를 형성할 수 있다. 진동자(130)는 진동을 생성하여 유체를 가진할 수 있는 한도 내에서 특별한 제한 없이 다양한 구조로 형성될 수 있다. 스트로보 효과에 따른 낙하 유체의 시각적 이미징에 대해서는 후술하여 좀더 상세히 설명한다. 본 실시예에서, 유체는 상온에서 액체이며, 일상적으로 손쉽게 구할 수 있는 물인 것으로 상정하고 설명을 진행하지만, 그로써 한정될 필요는 없으며 필요에 따라 다른 액상 물질을 유체로 사용하는 것도 얼마든지 가능하다.

분배관(120)은 예를 들어, 도 3과 같이 압력조절관(110)의 일 측으로 분기되어 형성될 수 있고 적어도 한 번 굴절될 수 있다. 굴절된 분배관(120)의 말단에 노즐(140)이 중력방향으로 개구되어 형성될 수 있으며 분배관(120)의 굴절된 일 측에 진동자(130)를 결합할 수 있다. 즉 도 3의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 입체적인 형태로 굴절된 분배관(120)을 형성하고 하방으로 개구된 노즐(140)과 인접한 유로의 말단부분에 진동자(130)를 배치할 수 있다. 보다 상세하게, 진동자(130)는 노즐(140)로 낙하되는 유체의 낙하방향과 일치하는 방향(즉 도면 상의 상하방향이며, 유체가 낙하하는 중력방향)으로 도시된 바와 같이 유체를 가진할 수 있으며, 진동자(130)는 노즐(140)의 직상방으로 노즐(140)과 중첩되게 분배관(120)과 결합될 수 있다. 따라서 도시된 바와 같이 노즐(140)로 토출되는 유체의 상부에서 유체가 토출되는 방향으로 유체를 바로 가진하여 낙하시킬 수 있다. 필요에 따라, 진동자(130)와 결합되는 분배관(120)의 결합부위는 진동자(130)의 크기에 대응되어 확장될 수도 있으며, 진동자(130)의 진동을 유체에 보다 효과적으로 전달하기 위해 진동자(130)와 맞닿는 분배관(120)의 일부는 개구될 수도 있다. 이러한 구조에 의해 종방향으로 가진되며 노즐(140)로 토출된 유체는 도시된 바와 같이 물방울(b) 형태를 유지하며 주기적으로 낙하하게 된다. 이때 낙하주기는 진동자(130)의 진동주기와 일치될 수 있으며, 특히 진동이 유체의 낙하방향과 일치하는 방향으로만 전달되므로 낙하방향과 엇갈리는 다른 방향의 운동성분은 제거될 수 있다. 따라서 유체는 진동을 전달받으면서도 다른 방향으로 튀거나 형상이 일그러지는 등의 불필요한 변형이 최소화되는 효과를 얻을 수 있다. 그에 따른 결과로 도시된 바와 같이 유체는 수직방향으로 예쁜 물방울(b) 형태를 유지하며 주기적으로 낙하하게 된다. 낙하주기가 일정 수준 이상으로 증가하면 사람의 눈으로는 잔상에 의해 연속적인 물줄기 형태로 보이게 된다.

도 4는 도 1의 스트로보 효과 교육용 전시장치의 제어방식을 설명한 모식도이고, 도 5 내지 도 7은 도 1의 스트로보 효과 교육용 전시장치의 작동도이다.

이와 같이 진동을 주어 낙하시킨 유체는 전술한 바와 같이, 제1스트로보 효과 발생부(400), 및/또는 제2스트로보 효과 발생부(500)의 작용에 의해서 정지되거나, 또는 점진적으로 이동하는 것으로 나타나게 된다. 즉, 전술한 것처럼, 제1스트로보 효과 발생부(400)의 점멸광에 의한 낙하 유체의 스트로보 효과를 육안으로 챔버부(10) 안에서 직접 확인할 수 있다. 또한, 제2스트로보 효과 발생부(500)의 카메라(510) 촬영에 의해 생성된 정지되거나, 또는 점진적으로 이동하는 낙하 유체의 스트로보스코픽 이미지를 모니터(520)를 통해서 확인할 수도 있다. 예를 들면, 사용자는 장치 외측에 형성된 스위치부(600)를 조작하여 유체드롭모듈(100)의 진동자(130)의 진동수를 조절하거나, 제1스트로보 효과 발생부(400)의 섬광원(410)의 점멸 진동수를 조절하거나, 제2스트로보 효과 발생부(500)의 카메라(510)의 셔터(511)의 개폐 진동수를 조절할 수 있다. 잠시 도 1을 참조하면, 스위치부(600)는 챔버부(10) 외측에 설치되며 사용자의 조작에 따라 진동자(130)의 진동수, 섬광원(410)의 점멸 진동수, 및 카메라(510)의 셔터의 개폐 진동수 중 적어도 어느 하나를 조절하는 적어도 하나의 조절스위치(610)를 포함할 수 있다. 또한 그 밖에도 제어모듈(700)을 조작하는 적어도 하나의 제어스위치(620) 등을 포함할 수 있다. 도시된 각 스위치들의 배치와 개수 등은 예시적인 것에 불과하므로 도면에 의해 개념이 한정될 필요는 없다.

스트로보 효과 교육용 전시장치는 다음과 같이 동작시킬 수 있다. 우선, 스위치부(600)를 조작함으로써 스트로보 효과를 다양한 형태로 변경시키는 것이 가능하다. 예를 들어, 전술한 조절스위치(610)를 조작하여 진동자(130)의 진동수와 섬광원(410)의 점멸 진동수를 일치시킬 수 있다. 그에 따라 낙하하는 유체는 챔버부 내에서 정지된 물방울(b) 형태로 보일 수 있다. 또한, 진동자(130)의 진동수와 카메라(510)의 셔터(511)의 개폐 진동수를 일치시키면, 모니터(520)의 스트로보스코픽 이미지(A)에 낙하하는 유체가 정지된 물방울(b) 형태로 생성될 수 있다. 즉, 스트로보 효과가 없는 경우 낙하유체는 잔상에 의해 노즐(140)로부터 연속된 물줄기(a) 형태로 보이게 되지만, 제1스트로보 효과 발생부(400), 및/또는 제2스트로보 효과 발생부(500)의 스트로보 효과에 의해 단속적인 이미지로 바뀌어 일정 간격으로 정지된 물방울(b) 형태로 보이게 된다. 또한, 섬광원(410)의 점멸 진동수를 바꾸거나, 셔터(511)의 개폐 진동수를 바꾸어 진동자(130)의 진동자와 서로 불일치시키는 경우에는, 위상 변동에 의해 단속적인 물방울(b) 형태의 낙하 유체가 점진적으로 이동하는 것으로 보일 수도 있다. 이동방향은 낙하방향으로 전진 또는 후진하는 형태로 나타날 수 있다. 이와 같이 진동수를 조절하여 원하는 방식으로 다양한 스트로보 효과를 발생시킬 수 있다.

이러한 작동방식을 기초로 전술한 것처럼, 제어모듈(700)을 활용하여 제1스트로보 효과 발생부(400)와 제2스트로보 효과 발생부(500)의 동작을 좀더 유기적으로 제어할 수도 있다. 제어모듈(700)은 제1스트로보 효과 발생부(400) 및 제2스트로보 효과 발생부(500)의 동작을 조절하여, 제1스트로보 효과 발생부(400)에 의한 스트로보 효과 또는 제2스트로보 효과 발생부(500)에 의한 스트로보스코픽 이미지를 선택적으로 발생시키는 제어를 할 수 있다. 제어모듈(700)은 장치 내 어느 곳에도 배치될 수 있으며 예를 들면 연산능력을 갖는 일종의 소형 컴퓨터 장치 등으로 형성될 수 있다. 제어모듈(700)은 전술한 제어스위치(620) 등으로부터 명령이 입력되면 제어신호를 전송하여 제1스트로보 효과 발생부(400)와 제2스트로보 효과 발생부(500)의 동작을 자동으로 제어할 수 있다. 따라서 사용자가 특정 모드로 설정해 두면 장치는 제어모듈(700)의 제어에 따라 해당 모드로 반복적으로 동작하며 사용자가 의도한 스트로보 효과를 계속 시연할 수 있다.

예를 들어, 제어모듈(700)은 진동제어신호(S0)를 전송하여 유체드롭모듈(100)의 진동자(130)를 동작시킬 수 있다. 전술한 바와 같이 스위치부(600)의 조작에 따라 진동제어신호(S0)의 패턴을 바꾸어 진동수를 변경시킬 수도 있다. 또한, 제1제어신호(S1)를 전송하여 제1스트로보 효과 발생부(400)의 섬광원(410)의 점멸 진동수(또는 동등하게 점멸 주기)를 설정할 수 있고 역시 스위치부(600)의 조작에 따라 진동수를 변경시킬 수도 있다. 또한, 제2제어신호(S2)를 전송하여 제2스트로보 효과 발생부(500)의 카메라(510)의 셔터(511) 개폐 진동수(또는 동등하게 개폐 주기)를 설정하거나 스위치부(600)의 조작에 따라 진동수를 변경시킬 수도 있다. 이는 전술한 기초적인 작동방식에 대응된다. 이에 더하여, 스위치부(600)의 제어스위치(620) 등을 통해 일정 패턴의 제어명령이 입력되면, 제어모듈(700)은 제1스트로보 효과 발생부(400)와 제2스트로보 효과 발생부(500)의 동작으로 순차적으로 자동 제어할 수 있다. 특히, 제어모듈(700)은 특정 모드에서 섬광원(410)을 점멸시키는 제1제어신호(S1)를 중단시킨 후, 카메라(510)의 셔터(511)를 개폐하는 제2제어신호(S2)를 송출하여, 제1스트로보 효과 발생부(400)의 스트로보 효과와, 제2스트로보 효과 발생부(500)의 스트로보스코픽 이미지를 순차적으로 발생시키는 제어를 할 수 있다. 특히 이와 같이 제어되는 경우, 사용자는 제1스트로보 효과 발생부(400)의 점멸광이 사라져 챔버부 내 물방울(b) 대신, 통상의 연속된 물줄기(a) 형태의 낙하유체를 보게 되는 동시에, 모니터(520)로부터는 제2스트로보 효과 발생부(500)에 의해 생성된 스트로보스코픽 이미지(A)를 확인하게 된다. 즉, 실제 육안의 잔상에 의한 연속 이미지(물줄기 형태)와 스트로보 효과에 의한 단속 이미지(물방울 형태)를 동시에 비교 확인하면서, 스트로보 효과를 보다 직관적으로 이해하는 것이 가능하다. 그 밖에도 여러 가지 다양한 방식으로 제어모듈(700)의 제어방식을 설정할 수 있으며 사용자는 이러한 제어방식을 활용하여 다양한 시각효과를 만들어 낼 수 있다.

도 5 내지 도 7은 도 1의 스트로보 효과 교육용 전시장치의 작동도이다.

이와 같은 설명을 바탕으로 본 발명의 스트로보 효과 교육용 전시장치(1)가 작동하는 과정을 좀더 자세하게 예시하여 설명하도록 한다. 먼저, 스트로보 효과 교육용 전시장치(1)는 도 5와 같은 상태로 동작을 시작할 수 있다. 이때 섬광원(410)과 카메라(510), 모니터(520)는 작동하지 않으며, 따라서 모든 스트로보 효과는 제거된 상태로 동작할 수 있다. 유체는 유체드롭모듈(100)의 노즐(140)로부터 가진되어 토출되어 유체수집용베슬(200)에서 수집되고, 순환배관(300)을 통해 순환하며 챔버부(10)의 빈 공간을 경유하여 유동하게 된다. 모든 스트로보 효과가 제거된 상태이므로, 챔버부(10) 내 유체는 육안으로는 도시된 것처럼 물줄기(a)의 형태로만 보이게 된다.

이후, 도 6에 도시된 바와 같이 제1스트로보 효과 발생부(400)가 작동하고 섬광원(410)이 점멸하면서 챔버부(10) 내에서 제1스트로보 효과 발생부(400)의 광원으로 스트로보 효과를 발생시킬 수 있다. 따라서 챔버부(10) 안의 낙하하는 유체는 도시된 것처럼 단속적인 물방울(b)들이 완전히 정지되어 있거나, 또는 점진적으로 이동하는 것으로 보이게 된다. 섬광원(410)은 적절한 진동수로 점멸하는 빛(c)을 챔버부(10) 내부로 조사하게 된다. 전술한 바와 같이, 이러한 스트로보 효과는 챔버부(10) 내에서 육안으로 직접 확인되므로, 사용자는 스트로보 효과를 시각을 통해 직접 체험할 수 있다.

이후, 도 7에 도시된 것처럼 제1스트로보 효과 발생부(400)의 스트로보 효과는 제거되고, 동시에 제2스트로보 효과 발생부(500)가 동작하여, 카메라(510)가 생성한 낙하유체의 스트로보스코픽 이미지(A)를 모니터(520)로 보여줄 수 있다. 즉, 앞서 설명한 바와 같은 제어방식을 이용하여 섬광원(410)의 점멸을 중단시키는 동시에, 카메라(510)의 셔터를 주기적으로 개폐시키며 낙하 유체의 스트로보스코픽 이미지(A)를 생성하여 디스플레이 할 수 있다. 스트로보스코픽 이미지(A) 안에서 낙하 유체는 물방울(b) 형태로 완전히 정지하거나 또는 점진적으로 이동하는 형태로 형성된다. 이러한 경우 섬광원(410)은 비점멸식 연속광을 방출하도록 동작이 제어될 수 있고 이를 통해 적절한 광량의 빛(c)을 챔버부(10) 내 조사해 주는 것이 가능하다. 그러나 연속광을 방출하여 챔버부(10) 안을 밝힐 수 있는 별도의 광원이 있는 경우 섬광원(410)의 동작은 중지시킬 수도 있다.

이와 같은 제어에 따라 사용자는, 연속된 시각적 경험을 통해 육안으로 관찰되는 물줄기(a) 형태의 유체가 실질적으로는 스트로보스코픽 이미지(A) 내에서 보이는 것처럼 단속적인 물방울(b) 형태로 낙하하는 것임을 인지하게 된다. 특히, 도 7과 같이 챔버부(10) 안의 물줄기(a)와 모니터(520)의 물방울(b) 양자를 비교하면서 스트로보 효과를 직관적으로 이해할 수 있다. 이와 같은 방식으로 스트로보 효과 교육용 전시장치(1)를 순차적으로 동작시키면서 사용자에게 스트로보 효과를 시연할 수 있으며 스트로보 효과에 대한 시각적이고 직관적인 이해를 도모하는 것이 가능하다. 또한, 전술한 것처럼 이러한 제어방식에 한정되지 않는 또 다른 방식으로도 장치를 얼마든지 다양하게 동작시킬 수 있는바 제1스트로보 효과 발생부(400) 및/또는 제2스트로보 효과 발생부(500)를 복합적으로 활용한 다양한 시각효과를 시연하고 전시하는 것이 가능하다. 이를 통해 교육목적 또는 전시목적 등 사용자가 원하는 다양한 목적으로 본 장치를 폭넓게 활용하는 것도 얼마든지 가능하다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1: 스트로보 효과 교육용 전시장치
11: 하우징 10: 챔버부
100: 유체드롭모듈 110: 압력조절관
120: 분배관 130: 진동자
140: 노즐 200: 유체수집용베슬
201: 배수구 300: 순환배관
310: 펌프 400: 제1스트로보 효과 발생부
410: 섬광원 500: 제2스트로보 효과 발생부
510: 카메라 511: 셔터
520: 모니터 600: 스위치부
610: 조절스위치 620: 제어스위치
700: 제어모듈 a: 물줄기
b: 물방울 c: 빛
A: 스트로보스코픽 이미지 S0: 진동제어신호
S1: 제1제어신호 S2: 제2제어신호

Claims (8)

1. 내부에 빈 공간이 형성된 챔버부;
   상기 챔버부 상단에 배치되며 하부로 개구된 복수 개의 노즐과 상기 노즐로 연결된 유체의 유동경로 상에서 진동을 발생시키는 진동자를 포함하여 상기 노즐을 통해 유체에 진동을 가하여 낙하시키는 유체드롭모듈;
   상기 챔버부 하단에 배치되어 상기 유체드롭모듈에서 낙하된 유체를 수집하는 유체수집용베슬;
   상기 유체수집용베슬과 상기 유체드롭모듈 사이에 연결되어 수집된 유체를 상기 유체드롭모듈 측으로 순환시키는 순환배관;
   상기 챔버부 내 배치되어 상기 진동자와 같거나 다른 진동수로 점멸하며 상기 챔버부 안에서 광원에 의한 스트로보 효과를 발생시키는 섬광원을 포함하는 제1스트로보 효과 발생부;
   상기 챔버부 내 배치되되 상기 진동자와 같거나 다른 진동수로 셔터가 개폐되며 영상을 촬영하여 상기 스트로보 효과와 대응되는 상기 유체의 스트로보스코픽 이미지를 생성하는 카메라를 포함하는 제2스트로보 효과 발생부를 포함하되,
   상기 제1스트로보 효과 발생부 및 상기 제2스트로보 효과 발생부의 동작을 조절하여, 상기 스트로보 효과 또는 상기 스트로보스코픽 이미지를 선택적으로 발생시키는 제어모듈을 더 포함하는 스트로보 효과 교육용 전시장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제2스트로보 효과 발생부는, 상기 챔버부 외측에 배치되어 상기 카메라의 영상을 전송받고 상기 제1스트로보 효과 발생부와 독립적으로 상기 스트로보스코픽 이미지를 외부로 디스플레이하는 모니터를 더 포함하는 스트로보 효과 교육용 전시장치.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 제어모듈은, 상기 섬광원을 점멸시키는 제1제어신호를 중단시킨 후, 상기 셔터를 개폐하는 제2제어신호를 송출하여 상기 스트로보 효과와 상기 스트로보스코픽 이미지를 순차적으로 발생시키는 제어를 하는 스트로보 효과 교육용 전시장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 유체드롭모듈은, 상기 순환배관과 직결된 단일 관로로 형성된 압력조절관, 및 상기 압력조절관에서 분기되어 복수 개의 상기 노즐로 각각 연결된 복수 개의 분배관을 포함하고, 상기 진동자는 복수 개의 상기 분배관 각각에 복수 개가 독립적으로 배치되어 진동을 생성하는 스트로보 효과 교육용 전시장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 진동자는 상기 노즐로 낙하되는 유체의 낙하방향과 일치하는 방향으로 상기 유체를 가진하는 스트로보 효과 교육용 전시장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 진동자는 상기 노즐의 직상방으로 상기 노즐과 중첩되게 상기 분배관과 결합되는 스트로보 효과 교육용 전시장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 챔버부 외측에 설치되며 사용자의 조작에 따라 상기 진동자의 진동수, 상기 섬광원의 점멸 진동수, 및 상기 카메라의 상기 셔터의 개폐 진동수 중 적어도 어느 하나를 조절하는 적어도 하나의 조절스위치를 더 포함하는 스트로보 효과 교육용 전시장치.

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