KR101405724B1 - 대화형 디스플레이 및 그 이용 방법 - Google Patents

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Abstract

디스플레이 및/또는 이미징을 수행하는 데에 (평면형 라이트 가이드와 같은) 평면형 방사 가이드를 이용하는 대화형 디스플레이에 관한 것이다. 평면형 방사 가이드는 방사 전달부(radiation propagation portion) 및 방사 인터페이스부(radiation interface portion)를 포함한다. 방사 전달부는 내부 전반사(total internal reflectance)의 원리(어느 정도의 소량의 누설이 있을 수 있음)에 의하여 방사를 전달한다. 평면형 방사 가이드는 또한 방사가 이 평면형 방사 가이드에 입사하거나 빠져나가기에 보다 적합한 방사 인터페이스부를 가진다. 대화형 디스플레이는 디스플레이와 이미징을 모두 수행하지만, 평면형 방사 가이드는 디스플레이와 이미징 동작 중 적어도 하나(그러나 둘 다일 수도 있음)를 수행하는 데에 이용된다.
라이트 가이드, 대화형 디스플레이, 가시광선, 적외선, 카메라

Description

대화형 디스플레이 및 그 이용 방법{INTERACTIVE DISPLAY USING PLANAR RADIATION GUIDE}
대다수의 컴퓨팅 시스템의 기능성이 디스플레이를 이용하는 정보의 효율적인 디스플레이에 의존한다. 최근에는, 디스플레이가 직접 입력 장치로서도 이용되고 있다. 예를 들면, 디스플레이에는 이 디스플레이가 접촉되는 부분을 탐지하기 위한 터치 센스 레지스티브(touch sense resistive) 및/또는 커패서티브 어레이(capacitive array)가 장착될 수 있다.
디스플레이에는 또한 디스플레이 뒤에 소정의 거리를 두고 위치된 카메라 시스템이 장착될 수 있다. 카메라는 디스플레이에 더 가까운 개체에 초점을 모아서(focus on) 컴퓨터로 하여금 디스플레이와 대화(interact)하는 개체를 시각적으로 탐지하게 함으로써 컴퓨팅 시스템에 시각적인 입력을 할 수 있게 해준다. 이러한 "비주얼 캡처(vision capture)" 기술은 디스플레이 패널(panel)과 이 디스플레이 뒤에 위치한 카메라 시스템 간에 존재하는 얼마 간의 거리에 의존한다. 따라서 이들 비주얼 캡처 시스템은 상당히 대형 시스템이지만, 디스플레이의 두께가 중요하지 않은 프로젝션(projection) 시스템 등의 많은 응용에서는 상당히 만족스럽다.
최근에, 고품질의 디스플레이를 매우 얇게 할 수 있는 기술이 이용가능하게 되었다. 예를 들면, LCD(Liquid Crystal Display) 디스플레이가 현재 널리 이용되 고 있다. 그럼에도 불구하고, 다양한 다른 얇은 화면 기술이 개발되어 왔다. 한 보다 최근의 접근법은 평면형 라이트 가이드(light guide)를 디스플레이로 이용하는 것이다.
평면형 라이트 가이드는, 예를 들면, 유리 또는 아크릴과 같은 다른 투명한 재료로 된 박판(sheet)일 수 있다. 프로젝터(projector)는 이 평면형 라이트 가이드의 한쪽 끝에 위치하여 이 박판의 한쪽 끝에 이미지를 투사(project)한다. 이 박판은 이미지 전달 및 전개(expand)가 가능한 두께의 영역(area)을 가진다. 이 두께는 이미지 전달이 허용되는 동안 균일하거나, 선형으로 변화하거나, 비선형으로 변화할 수 있다. 이미지는, 내부 전반사(total internal reflectance)로 인하여 반사각이 라이트 가이드 재료의 굴절률 및 이 재료 주변의 굴절률에 의해 정의된 임계각(critical angle)보다 작은 동안에 전달된다.
그 다음 전개된 이미지가 그 재료의 두께가 점차 감소하는 웨지 형상과 유사한 불균일(non-uniform) 두께 영역으로 수용된다. 이미지가 웨지로 진행함에 따라, 반사각은 이 반사각이 처음으로 임계값을 초과할 때 내부 전반사가 더 이상 유지될 수 없을 때까지 점점 가파르게 되어(sharper and sharper) 임계값에 접근한다. 이 단계에서, 광이 재료에서 빠져나온다. 광이 디스플레이에서 빠져나온 위치는 광이 평면형 라이트 가이드에 투사되었던 각에 따라 달라질 것이다.
평면형 라이트 가이드는 디스플레이 장치로서 이용된다. 어떤 경우, 평면형 라이트 가이드는 X-레이 이미징(imaging)을 수행하기 위한 구조로서 제공된다. 개체를 관통하는 X-레이는 평면형 라이트 가이드의, 불균일 두께 부분에서 수광된다. 필름은 이 필름이 X-레이 광에 노출되는 웨지 부분에 위치된다. 한편, 가시광은 내부 전반사 원리에 의해 평면형 라이트 가이드의 비교적 두께가 균일한 부분에서 이 라이트 가이드의 내부를 따라간다. 그 다음 가시광은 평면형 라이트 가이드의 가장자리에 위치된 카메라에 의해 캡처된다. 그러나, 평면형 라이트 가이드는 디스플레이와 이미징 기능성을 모두 통합한 대화형(interactive) 디스플레이에서는 이용되지 않는다.
반드시 그런 것은 아니지만, 본 발명의 실시예는 디스플레이 및/또는 이미징(imaging)을 수행하는 데에 평면형 방사 가이드(planar radiation guide)(예를 들면, 평면형 라이트 가이드)를 이용하는 대화형 디스플레이에 관한 것이다. 방사의 예로는 적외선, 가시광선 및 자외선을 포함하지만, 본 발명의 원리는 전자기 방사의 모든 주파수 범위 내의 방사에 대해 작용할 수 있기에 충분히 포괄적이다. 평면형 방사 가이드는 방사 전달부(radiation propagation portion) 및 방사 인터페이스부(radiation interface portion)를 포함한다. 방사 전달부는 내부 전반사의 원리에 의하여 방사를 전달한다. 평면형 방사 가이드는 또한 방사가 이 평면형 방사 가이드에 입사하거나 빠져나가기에 보다 적합한 방사 인터페이스부를 가진다.
대화형 디스플레이는 방사 인터페이스부 영역(area)으로부터 방사를 출력하기 위한 디스플레이 메카니즘을 포함한다. 그러나, 이는 디스플레이 메카니즘이 디스플레이에 평면형 방사 가이드를 사용해야함을 의미하지는 않는다. 그래도, 디스플레이 메카니즘이 디스플레이에 평면형 방사 가이드를 이용한다면, 디스플레이 메카니즘은 평면형 방사 가이드의 방사 전달부를 이용하여 디스플레이될 방사를 전달하고, 방사 가이드의 방사 인터페이스부를 이용하여 방사 인터페이스부의 제어되는 영역에서 이러한 방사를 방출한다. 따라서, 예를 들어, 방사가 가시광선이었다면, 방사 인터페이스부가 사용자 디스플레이로서 이용될 수 있다.
대화형 디스플레이는 방사 인터페이스부 영역에서 방사를 수광하기 위한 카메라 메카니즘을 포함한다. 이는 카메라 메카니즘이 이미징에 평면형 방사 가이드를 이용해야 함을 의미하지는 않는다. 그래도, 카메라 메카니즘이 이미징에 평면형 라이트 가이드를 이용한다면, 카메라 메카니즘은 평면형 방사 가이드의 방사 인터페이스부를 이용하여 방사를 수광하고 방사 전달부를 이용하여 이 수광된 방사의 적어도 일부를 카메라로 전달한다.
이 요약은 상세한 설명에서 이하 더 기술될 개념들의 간단한 형태의 선택을 소개하기 위해 제공된 것이다. 이 요약은 청구된 요지의 핵심 특징 또는 필수적인 특징을 식별하는 것을 의도한 것도 아니며, 청구된 요지의 범주를 결정하는 것을 돕는 데에 이용되는 것을 의도한 것도 아니다.
도 1은 본 발명의 원리에 따른 대화형(interactive) 디스플레이 및 프로세싱 시스템을 포함하는 시스템을 도시하는 도면.
도 2a는 종래 기술에 따른 통상적인 평면형 방사 가이드의 측면도.
도 2b는 도 2a의 평면형 방사 가이드의 상면도.
도 2c는 종래 기술에 따른 접혀진(folded) 평면형 방사 가이드의 측면도.
도 3은 디스플레이와 이미징에 모두 평면형 방사 가이드가 이용되었지만, 평면형 방사 가이드와 독립적으로 백라이트(backlight)가 제공된 평면형 방사 가이드의 측면도.
도 4는 디스플레이에 평면형 방사 가이드를 이용하지만 이미징에는 카메라층을 이용하는 평면형 방사 가이드의 측면도.
도 5는 디스플레이와 이미징에 모두 윗쪽의 평면형 방사 가이드가 이용되고, 하부 평면형 방사 가이드는 백라이트로서 이용되는 한 쌍의 평면형 방사 가이드의 측면도.
도 6은 디스플레이, 이미징, 및 백라이트 기능이 모두 평면형 방사 가이드를 이용하여 수행되는 평면형 방사 가이드의 측면도.
도 7은 디스플레이를 위해 LCD층이 방사 인터페이스부(radiation interface portion) 위에 배치되지만, 이미징에는 평면형 방사 가이드가 이용되는 평면형 방사 가이드의 측면도.
도 8은 디스플레이를 위해 LCD층이 방사 인터페이스부 위에 배치되지만, 이미징에는 평면형 방사 가이드가 이용되어 방사 인터페이스부 아래에 배치된 백라이트 및 평면형 방사 가이드의 가장자리에 배치된 카메라를 이용하는 평면형 방사 가이드의 측면도.
도 9는 디스플레이를 위해 LCD층이 방사 인터페이스부 아래에 배치되지만, 이미징에는 평면형 방사 가이드가 이용되는 평면형 방사 가이드의 측면도.
도 10은 방사 인터페이스부 위의 확산 필름(diffusion film)을 이용하며, 디 스플레이를 위해 LCD층이 방사 인터페이스부 위에 배치되지만, 이미징에는 평면형 방사 가이드가 이용되는 평면형 방사 가이드의 측면도.
도 11은 통합된 이미지 디스플레이 및 캡처 주사(capture scanning)를 이용하는 평면형 방사 가이드의 측면도.
첨부된 도면은 본 발명의 실시예를 보다 상세히 기술하기 위하여 이용된 것이다. 이들 도면은 본 발명의 통상적인 실시예들만 도시한 것이며 따라서 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 고려되어서는 안된다는 것을 이해하면서, 이 실시예들은 첨부된 도면을 이용함으로써 보다 구체적이며 상세하게 설명될 것이다.
본 발명의 실시예는 디스플레이 및 이미징 동작 모두를 수행하는 대화형 디스플레이를 제공한다. 디스플레이와 이미징 동작 중 적어도 하나는 평면형 방사 가이드(즉, 방사가 광일 경우에는 "평면형 라이트 가이드")를 이용한다. 평면형 방사 가이드는 매우 얇으며, 평면형 방사 가이드에 의해 방출되는 방사의 위치를 제어(및/또는 이 가이드가 이미징에 이용될지 여부를 탐지)하는 데에 이용될 수 있다. 따라서, 얇은 대화형 디스플레이는 디스플레이와 접촉하는(또는 디스플레이 정면에 있는) 개체가 이미징되어 시스템에 입력을 제공할 수 있도록 인에이블링(enabled)된다. 따라서, 디스플레이 및 이미징 인터페이스는 같은 장소에 배치된다(co-located).
도 1은 연결부(120)로 나타낸 바와 같이 상호접속된 디스플레이(101)와 프로세싱 컴포넌트(102)를 포함하는 일반적인 시스템(100)을 개략적으로 도시한다. 프 로세싱 컴포넌트(102)는 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합을 이용하여 정보를 처리할 수 있다.
정보가 이미지 형태로 디스플레이(101)에 디스플레이되어야 할 때, 프로세싱 컴포넌트(102)는 이 정보를 (출력 화살표(121)로 나타낸 바와 같이) 디스플레이(101)에 출력한다. 디스플레이(101)는, 예를 들면, 광과 같은 방출되는 전자기 방사 형태로 정보를 (화살표(111)로 나타낸 바와 같이) 적절히 렌더링한다. 디스플레이된 이미지는 소정의 시점에서 디스플레이 영역 상에 방출되는 각종 방광체의 공간에 따른 강도 및 주파수에 의해 정의된다. 물론, 이미지는 시간에 따라 달라질 수 있다.
통상적으로, 디스플레이는, 무엇보다도 인간이 직접적으로 디스플레이를 관측해야 하는 경우에 특히, 가시광선 형태로 이러한 방사를 출력할 수 있다. 그러나, 본 발명의 원리는 가시광선을 출력하는 디스플레이로만 한정되지 않는다. 따라서, 가시 광선의 대안으로서, 또는 가시 광선에 추가하여, 디스플레이(101)는 다른 주파수의 전자기 방사의 이미지를 방출할 수 있다. 본 명세서 및 청구항에서, 용어 "디스플레이"는 이러한 방사가 가시광선 스펙트럼 내에 있는지에 관계없이 임의의 전자기 방사를 방출하는 것으로서 정의된다.
본 명세서, 및 청구항에서, 본원에 임의의 주파수의 임의의 전자기 방사를 포함하는 것으로서 정의된 "방사"에 대한 참조가 이루어진다. 용어 "광"은 본원에서 용어 "방사"와 교체가능하게 이용될 것이며, 이 광의 주파수 스펙트럼의 설명(descriptor)으로 수정되지 않는 한, 이러한 방사가 사람에게 보이는지 여부에 관계 없이, 임의의 유형의 방사를 의미한다. 따라서, "광"은 임의의 전자기 방사를 의미하고, "적외선"은 적외선 스펙트럼 내의 임의의 전자기 방사를 의미하며, "가시광선"은 가시광선 스펙트럼 내의 임의의 전자기광을 의미하고, "자외선"은 자외선 스펙트럼 내의 임의의 전자기 방사를 의미하며, "X-레이선"은 X-레이 스펙트럼 내의 임의의 전자기 방사를 의미하며, 기타 모든 다른 주파수 분류에 대해서도 마찬가지이다. 용어 "가시광선 또는 가시광선 주변광(near visible light)"은 자외선, 가시광선, 또는 적외선이라 정의된다.
디스플레이(101)는 대화형(interactive)이기 때문에 디스플레이된 이미지를 출력(111)하는 기능 뿐만 아니라, 디스플레이(101)를 통하여 입력(112)을 수신하는 기능도 구비하고 있는 사용자 인터페이스(110)를 가진다. 예를 들면, 개체는 디스플레이(101)에 접촉하여 또는 디스플레이(101)의 정면에 배치되어 이 디스플레이가 개체에 대한 이미지 정보를 수신할 수 있게 해줄 수 있다. 그 다음 이미지 정보는 프로세싱 컴포넌트(102)에 입력(112)으로서 제공된다. 그 다음 프로세싱 컴포넌트(102)는 그 정보를 이용하여 다른 기능성을 수행하거나 추후에 디스플레이될 것에 영향을 미치기도 할 수 있다. 따라서, 대화형인 경험(experience)은 디스플레이 및 이미징 인터페이스가 서로 같은 곳에 있는 출력 및 입력 장치로서의 디스플레이(101)을 이용함으로써 수행될 수 있다.
대화형 디스플레이는 시스템의 형태 요소에 관계 없이, 그리고 이 형태 요소가 현재 존재하거나 추후에 인식될 것인지 여부에 관계없이, 바람직할 수 있는 임의의 시스템에서 이용될 수 있다. 간단히 말해 본 발명의 원리는 어떠한 특정 형 태 요소로도 제한되지 않는다. 따라서, 도 1은 단지 디스플레이 시스템의 컴포넌트 및 각종 정보 흐름을 기호를 사용하여 나타낸 것이며, 구체적으로 어떤 물리적인 시스템을 수치로(dimensionally) 나타낸 것이 아니다.
이러한 원리를 예시하기 위하여, 대화형 디스플레이는 표준 데스크톱 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 핸드헬드 장치, 뮤직 플레이어, 바코드 스캐너, 가정용 보안 시스템, 패스트푸드점 식사 주문 시스템, 손목시계, 기타 등등에 포함될 수 있다. 디스플레이는 매우 작지만, 디스플레이가 아주 크다면 유용했을 응용이 많이 있다.
예를 들면, 디스플레이가 각각이 몇 피트씩인 길이 및 너비를 가지는 전체 경기장(area of play)을 나타내는 곳에 가상 에어 하키 테이블(virtual air hockey table)이 생성될 수 있다. 디스플레이된 이미지는 2개의 골(goal), 각종 필드 마커(marker), 및 하키 퍽(puck)을 포함할 수 있다. 사용자는 물리적 패들(또는 맨손일 수 있음)을 이용하여 디스플레이에 접촉하여 가상 패들(paddle)이 위치한 곳에 관련된 정보를 제공할 수 있다. 기본 프로세싱은 가상 패들(paddle) 이동 및 이전의 경기 움직임이 주어졌을 때 적절한 퍽의 이동을 시뮬레이션할 수 있다. 적절한 사용자 입력으로, 가상 하키 테이블은 대형 디스플레이를 이용하여 사용자가 가상 빌딩 및 및 풍경(landscape)을 건설할 수 있게 해주는 건축 및 풍경 레이아웃으로 변형될 수 있다.
어떠한 경우라도, 시스템 및 디스플레이의 형태는 본 발명의 넓은 원리에서는 중요하지 않다. 이는 특히 본 발명의 원리가 디스플레이를 매우 얇게 해줄 수 있게 때문에 성립되지만(true), 반드시 요구되는 것은 아니다. 따라서, 매우 작고 /거나 얇은 시스템조차도 본 발명의 원리를 포함할 수 있다. 따라서 이 개념은 매우 융통성있고 전체 시스템의 형태 요소 및/또는 디스플레이에 디스플레이되는 크기(dimension)나 형태와는 독립적이다.
전술한 바와 같이, 디스플레이(101)는 디스플레이 메카니즘과, 이 디스플레이(101)와 접촉되거나 그 정면에 있는 개체의 이미지를 캡처하는 이미지 캡처 메카니즘을 모두 포함한다는 점에서 대화식이다. 그러나, 도 1에서는 나타내진 않았지만, 도 1의 디스플레이(101)는 평면형 방사 가이드를 포함한다. 이하 상세히 기술될 예시적인 실시예로부터 알 수 있는 바와 같이, 디스플레이 메카니즘과 이미징 메카니즘 중 적어도 하나(및 일부 경우에는 둘 다)는 평면형 방사 가이드를 사용한다.
평면형 방사 가이드의 디스플레이 메카니즘으로서의 동작의 원리가 도 2a 및 도 2b에 관련하여 먼저 기술될 것이다. 도 2a는 평면형 방사 가이드(200)의 측면을 도시하며, 여기에는 오른쪽으로 향하는 x-축, 이 페이지 면과에서 아래쪽으로 직교하여 아래쪽으로 향하는 y-축, 및 위쪽으로 향하는 z-축을 나타내는 기준 카테지안(Cartesian) 좌표계(201)가 도시되어 있다. 도 2b는 동일한 좌표계(201)를 이용하는 평면형 방사 가이드(200)의 상면도를 도시한다. 그러나, 도 2b의 경우, x-축은 오른쪽으로 향하는 반면, 도 2b의 상면은 y-축이 위쪽으로 향하게 하고, z-축이 이 페이지 면에서 위로 직교하여 위쪽으로 향하게 한다. 도 2a 및 도 2b에 도시된, 이미지를 디스플레이하기 위한 평면형 라이트 가이드의 사용은 본 기술 분야에 공지되어 있다. 그렇지만, 이러한 디스플레이의 물리적인 원리를 기술하는 것 이 도 3 내지 도 10에 관련하여 기술된 본원의 실시예를 이해하는 데에 도움이 될 것이다.
본 명세서 및 청구항에서, 용어 "위로(upward)", "위에(above)", 또는 "상부에(on top of)"는 평면형 방사 가이드를 언급할 때 좌표계(201(도 2a 및 도 2b 참조) 및 302(도 3 내지 도 10 참조))에 대하여 양(positive)의 z-축을 말하는 것이다. 다시 말해서, 제1 개체가 제2 개체보다 디스플레이된 이미지의 관찰자(viewer)에 더 가깝게 있다면 제1 개체가 제2 개체의 "위에"있는 것이다. 반대로, 용어 "아래로(downward)", "아래에(below)", 또는 "하부에(underneath)"는 평면형 방사 가이드를 언급할 때 좌표계(201 및 302)에 대하여 음(negative)의 z-축을 말하는 것이다.
도 2a 및 도 2b를 참조해 보면, 평면형 방사 가이드(200)는 방사 전달부(radiation propagation portion; 211) 및 방사 인터페이스부(radiation interface portion; 212)를 포함한다. 프로젝터(230)는 방사 전달부(211)의 왼쪽 끝에 위치하고 평면형 방사 가이드(200)의 방사 전달부(211)의 왼쪽 모서리로 이미지를 방출한다. 완전한 이미지가 평면형 방사 가이드에 투사되지만, 평면형 방사 가이드를 이용하는 디스플레이의 일반적인 원리를 명료하게 기술하기 위하여 방사의 2개의 광선(231 및 232)만이 도시되었다. 예를 들면, 도 2b을 참조해 보면, 이미지는 복사각들(radial angles; 241 및 242) 사이의 어느 곳에서나 프로젝터(230)에 의해 방출될 수 있다. 따라서, 복사각(241 및 242) 보다 큰 각도에 있는 평면형 방사 가이드(200)의 재료(대각선 음영으로 도시됨)는 방사를 전달하는 데에 이용되지 않을 것이다.
이미지가 내부 반사의 원리에 의해 방사 전달부(211)의 전체 길이에 걸쳐 전달되도록 방사 전달부(211)의 크기가 조절된다. 통상적으로, 방사 전달부(211)는 그 두께가 균일하다. 따라서, 방사의 특정 광선에 대한 반사각이 임계각보다 크지 않는 한, 이 광선은 단순히 방사 전달부(211)로 다시 반사하게 된다. 본원에 이용된 용어로서, 방사를 전달하는 "반사각(reflection angle 또는 angle of reflection)"은 방사가 움직임이는 방향과 이 방사가 다음에 만날 평면형 방사 가이드의 표면 간의 각도이다. 임계각은 평면형 방사 가이드(211)의 재료의 굴절률의 함수 및 주변 재료의 굴절률의 함수이다. 따라서, 도 2a에 도시된 바와 같이, 광선(231 및 232)은 서로 다른 반사각을 가지지만, 이 반사각들은 초기에는 둘 다 임계각보다 작으므로, 광선(231 및 232)은 내부 반사에 의해서 방사 전달부(211)를 통하여 전달된다. 실제로, 방사 인터페이스부(212)에 이미지 정보를 전달하기 위하여, 디스플레이되는 이미지 전체가 방사 전달부(211) 전반에 걸쳐 임계값보다 작은 상태를 유지한다.
방사 인터페이스부(212)는 그 두께가 균일하지 않다. 통상적으로, 이러한 두께가 균일하지 않은 부분은 도 2a 및 도 2b의 경우에서 도시했으나, 도 2a에서 가장 잘 볼 수 있는 완전한 웨지 또는 부분적인 웨지의 형상을 취할 수 있다. 도시된 경우는 두께가 선형으로 변화하는 경우를 나타낸 것이지만, 두께는 부분적으로(piecewise) 선형이거나 비선형으로도 변형될 수도 있다. 웨지-형상의 방사 인터페이스부로의 광선의 각각의 내부 반사에서, 반사각은 임계값을 넘어설 때까지 점점 더 커진다. 일단 임계값을 초과하면, 내부 반사가 유지될 수 없어서, 광선은 평면형 방사 가이드를 빠져나갈 것이다. 광선이 정확히 z-축 방향으로 빠져나가는 것으로 도시되었지만, 통상적인 평면형 방사 가이드는 적절한 디스플레이를 보장하기 위하여 터닝 필름(turning film) 및 확산 필름(diffusion film)을 이용한다. 도 3 내지 도 10에 관련하여 기술된 예시적인 실시예로부터 알 수 있는 바와 같이 이하 기술된 본 발명의 실시예도 이러한 터닝 필름과 확산 필름을 이용한다.
도 2a를 다시 참조하면, 빠져나가는 광선과 프로젝터(230)로부터의 거리는 그 광선에 대한 초기 반사각에 따라 다를 것이다. 예를 들면, 광선(231)이 프로젝터(230)로부터 방출될 때 더 큰 반사각을 가졌으므로 광선(231)은 광선(232)보다 프로젝터(230)에 훨씬 가까운 곳에서 빠져나간다. 도 2b로부터 알 수 있는 바와 같이, 프로젝터(230)는 복사각(즉, x-z 평면에 관련된 각)을 또한 제어한다. 따라서, 이미지를 나타내는 모든 방사 광선의 반사각 및 복사각을 신중하게 제어함으로써, 평면형 방사 가이드(200)의 방사 인터페이스부(212)에서 깨끗한 이미지가 디스플레이될 수 있다.
도 2c는 평면형 방사 가이드가 평면형 방사 가이드(200')의 형태로 시각적으로 접혀지는 것을 나타낸다. 평면형 방사 가이드는 커플링된(coupled) 프리즘(240; prism)을 이용하여 방사 전달부(211')로부터 방사 인터페이스부(212')로의 방사 전도로서의 방사의 흐름 방향을 반전시킨다. 이는 디스플레이의 사용자 인터페이스 영역은 액세스가능하게 하는 한편, 이 디스플레이의 다른 컴포넌트는 숨겨줌으로써 시스템 공간의 효율적인 이용을 가능하게 한다. 대안으로서 또는 추가 로, 통상적인 실행은 종종 각각이 디스플레이의 서로 다른 부분으로 이미지를 전개하는 것을 담당하는 복수의 프로젝터들이 이용될 수 있는 "타일링(tiling)"을 가능하게 한다. 이는 방사 전달부를 더 짧게 할 수 있다.
도 2a 및 도 2b와는 다르게, 본 발명의 원리에 따른 대화형 디스플레이는 평면형 방사 가이드를 이용하였지만, 이 대화형 디스플레이는 디스플레이 메카니즘 및 이미징 메카니즘 모두를 포함할 수 있다. 디스플레이 메카니즘은 평면형 방사 가이드의 방사 인터페이스부 영역(area)으로부터 방사를 출력하지만, 디스플레이에 반드시 평면형 방사 가이드를 이용할 필요는 없다.
본 명세서 및 청구항에서, 방사가 방사 인터페이스부 "영역으로부터" 출력되거나 방출된다는 것은 방사가 1) 방사 인터페이스부로부터 직접 방출되거나 2) 방사 인터페이스부 윗부분으로부터 방출되는 것을 의미한다. 그러므로, 이 정의에 따르면, 이미지는 방사 인터페이스부 아래로부터 또는 방사 인터페이스부 위로부터 발생할 수 있거나, 평면형 방사 가이드의 방사 전달부를 통한 전달에 의해 발생할 수 있다.
디스플레이 메카니즘이 디스플레이에 평면형 방사 가이드를 이용하는 경우, 디스플레이 메카니즘은 방사 전달부를 이용하여 디스플레이될 방사를 전달하고 이러한 평면형 방사 가이드의 방사 인터페이스부로부터 전달된 방사의 적어도 일부를 방출한다.
한편, 이미징 메카니즘은 평면형 방사 가이드의 방사 인터페이스부 영역에서 수광된 방사를 캡처(capture)한다. 본 명세서 및 청구항에서, 방사가 방사 인터페 이스부의 "영역에서" 수광되고 있다는 것은 방사가 방사 인터페이스부에 의해 수광되거나 방사 인터페이스부 앞의 이미징 컴포넌트에 의해 수광되는 것을 의미한다. 그러므로, 이 정의에 따르면, 이미지는 방사 인터페이스부 위에 또는 아래에서 수취될 수 있거나, 평면형 방사 가이드의 방사 전달부를 통한 전달을 위해 방사 인터페이스부에 의해 수취될 수 있다.
이미징 메카니즘이 이미징에 평면형 방사 가이드를 이용하는 경우, 이미징 메카니즘은 방사 인터페이스부를 이용하여 방사를 수광하고 이러한 수광된 방사 중 적어도 일부를 평면형 방사 가이드의 방사 전달부로 하향 전달한다.
이제 본 발명의 몇 가지 실시예가 도 3 내지 도 10에 관련하여 기술될 것이다. 이들 실시예 각각에서는, 명료함을 위하여, 평면형 방사 가이드가 접혀지지 않은(unfolded) 형태로서 도시될 것이다. 그러나, 이들 실시예 중 임의의 하나 또는 모두는 (예를 들면, 도 2c에 따라 도시된 바와 같이) 시각적으로(optical) 접혀지거나, 시각적으로 접혀진 것들을 여러 개 포함할 수도 있다. 또한, 도 3 내지 도 11 각각에 관련된 방향의 기준은 일관성 있게 도 2a 및 도 2b의 좌표계(201)와 동일한 기준 카테지안 좌표계(302)에 관련된 방향으로 한다.
도 3은 방사 전달부(311) 및 방사 인터페이스부(312)를 포함하는 평면형 방사 가이드(301)를 포함하는 대화형 디스플레이(300)를 도시한다. 방사 전달부(311)는 대체로 균일한 두께를 가지는 것으로 도시된다. 도 4 내지 도 11에 도시된 다른 방사 전달부에도 마찬가지이지만, 도 4 내지 도 11에서는, 도면을 간단히 하고 중복을 피하기 위하여 방사 전달부라고 특별히 언급(label)하지 않았다. 그러나, 평면형 방사 가이드가 디스플레이에 이용된 경우 프로젝터에 의해 투사된 이미지의 표시 중 적어도 일부가 방사 인터페이스부에 수취된다면 방사 전달부는 균일한 두께를 가져야될 필요는 없다. 또한, 평면형 방사 가이드가 이미징에 이용되는 경우, 방사 전달부의 한쪽 끝에 수취된 이미지의 표시 중 적어도 일부가 방사 전달부의 다른쪽 끝에 수취된다면 방사 전달부는 균일한 두께를 가져야될 필요는 없다. 방사 전달부의 두께가 균일한지 여부에 관계 없이, 두께 프로파일(profile)은 이미지(존재한다면)를 투사할 때, 또는 평면형 방사 가이드를 이용하여 이미지(존재한다면)를 캡처할 때 고려된다.
방사 인터페이스부(312)는 잘리어진 웨지(truncated wedge) 형상을 갖는 것으로서 도시된다. 도 4 내지 도 11에서는 방사 전달부라고 특별히 언급하지 않았다지만, 이들 도면에 도시된 다른 방사 전달부 또한 웨지 형상을 갖는 것으로 도시하였다. 그러나, 프로젝터가 이미지(존재한다면)를 전송할 때 그 형상을 고려하고 카메라가 이미지(존재한다면)를 캡처할 때 그 형상을 고려하는 한(so long as the projector takes the shape into consideration when transmitting an image, if any, and so long as the camera takes the shape into consideration when capturing an image, if any), 방사 인터페이스부가 이러한 형상을 가져야 할 필요는 없다. 평면형 라이트 가이드가 이용되는지 여부에 상관 없이, 어떠한 경우라도, 방사 인터페이스부는 이미지가 디스플레이되는 곳이며, 이미지가 캡처되는 곳이다.
다른 스펙트럼이 아닌(rather than another) 소정의 주파수 스펙트럼 상에 서(즉, 디스플레이 또는 이미지) 동작하기 위하여, 평면형 방사 가이드의 크기(dimension)를, 원하는 방사의 적절한 내부 반사, 발광, 및 캡처를 보장하도록 조절하는 것이 유용할 수 있다. 이는 광학 분야의 당업자에게 이 설명을 읽음으로써 명백해질 것이다. 따라서, 평면형 방사 가이드의 구체적인 크기는 본원에서는 설명하지 않는다. 본질적으로, 본 발명의 원리에 대하여 기대되는 주파수 스펙트럼 및 응용이 매우 다양하기 때문에 고려되는 바람직한 크기는 존재하지 않는다. 따라서, 도 3 내지 도 11은 크기가 조절(scale)된 것으로서 도시되었다고 생각해서는 안되며, 본 발명의 넓은 범위의 원리를 이해하기 위한 개념적인 목적으로만 이용되어야 한다.
도 3의 구체적인 대화형 디스플레이(300)를 참조해 볼 때, 디스플레이(300)는 평면형 방사 가이드(301)를 디스플레이 메카니즘 및 이미징 메카니즘 모두로서 이용한다. 프로젝터(331)는 평면형 방사 가이드(301)에 이미지를 전달하고, 이 평면형 방사 가이드(301)에서는 이미지가 방사 전달부(311)를 통해 전달되고 평면형 인터페이스부(312)의 윗면을 통해 방출된다. 이미지는 터닝 필름(321)을 이용하여 위를 향하게 되며, 이 터닝 필름(321) 위에서는 확산 필름(322)이 이미지가 디스플레이 정면에 바로 있어야될 필요 없이 깨끗하게 보일 수 있도록 이미지를 확산한다. 디스플레이된 이미지는 가시광선, 적외선, 자외선, 또는 임의의 기타 종류의 광일 수 있다.
이미징을 위하여, 디스플레이(300)에 접촉되거나 가까이 있는 개체를 조명(illuminate)하는 데에 백라이트(323)가 이용된다. 도 3 내지 도 11의 예에서, 백라이트는 적외선 백라이트이지만, 적외선 백라이트에 대한 대안으로 또는 추가하여 다른 주파수 스펙트럼에 대한 다른 유형의 백라이트가 이용될 수 있다. 적외선 백라이트(323)는 에지 방출 적외선 LED(Light Emitting Diodes), 적외선 LED의 어레이, 또는 현재 공지되어 있거나 앞으로 개발될 것이건 간에 적외선을 생성하는 임의의 기타 메카니즘으로 구성될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 적외선 백라이트(323)는 그 아래쪽에 반사 코팅을 가짐으로써 백라이트(323)의 효율을 증진시킬 수 있다.
적외선 백라이트로부터의 적외선은 광을 큰 각도로 확산시킬 수 있다. 따라서, 방사 인터페이스부의 하면과 직교하여 근접한 광만을 필터링(filter out)하는 데에 프라이버시 필름(324)이 이용된다. 프라이버시 필름(324)이 없다면, 일부 적외선이 방사 전달부 아래와 카메라(332)로 전달될 수 있으므로, 이미징 처리에 잡음이 유입될 수 있다. 도 4 내지 도 11에 관련하여 기술되고 도시된 프라이버시 필름(324) 및 다른 프라이버시 필름들은 이 필름들의 하면에 BEF(Brightness Enhancement Film)를 가질 수 있다. BEF는 다량의 확산광의 채널을 필터링하고 그 광이 위를 향하게 한다.
IR 광이 프라이버시 필름(324)에 의해 더 시준(collimate)되기 때문에, 적외선은 내부 반사를 극복하는 데에 필요한 임계각 보다 충분히(safely) 큰 각을 갖고서 방사 인터페이스부의 상면을 통과한다. 적외선은 터닝 필름(321)을 통과하고, 확산 필름(322)을 통과한다. 터닝 필름(321)은 평면형 방사 가이드(301)의 방사 인터페이스부의 상면과 평행하여 근접한 각으로 터닝 필름(321)에 입사하는 임의의 광이 위를 향하게 한다는 것을 유의한다. 그러나, IR 백라이트(323)의 경우, 적외선이 방사 인터페이스부의 상면과 평행하여 근접하지 않는 각도로 방사 인터페이스부를 빠져나갈 수 있기 때문에 터닝 필름(321)의 의미가 저하될 수 있다.
확산 필름(322)과 접촉하는 개체의 경우, 적외선의 일부가 확산 필름(322)을 통해 아래로 다시 반사될 것이다. 확산 필름(322)과 접촉하는 개체의 경우, 광이 확산할 만한 거리가 없기 때문에 확산 필름(322)이 영향을 미치지 않는다(For objects in contact with the diffusion film(322), the diffusion film(322) would have little effect so there was no distance for the light to diffuse into). 그러나, 개체가 확산 필름(322)으로부터 약간의 거리가 있는 경우에도, 그 광의 일부는 여전히 이 개체로부터 확산 필름(322)으로 아래로 다시 반사될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 확산 필름(322)은 근접필터(proximity filter)로서 동작하는 경향이 있어 디스플레이와 접촉하거나 근접한 개체에 대하여 선명하고 밝은 이미지를 반사시키는 경향이 있다.
어떠한 경우라도, 반사된 적외선의 일부는 내부 반사를 극복하는 데에 필요한 임계각 보다 작은 각도로 터닝 필름(321)을 통과할 것이다. 이 적외선은 평면형 라이트 가이드(301)의 남은(the rest of) 방사 인터페이스부 및 방사 전달부를 지나서 적외선 카메라(332)로 왼쪽 방향으로 전달될 것이다. 그 다음 카메라(332)에서 적외선이 수광되는 반사각 및 복사각에 기초하여 디스플레이에 관련된 프로세싱 시스템이 방사 인터페이스부 중 어느 부분에서 광이 수광되었는지를 추론할 수 있다.
도 4는 평면형 방사 가이드(401)를 이용하여 디스플레이를 하지만, 평면형 방사 가이드(401)를 이용하여 이미징은 하지 않는 다른 특정 대화형 디스플레이(400)를 도시한다. 프로젝터(431)는 평면형 방사 가이드(401)를 통해 이미지를 전달하는데, 이 평면형 방사 가이드(401)에서는 이미지가 위쪽으로 터닝 필름(421) 및 확산 필름(422)을 통과한다. 따라서 디스플레이 메카니즘은 도 3과 관련하여 기술된 것과 유사할 수 있다.
그러나, 이미징 메카니즘은 다소 달라진다. 한 가지 차이점은 방사 인터페이스부의 하면 상에는 프라이버시 필름이 없다는 것이다. 평면형 방사 가이드(401)의 왼쪽 모서리에 카메라가 없기 때문에, 카메라에 잡음이 있어서 적외선 백라이트의 일부를 평면형 방사 가이드를 통해 왼쪽으로 전달해야 하는 경우가 쇄도할 위험이 없어졌다. 따라서, 프라이버시 필름을 이용한 예방조치는 덜 긴급해진다. 그러나, 어떠한 경우라도, 이미징되고 있는 개체로부터 반사되는 일부 적외선은 확산 필름(422) 및 터닝 필름(421)을 통해 평면형 방사 가이드(401)의 방사 인터페이스부로 다시 반사된다.
이 반사된 적외선의 일부는 평면형 방사 가이드(401)를 통해 다시 왼쪽으로 전달되는 한편, 일부는 아래로 적외선 백라이트 필름(423)에 다시 전달된다. 적외선 카메라(432)의 어레이가 적외선 백라이트(424)의 위에 또는 (양방향 화살표(441)로 나타낸 바와 같이) 아래에 위치하여 반사된 광을 수광할 수 있다. 실제로, 적외선 카메라(432)와 평면형 방사 가이드(401) 간의 거리는 매우 짧을 수 있다.
도 5는 디스플레이(500)의 다른 예를 도시하며, 이 디스플레이(500)는 프로 젝터(531)가 터닝 필름(521) 및 확산 필름(522)을 통하여 이미지를 디스플레이하는 데에 평면형 방사 가이드(501)를 이용한다는 점에서 도 4의 디스플레이(400)와 유사하다. 그러나, 이 경우, 적외선 백라이트가 별개의 평면형 방사 가이드(541)로의 프로젝터로서 작용하는 LED(infrared Light Emitting Diode; 533)에 의해 제공된다. 평면형 방사 가이드(541)로부터 방출되는 광은 터닝 필름(542)을 이용하여 위로 전달된다. 그 곳으로부터, 적외선은 평면형 방사 가이드(501), 터닝 필름(521), 및 확산 필름(522)을 통과한다. 그 다음 적외선은 디스플레이에 접촉하는 또는 디스플레이 정면에 있는 개체로부터 다시 반사되며, 이 반사된 광의 일부는 필름(522 및 521)을 지나 평면형 방사 가이드(501)로 다시 아래로 전달된다. 반사된 광의 일부는 적외선 카메라(532)로 다시 전달된다. 다른 반사된 광은 평면형 방사 가이드(501)로부터 아래로 전달될 수 있다. 따라서, IR 카메라(532)는 반사된 이미지를 수취한다. 적외선 카메라(532) 대신 또는 적외선 카메라(532)에 추가하여, 도 4에 관련하여 도시한 것과 마찬가지로, 카메라의 어레이가 평면형 방사 가이드(501) 아래에 제공될 수 있다.
도 6은 디스플레이(600)의 다른 예를 도시한다. 다시 한번, 이미지를 평면형 방사 가이드(601)의 왼쪽 모서리에 전달하는 프로젝터(631)에 의해 디스플레이가 일어날 수 있다. 이 투사된 이미지는 터닝 필름(621) 및 확산 필름(622)을 통해 위로 전달됨으로써 이미지를 디스플레이한다.
평면형 방사 가이드(601)는 또한 적외선 백라이트를 제공하고, 디스플레이(600)에 접촉된 또는 디스플레이(600) 정면에 있는 개체에 의해 반사되는 적외선 이미지를 수취하는 기능을 한다. (LED와 같은) 적외선 광원(633)은 적외선을 평면형 방사 가이드(601)에 투사한다. 적외선 백라이트는 또한 터닝 필름(621) 및 확산 필름(622)을 통해 위로 전달된다. 반사된 적외선은 평면형 방사 가이드에 다시 수광되는데, 여기서 수취된 광의 일부가 적외선 카메라(632)에 의해 캡처됨으로써 적외선 이미지를 형성한다.
도 6의 기술 및 구조는 적외선 이미지에, 이 이미지가 적외선 LED의 배치(position)에 의해 반사가 과다하게 일어나는 몇몇의 핫 스팟(hot spots)을 발생시킬 수 있다. 그러나, 이는 2개의 적외선 LED를 교대로 투사시킴으로써 보완될 수 있다. 따라서 적외선 LED들 중 하나의 핫 스팟에 대한 이미지 정보는 이 LED를 끄고, 다른 LED를 백라이트의 광원으로 이용함으로써(using the other LED to source the backlight) 얻어질 수 있다.
도 6의 한 가지 수정 사항으로, IR LED(633) 및 IR 카메라(632)가 프로젝터(631)에 통합될 수 있다. "주사된 빔 레이저 투사(scanned beam laser projection)"라 칭하는 기술을 이용함으로써, (IR 카메라(632)로서 기능하는) IR 포토 센서 및 ("LED"라는 용어를 더 널리 이용하는 IR LED(633)로서 기능하는) IR 레이저가 프로젝터에 통합된다. 그 다음 디스플레이의 가시광선(visible) 부분이 주사되고 있을 때와 동시에 IR 이미지가 캡처된다. 이는 설계에 있어 부품(component)의 개수를 줄여준다. 또한, 단일한 포토다이오드 및 점광원이 이용되기 때문에, 장치는 (예를 들면, 주변 태양광과 같은) 주변광 잡음을 줄이도록 조정(modulate)될 수 있다. 미러(mirror)가 주사된 디스플레이 이미지를 구체 화(formulate)하기 위하여 디스플레이를 가로질러(across) 주사하기 때문에, 미러는 또한 IR 이미지를 조명하고 IR 이미지를 캡처한다. 이러한 경우, IR 포토 센서를 IR 레이저 파장에만 반응하게 할 수 있다. IR 레이저가 변조된 반송파(modulated carrier)를 가진다면, IR 포토 센서는 전자 필터를 이용하여 그 반송 주파수에서만 IR 광을 수광할 수 있다. 이러한 레이저 주사 카메라도 도 7 내지 도 10의 실시예 각각에 대한 IR카메라와 마찬가지로 이용될 수 있다. 그러한 경우, 도 7 내지 도 10에서는 별도의 IR 조명 백라이트가 필요하지 않을 것이다.
도 11은 디스플레이와 이미징을 수행하는 데에 모두 평면형 방사 가이드(1101)를 이용하는 디스플레이(1100)의 측면도를 도시한다. 주사 미러(1102)는 결합된 이미지 디스플레이와 이미지 캡처 방사 컴포넌트를 포함하는 시준된 방사(1103)를 수광한다. 예를 들면, 시준된 방사(1103)는 (방사 가이드(1101)를 통해 오른쪽으로 전달될 때) 이미지가 디스플레이되게 해주는 임의의 방사를 나타내는 이미지 디스플레이 방사를 포함한다. 예를 들어, 이미지 디스플레이 방사는, 적색, 녹색, 및 청색의 결합된 빔과 같은 가시광선일 수 있다. 이 경우, 적색, 녹색, 및 청색 성분은 적색, 녹색, 및 청색 레이저에 의해 생성(빔 광원(1105) 참조)되고, 빔 결합기(beam combiner; 1104)를 이용하여 하나의 빔으로 결합된다. 대안으로, 이미지 디스플레이 방사는 디스플레이에 적절한 주파수 범위의 광(예를 들면, 가시광선)을 생성하기 위하여 주사 미러(1102)로부터 시각적으로 아래로(downstream) 다른 성분들에 반응하는 비-가시적 방사일 수 있다.
시준된 방사(1103)는 또한 이미지 캡처 방사를 포함한다. 이미지 캡처 방사 는 이미지 캡처에 적절한 임의의 주파수 스켁트럼의 빔일 수 있다. 예를 들면, 빔 광원(1105)들 중 하나는 IR 빔 광원일 수 있다. 그 IR 빔은 빔 결합기(1104)를 또한 이용하여 시준된 빔(1103)에 결합될 수 있다. 빔 결합기(1104)는 추상적으로 단일 컴포넌트로서 나타난다. 그러나, 빔 결합기(1102)는 이미지 디스플레이와 이미지 캡처 빔을 단일한 시준된 빔(1103)으로 결합하는 데에 필요하다면 복수의 빔 결합기를 포함할 수 있다.
주사 미러(1102)는 시준된 방사(1103)를 수광하고 시준된 방사(1103)가 디스플레이 영역 상에 적절한 패턴으로 주사되도록 적절한 각도로 이러한 방사를 주사한다. 따라서 주사 미러(1102)는 주사식(scanning-type) 프로젝터를 동작시킨다. 주사 미러(1102)로부터 투사된 이미지 디스플레이 방사는 평면형 방사 가이드(1101)에 입사하여 이미지가, 예를 들면, 터닝 필름(1121) 및 확산 필름(1121)을 통해 디스플레이되게 한다.
시준된 방사(1103)는 또한 이미지 캡처 방사를 포함하고 있기 때문에, 이 이미지 캡처 방사도 동시에 디스플레이 상에 주사된다. 따라서, 방사가 디스플레이 내의 한 지점에서 디스플레이되면, 이미지 캡처 방사는 정확히 동시에 디스플레이의 정확히 동일 지점으로부터 방출될 수 있다. 디스플레이와 접촉하거나 그 정면에 있는 개체가 있다면, 이미지 캡처 방사는 본래 주사 미러(1102)로부터 취하였던 것과 동일한 경로를 역으로 하여 아래로 반사될 수 있다. 스캐닝 미러(1102)는 이미지 캡처 방사(1106)를 이미지 캡처 렌즈(들)(1107)로 다시 반사한다. 이미지 캡처 렌즈(들)(1107)는 밖으로(outgoing) 시준된 빔(1103)에 매우 근접하게 위치되어 있고, 디스플레이로부터 수직으로 반사된 이미지 캡처 방사를 강조하는 기능을 한다. 따라서, 포토 센서(1108)는 디스플레이와 접촉하거나 바로 정면에 있는 개체의 이미지를 검출한다. 포토 센서(1108)가 빔 결합기(1104)로부터 멀리 떨어져 있는 것으로 도시되었지만, 포토 센서(1108)는 빔 결합기(1104)와 근접하게 위치될 수 있다.
도 3 내지 도 6에 관련하여 도시되고 기술된 디스플레이는 모두 이미지를 디스플레이하는 데에 평면형 방사 가이드를 이용하는 디스플레이 메카니즘을 가진다. 그러나, 본 발명의 원리는 이미징 메카니즘으로서 평면형 방사 가이드를 이용하지만, 디스플레이 메카니즘으로서는 평면형 방사 가이드를 이용하지 않는 디스플레이에도 적용된다. 이는 이제 보다 상세히 기술될 도 7 내지 도 10에서의 경우이다. 도 7 내지 도 10 각각에서, LCD(Liquid Crystal Display)층은 디스플레이된 이미지를 제공하는 것으로 도시된다. 그러나, 본 발명의 원리는 이에 제한되지 않는다. 이미지를 디스플레이하는 데에 이용될 수 있는 다른 디스플레이층(현재 개발되었든 추후에 개발될 것이든 간에)들이 있을 수 있다.
도 7은 디스플레이에 접촉하거나 그 정면에 있는 개체를 이미징하는 데에는 평면형 방사 가이드(701)를 이용하지만, 실질적인 디스플레이에는 평면형 방사 가이드를 이용하지 않는 디스플레이(700)를 도시한다. LCD층(731)에는 LCD층(731) 하면에 배치된 적외선 및 가시광선 백라이트(723)가 제공된다. 통상적으로 알려진 바와 같이, LCD층을 이용하는 이미지의 디스플레이는 조리개의 공간적인 어레이에 대응하는 적절한 색 필터링으로 LCD층을 통과하는 것이 선택적으로 허용되는 백라 이트의 가시광선 영역으로 이루어진다. 도 7에 대하여, LCD층(731) 및 백라이트(723)의 가시광선 영역은 LCD층(731)으로부터 상향으로 투사되는 이미지를 생성하도록 작용한다. LCD층(731)으로부터 디스플레이된 이미지는 확산 필름(722)을 통과하여 사용자에게 디스플레이된다.
이미징 메카니즘은 백라이트(723)의 적외선 부분(또는 적어도 디스플레이에 이용되었던 것과는 다른 주파수 스펙트럼 광)을 이용한다. 적외선은 LCD층(731)을 통과하는데, 이 LCD 층(731)은 적외선에 일부 투명하며, 이 적외선의 일부는 LCD층(731)의 불투명한 부분들 중 일부에 의하여 아래로 다시 확산된다. LCD층(731)을 통과하는 적외선은 또한 확산 필름(722)을 통과하여 개체로부터 반사된다. 그 다음 반사된 광은 아래로 확산 필름(722), LCD층(731), 및 백라이트층(723)을 다시 통과한다. 프라이버시 필름(724)은 실질적으로 아래방향을 향했던 광만을 통과시킨다. 따라서, 프라이버시 필름(724)은 LED층(731) 및 확산층(722)에 의해 확산되었던 광의 많은 부분을 필터링하는 작용을 한다. 터닝 필름(721)은 반사된 적외선의 방향을 바꾸어(turn) 이 적외선이 평면형 방사 가이드(701)를 통하여 적외선 카메라(732)로 전달되도록 한다.
도 8은 디스플레이에 접촉되거나 그 정면에 있는 개체를 이미징하는 데에 평면형 방사 가이드(801)를 이용하지만, 실질적인 디스플레이에는 평면형 방사 가이드(801)를 이용하지 않는 다른 디스플레이(800)를 도시한다. LCD층(831)에는 그 하면에 배치된 가시광선 백라이트(825)가 제공된다. 이미지의 디스플레이는 적절한 색 필터링을 이용하여 LCD층(831)을 통과하는 것이 선택적으로 허용된 백라이 트(825)로부터의 가시광선으로 이루어진다. LCD층(831)으로부터 디스플레이된 이미지는 확산 필름(822)을 통과하여 사용자에게 디스플레이된다.
이미징 메카니즘은 프라이버시 필름(824)을 통해 적외선(또는 적어도 디스플레이에 이용되었던 것과는 다른 주파수 스펙트럼의 광)을 방출하는 데에 적외선 백라이트(823)를 이용한다. 프라이버시 필름(824)은 적외선으로 하여금, 이 적외선이 평면형 방사 가이드(801)를 통해 적외선 카메라(832)로 다시 반사되지 않도록 하는 방향을 향하게 한다. 대신, 적외선은 터닝 필름(821), 가시광선 백라이트(825), LCD층(831) 및 확산 필름(822)을 통과한다. 개체로부터 반사되는 적외선은 아래로 확산 필름(822), LCD층(831) 및 가시광선 백라이트층(825)을 다시 통과한다. 적외선의 일부는 아래로 터닝 필름(821)을 통과하여, 이 적외선이 평면형 방사 가이드(801)를 통하여 적외선 카메라(832)에 전달되도록 한다.
일 실시예에서는, 도 8에 구체적으로 도시되지는 않았지만, 도 5에 관련하여 상술한 바와 마찬가지로 적외선 백라이트로서 제2 평면형 방사 가이드가 이용될 수 있다. 그 경우, 적외선 LED(533), 평면형 방사 가이드(541), 및 터닝 필름(542)의 조합이 적외선 백라이트층(823) 및 프라이버시 필름(824) 대신에 이용될 것이다.
도 9는 이미징 매카니즘이 평면형 방사 가이드(901)를 통해 일어나지만, 디스플레이에는 평면형 방사 가이드(901)를 이용하지 않는 평면형 라이트 가이드(900)를 도시한다. (가시광선 백라이트(925)로부터 발생한) LCD층(931)으로부터의 광은 단순히 위쪽으로 평면형 라이트 가이드를 통과할 수 있어 평면형 라이트 가이드(901)로부터 위쪽으로 이미지를 방출한다.
이미징 메카니즘은 프라이버시 필름(924), 가시광선 백라이트(925), LCD층(931), 평면형 방사 가이드(901)를 통하여 적외선(또는 적어도 디스플레이에 이용되었던 것과는 다른 주파수 스펙트럼의 광)을 방출하는 데에 적외선 백라이트(923)를 이용하고 디스플레이(900)와 접촉하는 또는 그 정면에 있는 개체를 반사시킨다. 그 다음 반사된 광의 일부는 평면형 방사 가이드(901)를 통해 다시 적외선 카메라(932)로 전달된다.
도 10은 평면형 방사 가이드(1001)를 포함하는 디스플레이(1000)를 도시한다. 디스플레이는 백라이트(1023)의 가시광선 영역을 이용하여 일어나는데, 이 백라이트(1023)는 프라이버시 필름(1024)을 이용하여 시준된 다음, 선택적으로 LCD층(1031) 통과가 허용되어 시준된 디스플레이 이미지를 형성할 수 있다. 이미지는 평면형 방사 가이드(1001), 및 확산 필름(1022)을 통과한다. 반사율을 최소화하기 위하여, 흑색 확산 필름(1022)이 이용될 수 있다.
이미징은 백라이트(1023)의 적외선 부분을 이용하여 이루어지는데, 이 광은 프라이버시 필름(1024)에 의해 시준된다. 적외선의 상당량은 아직 실질적으로 시준된 형태로 LCD층(1031)을 통과한다. 시준된 적외선은 평면형 방사 가이드(1001) 및 확산 필름(1022)을 통과하며, 객체를 반사시킨다. 이 반사되는 적외선의 일부는 평면형 방사 가이드(1001)를 통해 적외선 카메라(1032)로 이동한다. 도 10의 한 변형된 형태는 LCD층(1031)이 평면형 방사 가이드(1001) 바로 아래에 위치되는 대신에 확산 필름(1022)과 평면형 방사 가이드(1001) 사이에 위치된 것일 수 있다.
따라서, 대화형 이미징 디스플레이가 디스플레이 및 이미징 동작 중 적어도 하나(또한 둘 다가 될 수도 있음)를 수행하는 데에 평면형 방사 가이드를 이용하는 실시예가 기술되었다. 본 발명은 그 사상 및 본질적인 특징으로부터 벗어나지 않는 다른 특정 형태로 실시될 수 있다. 기술된 실시예는 모든 점에서 단지 예시적인 것이며 제한적인 것이 아니라고 고려되어야 한다. 따라서 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아닌 첨부된 청구항에 의해 지정된다. 청구항의 동등물의 범위 및 의미 내에 있는 모든 변형들이 그 범위 내에 수용되는 것으로 한다.

Claims (20)

  1. 방사 전달부(radiation propagation portion) 및 방사 인터페이스부(radiation interface portion)를 갖는 평면형 방사 가이드 - 상기 방사 인터페이스부는 두께가 불균일함 - , 상기 방사 인터페이스부의 영역(area)에서 디스플레이하도록 구성된 디스플레이 메카니즘, 및 상기 방사 인터페이스부의 영역에서 백라이트(backlight)와 카메라를 이용하여 이미징(image)을 하도록 구성된 이미징 메카니즘을 포함하는 대화형 디스플레이를 이용하는 방법으로서,
    개체를 상기 평면형 방사 가이드의 상기 방사 인터페이스부와 접촉하도록 또는 상기 방사 인터페이스부의 앞에 배치하여, 상기 백라이트로 상기 개체를 조명하고 상기 카메라로 상기 개체에 의해 반사된 광을 수광하는 단계; 및
    상기 평면형 방사 가이드의 상기 방사 인터페이스부로부터 방사광을 방출하여 이미지를 디스플레이하는 단계를 포함하는
    대화형 디스플레이 이용 방법.
  2. 대화형 디스플레이로서,
    방사 전달부 및 방사 인터페이스부를 포함하는 평면형 방사 가이드 - 상기 방사 인터페이스부는 두께가 불균일함 - ;
    상기 방사 인터페이스부의 영역으로부터 방사광(radiation)을 출력하기 위한 디스플레이 메카니즘; 및
    상기 방사 인터페이스부의 영역에서 수광된 방사광을 캡처(capturing)하기 위한 이미징 메카니즘을 포함하고,
    상기 대화형 디스플레이는,
    상기 디스플레이 메카니즘 또는 상기 이미징 메카니즘 중 적어도 하나가 상기 평면형 방사 가이드를 이용하도록 구성되되,
    상기 디스플레이 메카니즘이 상기 평면형 방사 가이드를 이용하는 경우에는 상기 디스플레이 메카니즘이 상기 방사 전달부를 이용하여 디스플레이될 방사광을 전달하고 상기 방사 인터페이스부로부터 전달된 방사광의 적어도 일부를 방출하며,
    상기 이미징 메카니즘이 상기 평면형 방사 가이드를 이용하는 경우에는 상기 이미징 메카니즘이 상기 방사 인터페이스부를 이용하여 방사광을 수광하고 이 수광된 방사광의 적어도 일부를 상기 방사 전달부의 아래로 전달하도록 구성되는
    대화형 디스플레이.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이미징 메카니즘은
    상기 평면형 방사 가이드의 상기 방사 전달부에 백라이트를 투사(project)하도록 구성된 백라이트 광원(backlight source); 및
    상기 백라이트 광원 옆의 상기 방사 전달부의 모서리에 위치된 카메라를 포함하는
    대화형 디스플레이.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 이미징 메카니즘은 상기 평면형 방사 가이드의 상기 방사 인터페이스부 아래에 위치된 백라이트를 이용하고,
    상기 백라이트는 광을 상기 방사 인터페이스부에 통과시켜 상기 통과한 광이 상기 방사 인터페이스부의 상면으로부터 방출되도록 구성되는
    대화형 디스플레이.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 평면형 방사 가이드는 제1 평면형 방사 가이드이며,
    상기 백라이트는 제2 평면형 방사 가이드를 포함하는
    대화형 디스플레이.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 대화형 디스플레이는 상기 디스플레이 메카니즘이 상기 평면형 방사 가이드를 이용하고 상기 이미징 메카니즘은 상기 평면형 방사 가이드를 이용하지 않도록 구성되며,
    상기 대화형 디스플레이는
    상기 방사 인터페이스부 아래에 위치된 카메라들의 어레이를 더 포함하는
    대화형 디스플레이.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 디스플레이의 상기 방사 인터페이스부의 아래쪽 끝에 프라이버시 필름(privacy film)을 더 포함하는
    대화형 디스플레이.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 대화형 디스플레이는 상기 디스플레이 메카니즘과 상기 이미징 메카니즘이 둘 다 상기 평면형 방사 가이드를 이용하도록 구성되는
    대화형 디스플레이.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 방사 전달부의 모서리에 위치된 프로젝터(projector); 및
    상기 방사 전달부의 모서리에 위치된 카메라를 더 포함하는
    대화형 디스플레이.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 대화형 디스플레이는 상기 디스플레이 메카니즘 및 상기 이미징 메카니즘 중 하나만이 상기 평면형 방사 가이드를 이용하도록 구성되는
    대화형 디스플레이.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 대화형 디스플레이는 상기 디스플레이 메카니즘이 상기 평면형 방사 가이드를 이용하고 상기 이미징 메카니즘은 상기 평면형 방사 가이드를 이용하지 않도록 구성되는
    대화형 디스플레이.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 방사 전달부의 모서리에 위치된 프로젝터를 더 포함하는
    대화형 디스플레이.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 대화형 디스플레이는 상기 이미징 메카니즘이 상기 평면형 방사 가이드를 이용하고 상기 디스플레이 메카니즘은 상기 평면형 방사 가이드를 이용하지 않도록 구성되는
    대화형 디스플레이.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 방사 전달부의 모서리에 위치된 카메라를 더 포함하는
    대화형 디스플레이.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 디스플레이 메카니즘은 상기 평면형 방사 가이드의 상기 방사 인터페이스부 위에 배치된 디스플레이층을 포함하는
    대화형 디스플레이.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 디스플레이 메카니즘은 상기 평면형 방사 가이드의 상기 방사 인터페이스부 아래에 배치된 디스플레이층을 포함하는
    대화형 디스플레이.
  17. 제2항에 있어서,
    상기 방사 전달부는 적어도 가시광선을 전달하도록 구성되는
    대화형 디스플레이.
  18. 제2항에 있어서,
    상기 방사 전달부는 적어도 적외선을 전달하도록 구성되는
    대화형 디스플레이.
  19. 삭제
  20. 삭제
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