KR20180059087A - Appratus for preveinting drowsy driving - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an apparatus for preventing drowsy driving. The apparatus for preventing drowsy driving according to the present invention comprises: an information collecting portion for collecting bio-information of a driver or vehicle driving information; a drowsiness determination portion for detecting whether the driver is in a drowsy state by receiving the bio-information or the vehicle driving information; and an air plasma generating portion for continuously or periodically irradiating a pulse laser beam on a space one point around the driver to generate air plasma when the drowsiness determination portion determines the driver to be in the drowsy state.

Description

졸음 운전 방지 장치{APPRATUS FOR PREVEINTING DROWSY DRIVING }{APPRATUS FOR PREVENTING DROWSY DRIVING}

본 발명은 졸음 운전 방지 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 공기 중에 레이저를 조사하여 에어 플라즈마를 생성하여 운전자의 졸음을 방지할 수 있는 졸음 운전 방지 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a drowsiness driving prevention device, and more particularly, to a drowsiness driving prevention device capable of preventing an driver from drowsy by generating air plasma by irradiating a laser to the air.

현대 사회에서 소득의 증대와 소비자들의 편리함의 추구로 인하여 자동차는 폭발적으로 증가하고 있다. 이로 인하여, 최근 교통 사고로 인한 사상자가 증가하고 있는 추세이다. 교통 사고 사상자를 줄이기 위하여 자동차에는 각종 안전장치게 부가되고 있다.In modern society, automobiles are exploding because of the increase of income and the pursuit of convenience of consumers. As a result, casualties due to traffic accidents are increasing. To reduce traffic accident casualties, various safety devices are added to cars.

특히, 졸음 운전시 이를 감지하기 위한 장치들이 개발되고 있다. 예를 들어, 한국공개특허 10-3013-0009158는 자동차의 주행상태에서 그 자동차의 좌측 차선 또는 우측 차선으로부터 이탈을 감지하여 운전자에게 경보함으로써 운전자의 주의를 환기시켜 안전사고를 미연에 방지하도록 하는 기술이 제안되었으며, 등록특허 제617777호에서는 미리 저장된 운전자의 눈과 비슷한 구조의 눈검색 템플릿을 이용하여 카메라로부터 입력되는 운전자 영상에서 운전자의 눈영상을 빠르게 검출할 수 있도록 하는 졸음운전경고장치의 운전자 눈 영상검출장치 및 방법이 개시되어 있다.In particular, devices are being developed to detect drowsy driving. For example, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-3013-0009158 discloses a technique for detecting a departure from a left lane or a right lane of a vehicle in the running state of an automobile and alerting the driver to the driver's attention to prevent a safety accident , And the registered patent No. 617777 discloses a driver's eye warning device for rapidly detecting an eye image of a driver in a driver's image input from a camera using an eye search template having a structure similar to that of a driver's eye stored in advance. An image detecting apparatus and method are disclosed.

그러나 종래의 이러한 방법들은 운전자의 졸음을 방지하기 위해서 진동을 주거나 음성으로 경고하는 방법을 사용하고 있다. However, these conventional methods use vibration or voice warning to prevent the driver from drowning.

그러나 핸들에 진동을 주는 경우, 갑작스러운 진동에 놀란 운전자가 의도하지 않은 방향으로 핸들을 조작할 수 있어 심각한 부작용을 유발할 수 있다는 문제점이 있다. However, when the steering wheel is vibrated, the driver who is surprised by the sudden vibration can manipulate the steering wheel in an unintended direction, which can cause serious side effects.

또한, 음성을 이용하는 경우 졸음 상황에 효과적이지 못하다는 문제점이 있다. In addition, there is a problem in that it is not effective for drowsiness when using voice.

따라서 졸음 운전이 감지되는 경우 운전자를 효과적으로 깨울 수 있는 방법에 대한 연구가 필요하다. Therefore, it is necessary to study how to effectively wake the driver when drowsy driving is detected.

한국공개특허 3013-0009158 (3013.01.33, 공개)Korean Patent Publication No. 3013-0009158 (published on March 30, 한국등록특허 10-0617777 (3006.08.28, 공고)Korean Patent Registration No. 10-0617777 (published on Aug. 28, 2007)

본 발명은 자동차 운전자의 졸음을 효과적으로 방지할 수 있는 졸음 운전 방지 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a drowsiness driving prevention device capable of effectively preventing drowsiness of a driver of a motor vehicle.

또한, 본 발명은 운전자의 체성감각을 유도하여 졸음 운전을 방지할 수 있는 졸음 운전 방지 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. It is another object of the present invention to provide a drowsiness driving prevention device capable of preventing drowsiness driving by inducing a driver's sense of body.

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.

위와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 졸음 운전 방지 장치는 운전자의 바이오 정보 또는 차량 주행 정보를 수집하는 정보 수집부; 상기 바이오 정보 또는 차량 주행 정보를 수신하여 운전자가 졸음 상태인지 여부를 검출하는 졸음 여부 판단부; 및 상기 졸음 여부 판단부에서 졸음 상태라고 판단한 경우, 운전자 주위의 공간 일점에 펄스 레이저를 연속적 또는 주기적으로 조사하여 에어 플라즈마를 생성하는 에어 플라즈마 생성부;를 포함할 수 있다. In order to solve the above problems, an apparatus for preventing drowsiness driving according to the present invention includes an information collecting unit for collecting bio information or vehicle driving information of a driver; A drowsiness determination unit for receiving the bio-information or vehicle driving information and detecting whether the driver is drowsy; And an air plasma generator for generating an air plasma by continuously or periodically irradiating a pulsed laser to one point of a space around the driver when the drowsiness determination unit determines that the user is in a drowsy state.

또한, 본 발명에 따른 졸음 운전 방지 장치에서, 상기 에어 플라즈마 생성부로부터 조사된 레이저 빔을 일점으로 모아 에어 플라즈마 생성을 유도하는 렌즈;를 더 포함할 수 있다. The apparatus for preventing drowsiness according to the present invention may further include a lens for collecting the laser beam irradiated from the air plasma generator to one point to induce air plasma generation.

또한, 본 발명에 따른 졸음 운전 방지 장치에서, 상기 에어 플라즈마 생성부는 상기 펄스 레이저를 출력하는 레이저 출력부; 및 상기 졸음 상태라고 판단된 경우, 상기 레이저 출력부가 상기 펄스 레이저를 출력하도록 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다. Further, in the drowsiness prevention device according to the present invention, the air plasma generator may include a laser output unit for outputting the pulse laser; And a control unit for controlling the laser output unit to output the pulse laser when it is determined that the laser diode is in the drowsy state.

또한, 본 발명에 따른 졸음 운전 방지 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. Further, in the drowsiness prevention apparatus according to the present invention, the controller may include: a frequency controller for controlling the pulse frequency per unit time of the laser; An energy controller for controlling an energy intensity of the laser; And a diameter control unit for controlling the diameter of the laser.

또한, 본 발명에 따른 졸음 운전 방지 장치에서, 상기 에어 플라즈마 생성부는 운전석의 등받이 내부 또는 목받이 내부에 장착되어, 상기 등받이와 목받이 사이의 빈 공간에 에어 플라즈마를 생성할 수 있다. In addition, in the drowsiness prevention apparatus according to the present invention, the air plasma generator may be installed in the backrest of the driver's seat or in the inside of the driver's seat so as to generate air plasma in the empty space between the backrest and the headrest.

또한, 본 발명에 따른 졸음 운전 방지 장치에서, 상기 에어 플라즈마는 충격파 및 전기장을 발생시키고, 상기 충격파 및 전기장은 영향이 미치는 영역 내에 존재하는 인체 피부의 체성감각을 유도할 수 있다. In addition, in the drowsiness prevention apparatus according to the present invention, the air plasma can generate a shock wave and an electric field, and can induce a somatic sensation of the human skin existing in a region affected by the shock wave and the electric field.

또한, 본 발명에 따른 졸음 운전 방지 장치에서, 또한, 본 발명에 따른 졸음 운전 방지 장치에서, 상기 충격파는 인체 피부 내 세부를 자극하여 말초신경으로 하여금 활동전위를 발생시킴으로써 인체 피부의 상태 변경을 유도할 수 있다. In addition, in the drowsiness prevention device according to the present invention, in the drowsiness prevention device according to the present invention, the shock wave stimulates the details in the human body skin to generate action potentials to the peripheral nerve, can do.

또한, 본 발명에 따른 졸음 운전 방지 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 drowsiness prevention apparatus according to the present invention, the electric field induces the intracellular potential of the human skin, and induces an action potential in the peripheral nerve stimulated by the generated potential to induce a change in the state of the human skin .

또한, 본 발명에 따른 졸음 운전 방지 장치에서, 상기 펄스 레이저의 파장은 1064nm일 수 있다. Further, in the drowsiness prevention device according to the present invention, the wavelength of the pulse laser may be 1064 nm.

또한, 본 발명에 따른 졸음 운전 방지 장치에서, 상기 펄스 레이저의 에너지 세기는 35mJ 내지 65mJ일 수 있다. Further, in the drowsiness prevention device according to the present invention, the energy intensity of the pulsed laser may be 35 mJ to 65 mJ.

본 발명에 따르면, 운전자가 졸음 운전을 하는 경우 이를 감지하여 운전자의 체성감각을 유도하여 운전자의 졸음을 방지할 수 있다. According to the present invention, it is possible to prevent the driver from drowsing by sensing the driver's drowsiness driving and inducing the driver's sense of body.

또한, 본 발명에 따르면, 사용자의 피부조직에 직접 레이저를 가하지 않을 수 있으므로 피부조직에 손상 없이 체성감각을 유도할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, since the laser is not directly applied to the skin tissue of the user, the somatic sensation can be induced without damaging the skin tissue.

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

또한 본 발명에 따르면 에어 플라즈마가 생성된 점을 중심으로 근접한 영역 내 존재하는 모든 매질에 체성감각을 유도할 수 있는 효과가 있다.Also, according to the present invention, there is an effect of inducing a somatosensitivity to all the medium existing in a region close to the point where the air plasma is generated.

도 1은 본 발명에 따른 졸음 운전 방지 장치의 블록도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 에어 플라즈마의 대략적인 개념을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 에어 플라즈마 생성부의 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 차량 내부 운전석 주위에 에어 플라즈마가 생성된 예를 나타낸 것이다.
도 7은 마이크로폰을 이용하여 충격파를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 가속도센서를 이용하여 충격파를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 9는 에어 플라즈마에 근접한 영역에서 충격파를 측정하기 위한 실험환경을 나타낸 것이다.
도 10은 도 9에서의 실험환경에서 마이크로폰을 통해 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 11은 도 9에서의 실험환경에서 가속도센서를 통해 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 12는 도 9에서의 실험환경에서 측정된 충격파의 세기 분포를 나타낸 것이다.
도 13은 전기장을 측정하기 위한 실험환경을 나타낸 것이다.
도 14는 레이저 빔의 에너지 세기에 따라 측정된 전기장을 나타낸 것이다.
도 15 및 도 16은 레이저 빔의 파라미터를 변경하며 살펴본 전기장의 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 17은 에어 플라즈마로부터의 거리에 따라 사용자의 체성감각 인지 여부를 확인하기 위한 실험 결과를 나타낸 것이다.
1 is a block diagram of an apparatus for preventing drowsiness in accordance with the present invention.
2 shows a schematic concept of an air plasma according to the present invention.
3 is a block diagram of an air plasma generator according to the present invention.
4 and 5 illustrate a process in which a user recognizes a somatosensory sensation by an air plasma according to the present invention.
6 shows an example in which air plasma is generated around a driver's seat in a vehicle according to the present invention.
7 shows the result of measuring the shock wave using a microphone.
8 shows the result of measuring the shock wave using an acceleration sensor.
9 shows an experimental environment for measuring shock waves in an area close to the air plasma.
FIG. 10 shows a result of measurement through a microphone in the experimental environment of FIG. 9. FIG.
FIG. 11 shows the results of measurement by the acceleration sensor in the experimental environment of FIG.
FIG. 12 shows the intensity distribution of the shock wave measured in the experimental environment of FIG.
13 shows an experimental environment for measuring an electric field.
14 shows the electric field measured according to the energy intensity of the laser beam.
FIGS. 15 and 16 show the measurement results of the electric field by changing the parameters of the laser beam.
17 shows experimental results for confirming whether the user's sense of body 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 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 실시 예들로 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 졸음 방지 장치의 구성을 간략히 나타낸 것이다.1 schematically shows a configuration of a drowsiness prevention device according to the present invention.

도 1에 따르면 본 발명의 졸음 방지 장치는 정보 수집부(10), 졸음 여부 판단부 판단부(20), 및 에어 플라즈마(Air Plasma) 생성부(30)를 포함하며, 부가적으로 렌즈(40)를 더 포함할 수 있다. 1, the drowsiness prevention apparatus of the present invention includes an information collecting unit 10, a drowsiness determining unit 20, and an air plasma generating unit 30, and additionally includes a lens 40 ).

상기 정보 수집부(10)는 운전자의 바이오 정보 및 차량의 주행정보를 수집하는 부분으로, 카메라(11), 심박 측정부(12), 및 주행정보 측정부(13)를 포함할 수 있다. 이들 3개의 구성을 모두 포함할 수도 있으며, 필요에 따라 일부 구성이 생략될 수도 있다. The information collecting unit 10 collects driving information of a driver and driving information of a vehicle and may include a camera 11, a heartbeat measuring unit 12, and a traveling information measuring unit 13. All of these three configurations may be included, and some configurations may be omitted as necessary.

상기 카메라(11)는 차량 내부에 설치되어 운전자의 얼굴을 촬영하여 영상을 졸음 여부 판단부(20)로 전송한다. 카메라(11)는 운전자의 얼굴 및 눈을 촬영할 수 있는 적당한 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 핸들이나 앞 유리창 틀과 같은 위치에 배치될 수 있다. The camera 11 is installed inside the vehicle and photographs the face of the driver and transmits the image to the drowsiness determination unit 20. The camera 11 may be disposed at a suitable position where the driver's face and eyes can be photographed. For example, at a position such as a handle or a windshield frame.

상기 심박 측정부(12)는 운전자의 심박(맥박) 수를 검출하여 검출된 심박 수에 대응되는 심박 신호를 졸음 여부 판단부(20)에 전송한다. 이러한 심박 측정 부(12)는 웨어러블(wearable) 형태 또는 차량에 탑재되는 형태로 형성될 수 있다. 예컨대, 심박 측정부(12)는 조향휠 상에 설치된 복수의 전극을 포함할 수 있다. 운전자의 오른손과 왼손이 각각 전극과 접촉할 때, 두 전극 간에 운전자의 심전위에 대응하는 전위차가 발생하는데, 심박 측정부(12)는 이러한 두 전극 간에 발생한 전위차를 검출함으로써 운전자의 심박 신호를 획득할 수 있다.The heartbeat measuring unit 12 detects the heartbeat number of the driver and transmits a heartbeat signal corresponding to the detected heartbeat to the sleepiness determining unit 20. [ The heartbeat measuring unit 12 may be formed in a wearable form or a form mounted on a vehicle. For example, the heartbeat measuring unit 12 may include a plurality of electrodes provided on the steering wheel. When the right and left hands of the driver come into contact with the electrodes respectively, a potential difference corresponding to the driver's electrocardiograph occurs between the two electrodes. The heartbeat measuring unit 12 acquires the heartbeat signal of the driver by detecting the potential difference generated between these two electrodes .

또는 손목시계, 반지 등의 형상의 펄스파 센서(pulse wave sensor)를 운전자에게 장착하여 심박 신호(심박 신호에 대응하는 신호)를 검출할 수도 있다. Alternatively, a pulse wave sensor in the form of a wristwatch, a ring, or the like may be attached to the driver to detect a heartbeat signal (a signal corresponding to a heartbeat signal).

주행정보 측정부(13)는 차량에 설치된 각종 센서들(조향 센서, 토크 센서 등)을 이용하여 차량의 주행 상태를 측정하고 그 결과를 졸음 여부 판단부(20)에 전송한다. 예컨대, 주행정보 측정부(13)는 차량의 조향각(조향 정도) 및 차량의 횡위치 등을 측정하여 차량의 주행 상태를 알려주는 신호(차량 신호)를 졸음 여부 판단부(20)에 전송한다. The traveling information measuring unit 13 measures the traveling state of the vehicle using various sensors (steering sensors, torque sensors, etc.) installed in the vehicle and transmits the result to the drowsiness determination unit 20. For example, the travel information measuring unit 13 measures a steering angle (degree of steering) of the vehicle and lateral position of the vehicle, and transmits a signal (vehicle signal) indicating the traveling state of the vehicle to the drowsiness determination unit 20.

상기 졸음상태 판단부(20)는 정보수집부(10)로부터 운전자 및 차량 상태에 대한 각종 정보를 수신하여 운전자가 졸음 상태인지 여부를 판단한다. The drowsy state determination unit 20 receives various types of information on the driver and the vehicle state from the information collection unit 10 and determines whether or not the driver is in a drowsy state.

예를 들어, 카메라(11)로부터 촬영 영상을 수신하는 경우에는 운전자의 동공 이미지를 분석하여 운전자의 졸음 상태를 판단할 수 있다. 촬영된 운전자의 얼굴로부터 할라이크 특징(Haar-like feature)을 이용하여 운전자 눈동자 영역을 검출하고, 아다부스트(AdaBoost) 학습알고리즘을 이용하여 검출된 눈동자 영역의 판단율을 높이고, 검출된 눈동자의 이진화 및 대칭성 판단을 통하여 눈동자 크기 및 원형도에 근거하여 졸음 운전을 판단한다. 검출된 눈동자의 둘레나 면적 등이 기 설정된 눈동자의 둘레나 면적보다 작은 경우에는 졸음 상태로 판단할 수 있다. For example, in the case of receiving a photographed image from the camera 11, it is possible to determine the driver's sleepiness by analyzing the pupil image of the driver. The driver's pupil region is detected from Haar-like feature from the photographed driver's face, the detection rate of the detected pupil region is increased using the AdaBoost learning algorithm, and the binarization of the detected pupil And judging the drowsiness based on the pupil size and the circularity through the determination of the symmetry. If the detected perimeter or area of the pupil is smaller than the perimeter or area of the predetermined pupil, it can be judged as a drowsy state.

또한, 상기 졸음 여부 판단부(20)는 심박 측정 정보를 이용해 졸음 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 운전자의 심박수가 일정한 수준 이하로 떨어지는 경우 졸음 상태로 판단할 수 있다. In addition, the drowsiness determination unit 20 may determine drowsiness using heart rate measurement information. For example, if the driver's heart rate falls below a certain level, it can be judged to be in a drowsy state.

또한, 상기 졸음 여부 판단부(20)은 차량 상태 신호를 이용해 졸음 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어 차량이 정상적으로 가지 않고 지그재그 패턴으로 움직인다거나 정상적인 차로로 운행하지 않고 차선에 걸쳐서 운행되는 경우에는 졸음 상태로 판단할 수 있다. In addition, the drowsiness determination unit 20 can determine whether or not the user is drowsy using the vehicle state signal. For example, if the vehicle does not travel normally, moves in a zigzag pattern, or travels through a lane without driving to a normal lane, it can be judged to be in a drowsy state.

상기와 같이 졸음 여부 판단부는 운전자의 바이오 정보 및 차량의 상태 정보를 기반으로 운전자의 졸음 여부를 판단하고, 이를 에어 플라즈마 생성부(30)로 전송한다. As described above, the drowsiness determination unit determines whether or not the driver is drowsy based on the bio information of the driver and the state information of the vehicle, and transmits the drowsiness determination unit 30 to the air plasma generation unit 30.

상기 에어 플라즈마 생성부(30)에서는 운전자의 졸음 여부에 대한 신호를 수신하여, 졸음 신호를 수신하는 경우 레이저 빔을 조사하여 에어 플라즈마를 생성한다. 상기 에어 플라즈마는 사용자의 피부에 체성감각(體性感覺, somesthesis)을 유도할 수 있다. The air plasma generator 30 receives a signal indicating whether the driver is drowsy, and generates an air plasma by irradiating a laser beam when receiving a drowsy signal. The air plasma can induce somesthesia in the user's skin.

도 2는 에어 플라즈마 생성부(30)가 에어 플라즈마를 생성하는 개념도를 나타낸 것이다. 2 shows a conceptual diagram of the air plasma generating section 30 generating air plasma.

에어 플라즈마 생성부(30)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 generator 30 irradiates a laser beam to the air to generate plasma. At this time, various parameters of the laser beam can be controlled, and the intensity, size, and duration of the plasma can 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. If the intensity of the laser beam is less than 35 mJ, somatic sensation may not be induced or may not be sensed by a weak person, and if it exceeds 65 mJ, it may be harmful to the human body. Above 68mJ in particular, it may cause direct damage to human body.

에어 플라즈마 생성부(30)는 에어 플라즈마를 발생시키기 위한 렌즈(40)를 추가적으로 더 포함할 수 있다. 상기 렌즈(40)는 상기 에어 플라즈마 생성 부(30)로부터 조사된 레이저 빔을 일점으로 모으는 기능을 하는데, 이러한 렌즈는 상기 에어 플라즈마 생성부(30) 내부에 존재하도록 구현할 수도 있으며 또는 상기 에어 플라즈마 생성부(30)와 독립된 형태로 구현할 수도 있다.The air plasma generator 30 may further include a lens 40 for generating an air plasma. The lens 40 functions to collect the laser beam irradiated from the air plasma generator 30 at one point. The lens may be provided in the air plasma generator 30, (30).

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. 이러한 에어 플라즈마는 소정 거리 내에 있는 운전자의 체성감각(體性感覺, somesthesis)을 유도할 수 있어, 운전자의 졸음을 방지할 수 있다. Plasma refers to the state of gas separated by electrons and electrons having positive charges at ultra-high temperatures. In order to generate a plasma, an electric method such as a direct current, a very high frequency, or a laser is used. In the present invention, it is assumed that a pulsed laser is irradiated at one point in the air to generate plasma. In the present invention, plasma is generated in the air. In the present specification, it is referred to as an air plasma (AP). Such an air plasma can induce somesthesion of the driver within a predetermined distance, thereby preventing the driver from drowsy.

도 3은 에어 플라즈마 생성부(30)의 상세 구성을 나타낸 블록도이다. 3 is a block diagram showing the detailed configuration of the air plasma generator 30. As shown in Fig.

도 3을 참조하면, 에어 플라즈마 생성부(30)는 레이저 출력부(31) 전원부(32), 입력부(33), 디스플레이(34), 및 제어부(35)를 포함할 수 있다. 한편, 이 때 에어 플라즈마 생성부(30)를 구현하기 위해서는 레이저 출력부(31) 및 제어부(35)가 필수적으로 포함되며, 여타 기능부들은 사용자의 필요에 따라 포함 또는 배제가 가능하다. 3, the air plasma generating unit 30 may include a laser output unit 31, a power source unit 32, an input unit 33, a display 34, and a control unit 35. In order to implement the air plasma generator 30 at this time, the laser output unit 31 and the control unit 35 are essentially included, and other functional units can be included or excluded according to the needs of the user.

상기 레이저 출력부(31)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 31 may include a laser driver and a cooling device for outputting a pulse laser. The laser driver may include sub-devices such as a laser medium, an optical pumping, and an optical resonator, and generates an optical signal for implementing a pulsed laser. In addition, the cooling device cools the heat generated by the laser driver in the process of generating an optical signal, and prevents malfunction due to overheating of the laser driver.

또한, 상기 레이저 출력부(31)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. The laser output unit 31 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.

상기 전원부(32)는 상기 에어 플라즈마 생성부(31)를 포함한 다른 구성에 전원을 공급할 수 있다. The power supply unit 32 can supply power to other configurations including the air plasma generator 31.

상기 입력부(33)는 상기 에어 플라즈마 생성부(31)의 구동에 필요한 설정입력을 사용자로부터 수신하는 구성이다. 본 입력부는 패드, 터치스크린, 마우스 등 다양한 종류의 입력 장치로 구현될 수 있다. The input unit 33 receives a setting input necessary for driving the air plasma generator 31 from a user. The input unit may be implemented by various types of input devices such as a pad, a touch screen, and a mouse.

상기 디스플레이(34)는 상기 에어 플라즈마 생성부(30)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 34 is a configuration for displaying various information such as a setting parameter of a laser or the like to display an operation state and an operation result of the air plasma generator 30. The display may display various menus, information input by a user, information to be provided to a user, and may be implemented by a liquid crystal display (LCD), an OLED, and a sound output device.

상기 제어부(35)는 상기 온도 감지부(35)로부터 감지된 온도값을 수신하고, 수신된 온도가 기설정된 온도 이상인 경우 레이저 출력부(31)가 레이저를 출력하여 에어 플라즈마를 생성하도록 제어할 수 있다. 제어부(35)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.The control unit 35 receives a temperature value sensed by the temperature sensing unit 35 and controls the laser output unit 31 to generate an air plasma by outputting a laser when the received temperature is equal to or higher than a predetermined temperature have. The control unit 35 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 ), An application specific integrated circuit (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.

구체적으로, 상기 제어부(35)는 주파수 제어부, 에너지 제어부, 및 직경 제어부를 포함할 수 있으며, 상기 펄스 레이저가 연속적 또는 주기적으로 조사되도록 제어하여 원하는 모양의 에어 플라즈마를 생성할 수 있다. The control unit 35 may include a frequency control unit, an energy control unit, and a diameter control unit. The control unit 35 may control the pulse laser to be continuously or periodically irradiated to generate an air plasma of a desired shape.

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 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 the laser is low, the frequency controller may include a pulse cycle of unit time, for example, several pulses per second And the user can control the frequency of the pulsed laser through such a 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.It should be understood that the pulse laser frequency in the present invention is freely controllable from 1 Hz to 50 Hz. Further, if the frequency is 0 Hz, that is, a single shot, 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 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 preferably be controlled to be 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 control unit controls the diameter of the irradiated laser or focuses the laser accurately on a target point 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 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.

에어 플라즈마 생성부(30) 이외에 본 발명에 따른 졸음 운전 방지 장치는 에어 플라즈마를 발생시키기 위한 렌즈(30)를 추가적으로 더 포함할 수 있다. 상기 렌즈(30)는 상기 에어 플라즈마 생성부(30)로부터 조사된 레이저 빔을 일점으로 모으는 기능을 하는데, 이러한 렌즈는 상기 에어 플라즈마 생성부(30) 내부에 존재하도록 구현할 수도 있으며 또는 상기 에어 플라즈마 생성부(30)와 독립된 형태로 구현할 수도 있다.In addition to the air plasma generator 30, the drowsiness prevention device according to the present invention may further include a lens 30 for generating an air plasma. The lens 30 functions to collect the laser beam irradiated from the air plasma generator 30 at one point. The lens 30 may be provided in the air plasma generator 30, (30).

이러한 구성에 의해 에어 플라즈마 생성부(30)는 차량 내부의 특정 공간에 에어 플라즈마를 생성할 수 있다. 또한, 상기 에어 플라즈마의 크기, 모양, 및 지속시간을 조절할 수 있다. 운전자 주위에 에어 플라즈마가 생성되면, 에어 플라즈마에 의한 충격파와 전기장은 운전자의 체성감각을 유도하여 졸음을 방지할 수 있다. With this configuration, the air plasma generating section 30 can generate air plasma in a specific space inside the vehicle. Further, the size, shape, and duration of the air plasma can be controlled. When an air plasma is generated around the driver, shock waves and electric fields caused by the air plasma can induce the driver's sense of body and prevent drowsiness.

다시 도 2를 참조할 때, 본 발명에 따른 졸음 운전 방지 장치는 공기 중에 에어 플라즈마를 생성하고, 이에 의해 방출되는 에너지를 활용하여 매질(40), 즉 사용자의 피부에 체성감각을 유도할 수 있다. Referring again to FIG. 2, the drowsiness prevention device according to the present invention can generate an air plasma in the air and utilize the energy released thereby to induce a somatic sensation in the medium 40, that is, the skin of the user .

한편 이렇게 생성된 에어 플라즈마에서는 충격파 및 전기장, 두 가지 종류로 에너지가 방출된다. On the other hand, in the air plasma generated in this way, energy is emitted in two kinds of shock waves and electric fields.

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. A shock wave is a strong pressure wave that is transmitted at a speed faster than a sonic velocity into a fluid. The shock wave is generated by superimposing a wave surface due to a sudden pressure change. When a shock wave passes through it, 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, and the air thereby repetitively generates the overlap region, thereby enabling energy transfer to the outside.

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(50)에 상태변경을 유도하게 된다. On the other hand, an electric field refers to a field generated in an ambient space of an electric charge. In an electric field, a charged object receives an electric force and a state change occurs. Since the air plasma itself is a charged gas, an electric field is generated around the air plasma, and the present invention uses this to induce a state change in the medium 50.

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. FIG.

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. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the energy of the shock wave and the electric field transmitted to the user's skin when the shock waves and the electric field are emitted by the air plasma, and when the transmitted energy changes state to the skin, The process of recognizing the senses is briefly shown.

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 생성부에 의해 조사되는 것으로, 상기 S51 단계 이전에 레이저 빔의 파라미터를 설정하는 단계가 더 포함될 수 있다. 레이저 빔의 파라미터를 설정하는 단계는, 상기 에어 플라즈마 생성부가 사용자로부터 입력을 수신하고, 상기 입력에 따라 공기 중에 조사될 레이저 빔의 파라미터를 설정하는 단계를 의미한다.FIG. 5 is a step-by-step representation of the procedure of FIG. Referring to FIG. 5, the somatosensory induction method using air plasma starts from the step S51 of irradiating the pulse laser first. The pulse laser is irradiated by the air plasma generator described in the description of FIG. 2. The pulse laser may further include a step of setting a parameter of the laser beam before the step S51. The step of setting the parameters of the laser beam means the step of the air plasma generator receiving the input from the user and setting the parameters 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 air plasma in the air (S52). In the air plasma thus generated, the shock wave and the electric field are generated to the outside. (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 waves stimulate the skin, that is, the cells constituting the skin by touching the skin of the user, that is, stimulating the peripheral nerve in the cell (S56), and accordingly, the activation of the action potential (S57) (S58), and the brain senses the somatic sensation (S59).

한편, 에어 플라즈마로부터 발생된 전기장은 사용자의 피부를 구성하는 세포까지 그 영향을 미치게 되며, 이 때 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, and the electric field generates a potential difference in the cell (S55) to stimulate the peripheral nerve of the cell (S56). Steps S56-S59 from the peripheral nerve stimulation to the somatic sensory perception step in the brain are the same as those in the shock wave described above.

이때 에어 플라즈마에 의해 유도되는 채성감각은 따끔함을 느낄 정도의 강도로 운전자가 졸음을 깨기에 충분하다. At this time, the sense of driving induced by the air plasma is strong enough to feel the stiffness, which is sufficient for the driver to break the drowsiness.

따라서 에어 플라즈마 생성부(30)는 운전자 주위에 배치되어 운전자의 체섬감각을 유도할 수 있다. Accordingly, the air plasma generating unit 30 can be disposed around the driver to guide the driver's body sensation.

도 6은 에어 플라즈마 생성부(30)가 자동차 의자에 배치된 예를 나타낸 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 에어 플라즈마 생성부(30)는 자동차 의자의 머리 받침 내부(A) 또는 등받이 내부(B)에 설치되어 머리 받침과 등받이 사이의 빈 공간에 에어 플라즈마(AP)를 생성할 수 있다. 에어 플라즈마(AP)가 생성되면 에어 플라즈마로부터 소정 거리 내에 있는 운전자에게 체성감각을 유도할 수 있다. 따라서 운전자가 졸음상태라고 판단되면 에어 플라즈마를 발생시켜 운전자의 졸음을 방지할 수 있다. 6 shows an example in which the air plasma generator 30 is disposed in a car chair. 6, the air plasma generator 30 is installed in the headrest A or the backrest B of the automobile chair to generate an air plasma AP in an empty space between the headrest and the backrest, can do. When the air plasma (AP) is generated, a sense of body sensation can be induced to a driver within a predetermined distance from the air plasma. Therefore, if it is determined that the driver is in a drowsy state, air plasma can be generated to prevent the driver from drowning.

도 7은 에어 플라즈마에서 발생되는 충격파를 측정한 결과를 나타낸 것이다.7 shows the results of measurement of the shock wave generated in the air plasma.

도 7의 (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 6의 (a)를 살펴볼 때, 에어 플라즈마에 의해 발생된 충격파는 시간이 갈수록 그 세기가 약해짐도 확인할 수 있다.7 (a) shows a result of measuring a shock wave sensed by a microphone after converting a voltage signal into a voltage signal after providing a microphone at a certain point within a radius of 50 mm based on a point where the air plasma is generated. According to this, it can be confirmed 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. The experimental result shows that the shock waves generated by the air plasma are continuously As shown in FIG. 6 (a), it can be seen that the intensity of the shock wave generated by the air plasma becomes weaker 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 7의 (b), (c)에서 볼 수 있듯 레이저 빔의 에너지 세기가 더 높을수록 강도가 더 높아짐을 알 수 있다. As the energy intensity of the laser beam increases, the shock wave generated by the air plasma can also be expected to increase in size. Experimental results are shown in (b) and (c). That is, when air plasmas are generated by setting the energy intensities of the parameters of the laser beam to 32 mJ and 60 mJ, respectively, the shock wave sensed by the microphone can be expressed as shown in FIGS. 7B and 7C, The higher the strength is, the higher the strength is.

한편, 에어 플라즈마에 의해 발생된 충격파는 마이크로폰뿐 아니라 가속도센서를 이용하여서도 측정할 수 있다. 도 8은 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.On the other hand, the shock wave generated by the air plasma can be measured not only by a microphone but also by using an acceleration sensor. 8 is a graph comparing the results of measurement of shock waves with an acceleration sensor and a microphone. The graph shows that the magnitude of the voltage signal of the shock wave measured by the acceleration sensor is relatively small compared to that measured by the microphone, but the resultant values show 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.In the meantime, 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 body sense, that is, the human skin, If the distance is kept below a certain level, somatic sensation can be induced regardless of the direction. In other words, the shock wave and the electric field generated from the air plasma can induce a state change of the medium existing on a certain point in the hypothetical center around the generation position of the air plasma.

도 9는 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.FIG. 9 shows an experimental environment for confirming such a characteristic. In the experimental environment, an octagonal frame is provided around the point where the air plasma is generated, and a microphone is installed on all the surfaces except for the lower end. At this time, the position of the microphone is spaced the same distance from the center.

도 10은 도 9의 실험에서 측정된 결과를 나타낸 것으로, 도 7의 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. 10 shows the results measured in the experiment of FIG. 9, and the graphs of FIG. 7 show the intensity of the shock wave measured in all directions by the magnitude of the voltage signal. As can be seen from the graph, the shockwave was measured in all directions. Especially, the shock waves in each direction were measured more as the energy level of the laser beam was larger, and the stronger the shock wave was measured as closer to the center from the air plasma.

한편, 도 11은 도 9의 실험환경에서 마이크로폰을 가속도센서로 변경한 후 측정한 충격파의 세기들로, 도 11의 그래프들을 살펴볼 때에도 모든 방향에서의 충격파는 유사한 패턴으로 가속도센서에 영향을 미치고 있음을 알 수 있다.FIG. 11 is a graph showing intensity of shock waves measured after changing a microphone to an acceleration sensor in the experimental environment of FIG. 9, and shock waves in all directions affect the acceleration sensor in a similar pattern even when the graphs of FIG. 11 are viewed. .

또 다른 한편, 도 12는 각 방향에서 측정된 충격파의 거리에 따른 세기분포를 그래프로 나타낸 것이다. 도 10의 실험결과에서도 이미 확인하였듯 각 방향에서의 충격파 세기는 에어 플라즈마와의 거리에 반비례하는데, 도 12에 따를 때에도 충격파의 세기는 에어 플라즈마와의 거리가 짧을수록 더 강하게 측정됨을 알 수 있다.On the other hand, FIG. 12 is a graph showing the intensity distribution according to the distance of the shock wave measured in each direction. 10, the intensity of the shock wave in each direction is inversely proportional to the distance to the air plasma. As can be seen from FIG. 12, the intensity of the shock wave is more strongly measured as the distance from the air plasma is shorter .

도 10 내지 도 12의 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.From the results of the experiments of FIGS. 10 to 12, it can be concluded that the shock wave generated by the air plasma affects all directions, and thus the somatic sensation can be induced to the medium located at any arbitrary point, And the degree of somatic sensation that can be induced according to the distance of the air plasma, that is, the intensity of the tactile sensation, can be changed.

한편 도 13은 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.13 shows an experimental environment for measuring an electric field generated by the air plasma. In the experimental environment, the electrode plate is provided above and below the point where the air plasma is generated, and the electrode plate is connected with a wire, but connected in series with a voltmeter.

도 14는 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.FIG. 14 is a graph showing the voltage signals of the electric field measured when the energy intensities of the laser beams are 32 mJ and 60 mJ, respectively. According to this, the peak-to-peak voltage was measured at about 20 V in a 32 mJ environment and about 30 V in a 60 mJ environment Able to know. That is, the higher the energy of the laser beam is, the stronger the intensity of the electric field generated by the air plasma is.

도 15는 도 12의 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. 15 is a graph showing the minimum peak value, the peak-to-peak value, and the power value of the electric field voltage signal measured while varying the energy intensity of the laser beam, i.e., the plasma energy, while maintaining the DC potential of FIG. . As the energy value increases, the peak-to-peak value and the power value increase proportionally. The minimum peak value is continuously decreased in the graph, but this eventually indicates that the potential difference increases. The graph shows that the intensity of the electric field increases with increasing energy of the laser beam.

도 16은 포텐셜의 크기가 변할 때 전기장의 전압신호를 측정한 것이다. 구체적으로, 도 16은 도 13에서 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. FIG. 16 is a graph showing a voltage signal of an electric field when the magnitude of the potential changes. Specifically, FIG. 16 shows the measured electric field when the plasma generation energy shown in FIG. 13 is kept constant and the DC potential applied to the copper plate is changed. In the future, when air plasma is used for humans, that is, a certain amount of electric potential is given to the skin and plasma is generated in the vicinity of the skin, tactile sensation is generated, and various tactile sensations may be caused by controlling the frequency and size of plasma It is the data that can be inferred that there is.

살펴보면 이 역시 앞선 도 15에서의 결과와 유사하게 포텐셜, 즉 전극판 사이의 전위차가 커질수록 최소 peak값이 선형적(linear)으로 감소되는 양상과 peak-to-peak값 및 power값이 증가되는 양상을 나타내었다.Similar to the result shown in FIG. 15, the peak, the peak-to-peak value, and the power value are increased as the potential difference between the electrode plates increases. Respectively.

도 17은 레이저 빔의 에너지 세기 값에 따라 사람이 체성감각을 느낄 수 있는 범위가 어디까지인지를 측정하기 위한 실험 결과를 나타낸 것이다.FIG. 17 shows experimental results for measuring the extent to which a person can sense a somatic sensation according to the energy intensity value of the 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, the results were obtained by monitoring whether or not a plurality of subjects could feel somatosensory or tactile sensation according to the distance from the air plasma. The subjects placed their fingers apart from the air plasma at intervals of 1 mm, The experiment was done in answering way.

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.It can be seen that when the energy intensity of the laser beam is 35 mJ, the laser beam can feel a touch to the point 5 mm away from the center, about 8 mm away at 50 mJ, and about 10 mm away at 65 mJ.

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.That is, as the intensity of the laser increases, the influence of the shock wave and the electric field can be extended to a wider region, which means that the region that can affect the medium can be controlled by controlling the intensity of the laser do.

이상 도면을 참조하여 본 발명에 따른 졸음 운전 방지 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.The environment in which various tactile sensations can be induced by the drowsiness prevention device according to the present invention has 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.

10: 정보 수집부
20: 졸음 여부 판단부
30 : 에어 플라즈마 생성부
40: 렌즈
50: 매질
10: Information collecting section
20: Drowsiness judgment unit
30: air plasma generator
40: lens
50: medium

Claims (10)

운전자의 바이오 정보 또는 차량 주행 정보를 수집하는 정보 수집부;
상기 바이오 정보 또는 차량 주행 정보를 수신하여 운전자가 졸음 상태인지 여부를 검출하는 졸음 여부 판단부; 및
상기 졸음 여부 판단부에서 졸음 상태라고 판단한 경우, 운전자 주위의 공간 일점에 펄스 레이저를 연속적 또는 주기적으로 조사하여 에어 플라즈마를 생성하는 에어 플라즈마 생성부;를 포함하는 졸음 운전 방지 장치.
An information collecting unit for collecting bio information or vehicle driving information of the driver;
A drowsiness determination unit for receiving the bio-information or vehicle driving information and detecting whether the driver is drowsy; And
And an air plasma generator for generating an air plasma by continuously or periodically irradiating a pulsed laser to one point of a space around the driver when the drowsiness determination unit determines the drowsy state.
제1항에 있어서,
상기 에어 플라즈마 생성부로부터 조사된 레이저 빔을 일점으로 모아 에어 플라즈마 생성을 유도하는 렌즈;를 더 포함하는 졸음 운전 방지 장치.
The method according to claim 1,
And a lens for collecting the laser beam irradiated from the air plasma generating unit at one point to induce air plasma generation.
제1항에 있어서, 상기 에어 플라즈마 생성부는
상기 펄스 레이저를 출력하는 레이저 출력부; 및
상기 졸음 상태라고 판단된 경우, 상기 레이저 출력부가 상기 펄스 레이저를 출력하도록 제어하는 제어부;를 포함하는 졸음 운전 방지 장치.
The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the air plasma generating unit
A laser output unit for outputting the pulse laser; And
And a control unit for controlling the laser output unit to output the pulse laser when it is determined that the laser printer is in the drowsy state.
제3항에 있어서, 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 포함하는 졸음 운전 방지 장치.
The apparatus of claim 3,
A frequency controller for controlling a pulse frequency per unit time of the laser;
An energy controller for controlling an energy intensity of the laser; And
And a diameter control unit for controlling the diameter of the laser.
제1항에 있어서,
상기 에어 플라즈마 생성부는 운전석의 등받이 내부 또는 목받이 내부에 장착되어, 상기 등받이와 목받이 사이의 빈 공간에 에어 플라즈마를 생성하는 졸음 운전 방지 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the air plasma generating unit is mounted in the backrest of the driver's seat or in the inside of the driver's seat so as to generate air plasma in an empty space between the backrest and the headrest.
제1항에 있어서,
상기 에어 플라즈마는 충격파 및 전기장을 발생시키고,
상기 충격파 및 전기장은 영향이 미치는 영역 내에 존재하는 인체 피부의 체성감각을 유도하는 졸음 운전 방지 장치.
The method according to claim 1,
The air plasma generates shock waves and electric fields,
Wherein the shock wave and the electric field induce body sensation of the human skin existing in an area affected by the shock wave and the electric field.
제6항에 있어서,
상기 충격파는 인체 피부 내 세부를 자극하여 말초신경으로 하여금 활동전위를 발생시킴으로써 인체 피부의 상태 변경을 유도하는 졸음 운전 방지 장치.
The method according to claim 6,
Wherein the shock wave stimulates the details in the human skin to cause an action potential to the peripheral nerve, thereby inducing a state change of the human skin.
제6항에 있어서,
상기 전기장은 인체 피부의 세포 내 전위를 발생시키고, 상기 발생된 전위에 의해 자극된 말초신경으로 하여금 활동전위를 발생시킴으로써 인체 피부의 상태변경을 유도하는 것을 특징으로 하는 졸음 운전 방지 장치.
The method according to claim 6,
Wherein the electric field generates intracellular potential of the human skin and induces action potentials in the peripheral nerve stimulated by the generated electric potential to induce a state change of the human skin.
제1항에 있어서,
상기 펄스 레이저의 파장은 1064nm인 졸음 운전 방지 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the pulse laser has a wavelength of 1064 nm.
제1항에 있어서,
상기 펄스 레이저의 에너지 세기는 35mJ 내지 65mJ인 졸음 운전 방지 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the pulse laser has an energy intensity of 35 mJ to 65 mJ.
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