KR101991352B1 - 3차원 입체 영상 디스플레이용 광학계 - Google Patents

3차원 입체 영상 디스플레이용 광학계 Download PDF

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박진영
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Abstract

예시적인 실시예들에 따른 3차원 입체 영상 디스플레이용 광학계는 변경 미러, 회전 미러, 경사 미러, 오목 미러, 및 평면 미러를 포함할 수 있다. 상기 변경 미러는 공간광변조기를 통과한 광의 경로를 수평 방향에서 수직 방향으로 변경하도록 구비될 수 있다. 상기 회전 미러는 X축 및 Y축이 서로 다른 곡률 반경을 가지면서 회전하도록 구비될 수 있다. 상기 경사 미러는 중심 영역에는 광을 통과시키는 구멍이 형성되고, 주변 영역은 타면이 평면 구조를 가지면서 일면이 오목한 경사 구조를 갖도록 구비될 수 있다. 상기 오목 미러는 중심 영역에는 상기 경사 미러를 둘러쌀 수 있는 크기의 구멍이 형성되고, 주변 영역은 전체가 오목한 밴딩 구조를 갖도록 구비될 수 있다. 상기 평면 미러는 중심 영역에는 구멍이 형성되고, 주변 영역은 평편한 도넛 구조를 갖도록 구비될 수 있다.

Description

3차원 입체 영상 디스플레이용 광학계{Optical system for display three dimension image}
본 발명은 3차원 입체 영상 디스플레이용 광학계에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 디지털 홀로그램을 반사 광학계를 이용하여 확대 재생하여 공간상에 3차원 입체 영상으로 디스플레이할 수 있는 3차원 입체 영상 디스플레이용 광학계에 관한 것이다.
디스플레이 기술의 발전에 따라 3차원 입체 영상과 같이 좀 더 현실감 있는 영상에 대한 요구가 증가하고 있다. 따라서 3차원 입체 영상을 디스플레이하기 위한 장치에 대한 수요는 비약적으로 증가할 것이다. 이러한 요구에 맞추어 3차원 입체 영상을 디스플레이하기 위한 기술이 다양하게 제안되어 오고 있다.
본 발명의 일 과제는 홀로그램을 3차원 입체 영상으로 디스플레이하기 위한 콤팩트한 구조를 갖는 3차원 입체 영상 디스플레이용 광학계를 제공하는데 있다.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 3차원 입체 영상 디스플레이용 광학계는 변경 미러, 회전 미러, 경사 미러, 오목 미러, 및 평면 미러를 포함할 수 있다. 상기 변경 미러는 공간광변조기를 통과한 광의 경로를 수평 방향에서 수직 방향으로 변경하도록 구비될 수 있다. 상기 회전 미러는 X축 및 Y축이 서로 다른 곡률 반경을 가지면서 회전하도록 구비될 수 있다. 상기 경사 미러는 중심 영역에는 광을 통과시키는 구멍이 형성되고, 주변 영역은 타면이 평면 구조를 가지면서 일면이 오목한 경사 구조를 갖도록 구비될 수 있다. 상기 오목 미러는 중심 영역에는 상기 경사 미러를 둘러쌀 수 있는 크기의 구멍이 형성되고, 주변 영역은 전체가 오목한 밴딩 구조를 갖도록 구비될 수 있다. 상기 평면 미러는 중심 영역에는 구멍이 형성되고, 주변 영역은 평편한 도넛 구조를 갖도록 구비될 수 있다. 그리고 상기 변경 미러에 의해 경로가 변경되는 광은 상기 경사 미러의 중심 영역을 통과하여 상기 회전 미러에 입사되고, 상기 회전 미러에 입사되는 광은 상기 경사 미러의 주변 영역 일면으로 반사되고, 상기 경사 미러의 주변 영역 일면으로 반사되는 광은 상기 평면 미러의 주변 영역으로 반사되고, 상기 평면 미러의 주변 영역으로 반사되는 광은 상기 오목 미러로 반사되고, 상기 오목 미러로 반사되는 광은 상기 평면 미러의 중심 영역을 통과하도록 상기 변경 미러, 상기 경사 미러, 상기 회전 미러, 상기 평면 미러의 순서로 배치시킴과 아울러 상기 오목 미러는 상기 회전 미러의 아래쪽에서 상기 경사 미러를 둘러싸는 구조로 이루어지게 배치시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 회전 미러는 알루미늄 재질로 이루어지고, 상기 광의 입사가 이루어지지 않는 타면은 요홈 구조를 갖도록 형성할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 오목 미러는 오목한 부분이 상기 평면 미러를 향하면서 상기 경사 미러의 타면과 이루는 각도가 35 내지 50°가 되도록 배치시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 공간광변조기를 통과하는 광으로 컬러 영상의 구현이 가능하게 상기 공간광변조기를 통과하는 광의 R,G,B 색상을 합성할 수 있도록 구비되는 컬러 합성용 프리즘과, 상기 공간광변조기를 통과하는 광으로 원하는 영상의 구현이 가능하게 상기 공간광변조기를 통과하는 광을 포커싱할 수 있도록 구비되는 포커싱 렌즈를 더 포함할 수 있고, 그리고 상기 공간광변조기, 상기 컬러 합성용 프리즘, 및 상기 포커싱 렌즈는 동일 선상에 상기 광이 통과하는 차례대로 배치됨과 아울러 상기 회전 미러와는 수직 방향을 갖도록 배치될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 경사 미러의 중심 영역을 통과하기 이전에 상기 변경 미러에 의해 경로가 변경되는 광을 포커싱하도록 구비되는 릴레이 렌즈를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 평면 미러의 중심 영역의 구멍을 덮을 수 있으면서 양면에 반사 방지막이 코팅되는 구조를 갖도록 구비되는 평면 윈도우를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따른 3차원 입체 영상 디스플레이용 광학계는 구성 요소로서 미러들이 대부분을 차지함으로써 그 특성상 색수차가 발생하지 않는 광학계의 구성이 가능하기 때문에 보다 현실감 있는 3차원 입체 영상을 디스플레이할 수 있을 것이다.
또한, 예시적인 실시예들에 따른 3차원 입체 영상 디스플레이용 광학계는 렌즈의 형상으로 불가능한 대구경을 갖는 미러들을 제작할 수 있기 때문에 보다 확대 재생한 홀로그램 영상을 공간상에 3차원 입체 영상으로 디스플레이할 수 있을 것이다.
아울러, 예시적인 실시예들에 따른 3차원 입체 영상 디스플레이용 광학계는 회전 미러의 크기를 다른 미러들의 크기에 비해 상대적으로 축소시킬 수 있기 때문에 광학계의 운용시 회전 구동에 따른 위험 요소를 최소화할 수 있을 것이다.
특히, 예시적인 실시예들에 따른 3차원 입체 영상 디스플레이용 광학계는 공간광변조기를 통과한 광의 경로를 수평 방향에서 수직 방향으로 변경할 수 있기 때문에 광학계의 구성시 높이를 낮출 수 있고, 그 결과 보다 콤팩트한 구조를 가질 수 있을 것이다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 3차원 입체 영상 디스플레이용 광학계를 나타내는 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1의 3차원 입체 영상 디스플레이용 광학계에 구비되는 회전 미러를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 3차원 입체 영상 디스플레이용 광학계에 구비되는 경사 미러를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1의 3차원 입체 영상 디스플레이용 광학계에 구비되는 평면 미러를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1의 3차원 입체 영상 디스플레이용 광학계에 구비되는 오목 미러를 나타내는 도면이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성 요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 3차원 입체 영상 디스플레이용 광학계를 나타내는 개략적인 도면이다.
도 1을 참조하면, 예시적인 실시예들에 따른 3차원 입체 영상 디스플레이용 광학계(이하, '광학계'라 함)(100)는 홀로그램을 확대 재생하여 공간상에 3차원 입체 영상으로 디스플레이할 수 있는 것으로써, 광의 경로를 기준할 때 공간광변조기(SLM : spatial light modulator)(11), 컬러 합성용 프리즘(13), 포커싱 렌즈(15), 변경 미러(17), 릴레이 렌즈(19), 회전 미러(23), 경사 미러(21), 평면 미러(25), 오목 미러(27), 평면 윈도우(29)를 포함할 수 있다.
공간광변조기(11)는 입력되는 광을 홀로그램에 대응하는 3차원 입체 영상으로 변조시킬 수 있도록 구비될 수 있다.
컬러 합성용 프리즘(13)은 R, G, B 색상을 합성할 수 있도록 구비될 수 있다. 이에, 컬러 합성용 프리즘(13)은 공간광변조기(11)를 통과하는 광에 R,G,B 색상을 합성함으로써 3차원 입체 영상을 컬러 영상으로 디스플레이할 수 있는 것이다. 그리고 컬러 합성용 프리즘(13)의 예로서는 내부전반사(TIR : total internal reflection) 프리즘을 들 수 있다.
포커싱 렌즈(15)는 공간광변조기(11), 또는 공간광변조기(11) 및 컬러 합성용 프리즘(13)을 통과하는 광을 포커싱할 수 있도록 구비될 수 있다. 특히, 포커싱 렌즈(15)는 녹색(green) 파장을 기준으로 초점 거리가 약 128mm를 갖는 렌즈로써 오목 렌즈와 볼록 렌즈가 접합되는 더블릿(doublet) 구조로 이루어질 수 있을 것이다.
그리고 예시적인 실시예들에 따른 광학계(100)에서, 언급한 공간광변조기(11), 컬러 합성용 프리즘(13), 및 포커싱 렌즈(15)는 동일 선상에 광이 통과하는 순서를 갖는 차례대로 배치될 수 있다. 언급한 동일 선상은 회전 미러(23)가 배치되는 방향과 수직 방향일 수 있다.
예시적인 실시예들에 따른 광학계(100)는 공간광변조기(11), 컬러 합성용 프리즘(13), 및 포커싱 렌즈(15)와 회전 미러(23)가 수직한 구조를 갖도록 배치시킬 수 있는 것이다.
이와 같이, 예시적인 실시예들에 따른 광학계(100)의 공간광변조기(11), 컬러 합성용 프리즘(13), 및 포커싱 렌즈(15)와 회전 미러(23)를 수직한 구조를 갖도록 배치시키는 것은 광학계(100) 전체 높이를 낮추기 위함인 것으로써, 공간광변조기(11), 컬러 합성용 프리즘(13), 및 포커싱 렌즈(15)와 회전 미러(23)가 수직하게 배치되는 구조가 공간광변조기(11), 컬러 합성용 프리즘(13), 및 포커싱 렌즈(15)와 회전 미러(23) 전체가 동일 선상에 배치되는 구조에 비해 광학계(100) 전체 높이를 낮출 수 있기 때문이다.
다시 말해, 공간광변조기(11), 컬러 합성용 프리즘(13), 및 포커싱 렌즈(15)가 지면을 기준으로 수직 방향으로 높이를 갖도록 쌓는 구조에 비해 공간광변조기(11), 컬러 합성용 프리즘(13), 및 포커싱 렌즈(15)가 지면을 기준으로 수평 방향으로 나열되도록 놓이는 구조가 광학계(100) 전체 높이를 충분하게 낮출 수 있기 때문인 것이다.
이에, 예시적인 실시예들에 따른 광학계(100)는 동일 선상에 차례대로 배치되는 공간광변조기(11), 컬러 합성용 프리즘(13), 및 포커싱 렌즈(15)를 통과하는 광을 수직 방향으로 변경시켜야 한다.
따라서 예시적인 실시예들에 따른 광학계(100)는 공간광변조기(11), 컬러 합성용 프리즘(13), 및 포커싱 렌즈(15)와 회전 미러(23) 사이에서 광을 수직 방향으로 변경시키도록 하는 변경 미러(17)를 구비할 수 있다.
변경 미러(17)는 포커싱 렌즈(15)를 통과한 광을 수직 방향 상부에 배치되는 회전 미러(23)로 경로를 변경시킬 수 있게 포커싱 렌즈(15)와 회전 미러(23) 사이에서 45˚ 각도를 갖도록 배치될 수 있다.
이와 같이, 예시적인 실시예들에 따르면 변경 미러(17)를 구비하여 광학계(100) 전체의 높이를 낮춤으로써 3차원 공간에 확대 재생되는 홀로그램을 일반 성인이 앉아서 볼 수 있는 높이를 갖는 광학계(100)의 제공이 가능할 것이다.
릴레이 렌즈(19)는 변경 미러(17)에 의해 경로가 변경되는 광을 포커싱하도록 구비될 수 있다. 이에, 릴레이 렌즈(19)는 변경 미러(17)와 회전 미러(23) 사이에 배치되도록 구비될 수 있다. 또한, 릴레이 렌즈(19)는 녹색 파장을 기준으로 초점 거리가 약 360mm를 갖는 렌즈로써 오목 렌즈와 볼록 렌즈가 접합되는 더블릿(doublet) 구조로 이루어질 수 있을 것이다.
도 2는 도 1의 3차원 입체 영상 디스플레이용 광학계에 구비되는 회전 미러를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 회전 미러(23)는 언급한 바와 같이 공간광변조기(11), 컬러 합성 프리즘(13), 및 포커싱 렌즈(15)와 수직 방향 상부에 배치될 수 있다.
회전 미러(23)는 회전 구동이 가능한 부재와 연결됨에 의해 회전하는 구성을 갖도록 구비될 수 있다. 회전 미러(23)를 회전하도록 구비하는 것은 초다시점을 획득하기 위함이다.
회전 미러(23)는 X축 및 Y축이 서로 다른 곡률 반경을 갖도록 구비될 수 있다. 회전 미러(23)를 X축 및 Y축이 서로 다른 곡률 반경을 갖도록 구비하는 것은 X축 및 Y축에서 오는 경로가 서로 다른 광들을 한 점에 모음으로써 광학계(100) 수차 중에서 비점수차를 줄일 수 있기 때문이고, 왜곡수차를 보정할 수 있기 때문이다.
이에, 예시적인 실시예들에 따른 광학계(100)는 X축 및 Y축이 서로 다른 곡률 반경을 갖는 회전 미러(23)를 구비함으로써 3차원 입체 영상을 공간상에 보다 선명하게 디스플레이할 수 있을 것이다.
특히, 예시적인 실시예들에 따른 광학계(100)는 회전 미러(23)를 구비함으로써 고속으로 회전하여 릴레이 렌즈(19)로부터 입사되는 광의 경로를 변경시켜 줌과 아울러 경사 미러(21), 평면 미러(25), 오목 미러(27)와 함께 작동함으로써 3차원 공간에 확대 재생되는 홀로그램을 360˚ 방향에서 볼 수 있도록 할 수 있을 것이다.
회전 미러(23)는 가공성이 용이하고, 경량성이 우수한 알루미늄 재질로 이루어질 수 있다.
따라서 회전 미러(23)는 회전 대칭 구조를 갖도록 보다 용이하게 제작할 수 있고, X축의 곡률 반경과 Y축의 곡률 반경이 서로 다른 구조 등과 같이 자유 비구면을 갖도록 보다 용이하게 제작할 수 있을 것이다.
또한, 회전 미러(23)는 경량화를 통하여 회전 구조물에 대한 안정성까지도 확보할 수 있을 것이다.
그리고 광이 입사되는 회전 미러(23)의 일면(231)과 반대되는 광의 입사가 이루어지지 않는 회전 미러(23)의 타면(233)은 요홈(235) 구조를 갖도록 형성할 수 있을 것이다. 회전 미러(23)의 타면(233)에 요홈(235) 구조를 형성하는 것은 요홈(235) 구조만큼 무게를 줄이기 위함인 것으로서, 보다 우수한 경량화의 구현이 가능할 것이다.
아울러, 회전 미러(23)는 약 100mm 이하의 직경을 갖도록 형성할 수 있을 것이다. 이에, 회전 미러(23)의 크기를 경사 미러(21), 평면 미러(25), 및 오목 미러(27)의 크기에 비해 상대적으로 그 크기를 축소시킬 수 있기 때문에 광학계(100)의 운용시 회전 구동에 따른 위험 요소를 최소화할 수 있을 것이다.
도 3은 도 1의 3차원 입체 영상 디스플레이용 광학계에 구비되는 경사 미러를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 경사 미러(21)는 중심 영역에는 광을 통과시키는 구멍(211)이 형성되고, 주변 영역은 타면(215)이 평면 구조를 가지면서 일면(213)이 오목한 경사 구조를 갖도록 구비될 수 있다. 경사 미러(21)는 회전 미러(23)로부터 반사되는 광을 평면 미러(25)로 반사시킬 수 있도록 회전 미러(23)와 평면 미러(25) 사이에 배치될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따른 광학계(100)에서, 경사 미러(21)는 약 350mm의 직경을 갖도록 구비될 수 있을 것이고, 중심 영역의 구멍(211)은 약 100mm의 크기를 갖도록 형성될 수 있을 것이고, 일면(213)에서의 경사 구조는 약 1,200mm의 곡률 반경을 갖도록 구비될 수 있을 것이다.
이에, 릴레이 렌즈(19)로부터 회전 미러(23)로 입사되는 광은 경사 미러(21)의 중심 영역의 구멍(211)을 통과할 수 있을 것이고, 회전 미러(23)로부터 반사되는 광은 경사 미러(21)의 일면(213)에 형성된 경사 구조에 의해 평면 미러(25)로 반사될 수 있을 것이다.
특히, 경사 미러(21)는 포커싱 렌즈(15)에 의해 초점을 맺은 부분에서 출발한 광을 릴레이 렌즈(19)와 회전 미러(23), 평면 미러(25)와 함께 작용하여 경사 미러(21)와 평면 미러(25) 사이에 초점을 형성하고 평면 미러(25)로부터 반사되는 광이 오목 미러(27)로 반사되는 광 경로를 제한함으로써 오목 미러(27)가 커질 수 있는 것을 억제할 수 있을 것이다.
도 4는 도 1의 3차원 입체 영상 디스플레이용 광학계에 구비되는 평면 미러를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 평면 미러(25)는 중심 영역에는 구멍(251)이 형성되고, 주변 영역은 평편한 평면 구조를 갖도록 구비될 수 있다. 즉, 평면 미러(25)는 중심 영역에는 구멍(251)을 가지면서 주변 영역은 평편한 도넛 구조를 갖도록 형성될 수 있는 것이다.
예시적인 실시예들에 따른 광학계(100)에서, 평면 미러(25)는 약 670mm의 직경을 갖도록 구비될 수 있을 것이고, 중심 영역의 구멍(251)은 약 300mm의 크기를 갖도록 형성될 수 있을 것이다.
평면 미러(25)는 경사 미러(21)로부터 반사되는 광을 오목 미러(27)로 반사시킴과 아울러 오목 미러(27)로 반사되는 광을 평면 미러(25)의 구멍(251)을 통하여 통과되게 할 수 있도록 예시적인 실시예들에 따른 광학계(100)의 최상부에 배치될 수 있다.
이에, 평면 미러(25)는 경사 미러(21)로부터 반사되는 광을 오목 미러(27)로 반사시키는 역할을 함과 아울러 오목 미러(27)와 함께 작동하여 사람의 눈 위치에 초점이 맺도록 하는 역할을 할 수 있을 것이다.
즉, 예시적인 실시예들에 따른 광학계(100)는 오목 미러(27)에서 반사되어 사람의 눈으로 들어가는 광의 경로가 평면 미러(25)의 구멍(251)을 통과하고, 평면 미러(25)로부터 약 100mm 상부의 높이(L)를 갖는 공간(A)에 홀로그램 재생 이미지가 생성될 수 있도록 구성될 수 있는 것이다.
평면 미러(25)의 중심 영역에 형성되는 구멍(251)은 회전하는 회전 미러(23)를 보호하기 위한 평면 윈도우(29)가 배치될 수 있을 것이다.
그리고 평면 윈도우(29)가 놓이는 부분을 평면 미러(25)의 일면(253)으로 표현하고, 오목 미러(27)와 마주하는 부분을 평면 미러(25)의 타면(255)으로 표현할 수 있다.
도 5는 도 1의 3차원 입체 영상 디스플레이용 광학계에 구비되는 오목 미러를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 오목 미러(27) 중심 영역에는 경사 미러(21)를 둘러쌀 수 있는 크기의 구멍(271)이 형성되고, 주변 영역은 전체가 오목한 밴딩 구조를 갖도록 구비될 수 있다.
오목 미러(27)는 경사 미러(21)로부터 평면 미러(25)의 주변 영역으로 반사되는 광이 평면 미러(25)의 중심 영역에 형성되는 구멍(251)을 통하여 통과될 수 있도록 경사 미러(21)와 평면 미러(25) 사이에 배치될 수 있다.
특히, 오목 미러(27)는 경사 미러(21) 상부에서 경사 미러(21)를 둘러싸는 구조를 갖도록 배치될 수 있다. 이에, 오목 미러(27)의 중심 영역에는 회전 미러(23) 및 경사 미러(21)에서의 광이 반사되는 경로에 지장을 끼치지 않도록 언급한 바와 같이 경사 미러(21)를 둘러쌀 수 있는 크기의 구멍(271)이 형성될 수 있는 것이다.
예시적인 실시예들에 따른 오목 미러(27)는 약 670mm의 직경을 갖도록 구비될 수 있을 것이고, 중심 영역의 구멍(271)은 약 400mm의 크기를 갖도록 형성될 수 있을 것이다.
오목 미러(27)를 약 670mm의 직경을 갖도록 구비하는 것은 오목 미러(27)와 평면 미러(25)를 거의 동일한 직경을 갖도록 형성함으로써 오목 미러(27)와 평면 미러(25) 사이에서의 정렬을 용이하게 할 수 있기 때문이고, 중심 영역의 구멍(271)을 약 400mm의 크기를 갖도록 형성하는 것은 회전 미러(23) 및 경사 미러(21)에서의 광이 반사되는 경로에 지장을 주지 않으면서 약 350mm의 직경을 갖도록 형성되는 경사 미러(21)를 충분하게 둘러싸도록 배치되어야 하기 때문이다.
오목 미러(27)는 평면 미러(25)로부터 반사되는 광을 평면 미러(25)로부터 약 100mm 상부의 높이(L)를 갖는 3 차원 공간(A)에 홀로그램 재생 이미지가 생성되고 사람의 눈에 도달할 수 있게 약 470 내지 550mm의 곡률 반경을 갖도록 형성될 수 있을 것이다. 즉, 평면 미러(25)와 마주하는 오목 미러(27)의 일면(273)이 약 470 내지 550mm의 곡률 반경을 갖도록 이루어질 수 있는 것이다.
그리고 오목 미러(27)의 타면(275)은 오목 미러(27)의 무게를 최소화할 수 있게 약 480 내지 510mm의 곡률 반경을 갖도록 형성할 수 있을 것이다.
오목 미러(27)는 평면 미러(25)로부터 반사되는 광을 오목 미러(27)에서 반사되어 사람의 눈으로 들어가는 각도를 약 35 내지 50°가 되도록 배치시킬 수 있다. 즉, 오목 미러(27)는 오목한 부분이 평면 미러(25)를 향하면서 경사 미러(21)의 타면(215)과 이루는 각도가 약 35 내지 50°가 되도록 배치시킬 수 있을 것이다. 만약 오목 미러(27)가 언급한 약 35 내지 50°를 벗어나도록 배치될 경우에는 선명한 영상을 획득하지 못할 것이다.
또한, 회전 미러(23)와 평면 미러(25)에 광이 부딪히지 않도록 평면 미러(25)와 약 300mm의 거리를 유지하도록 배치시킬 수 있을 것이다.
그리고 평면 윈도우(29)는 평면 미러(25)의 중심 영역의 구멍(251)을 덮을 수 있도록 구비될 수 있다. 평면 윈도우(29)는 평면 미러(25)의 중심 영역을 덮는 구조를 갖도록 이루어지기 때문에 평면 미러(25)의 중심 영역에 형성되는 구멍(251)보다는 더 큰 크기를 갖도록 이루어질 수 있다. 따라서 평면 윈도우(29)는 약 310mm의 직경을 갖도록 구비될 수 있을 것이다.
평면 윈도우(29)는 평면 미러(25)의 타면(255) 중심 영역을 덮도록 배치될 경우에는 설치 구조가 복잡해질 수 있기 때문에 평면 미러(25)의 일면(253) 중심 영역을 덮도록 배치되게 구비될 수 있을 것이다.
평면 윈도우(29)는 오목 미러(27)로부터 반사되는 광을 통과시켜야 하기 때문에 광이 통과하는데 아무런 지장을 주지 않는 재질로 형성될 수 있을 것이다.
평면 윈도우(29)의 양면에는 광이 통과할 때 투과율 감소를 최소화함과 아울러 광의 이중 반사에 의한 고스트 현상을 최소화할 수 있도록 반사 방지막(도시되지 않음)이 코팅될 수 있을 것이다.
이와 같이, 예시적인 실시예들에 따른 광학계(100)는 언급한 평면 윈도우(29)를 구비함으로써 고속으로 회전하는 회전 미러(23)를 보호함과 아울러 사람의 부주의에 의한 상해 등을 방지할 수 있을 것이다.
언급한 바와 같이, 예시적인 실시예들에 따른 광학계(100)는 회전 미러(23), 경사 미러(21), 평면 미러(25), 오목 미러(27)와 같은 미러들이 구성 요소 대부분을 차지하기 때문에 그 특성상 색수차가 발생하지 않을 것이고, 이에 보다 현실감 있는 3차원 입체 영상을 디스플레이할 수 있을 것이다.
예시적인 실시예들에 따른 광학계(100)는 렌즈의 형상으로 불가능한 대구경을 갖는 미러들로 이루어지기 때문에 보다 확대 재생된 홀로그램 영상을 공간상에 3차원 입체 영상으로 디스플레이할 수 있을 것이다.
예시적인 실시예들에 따른 광학계(100)는 회전 미러(23)를 경사 미러(21), 평면 미러(25), 오목 미러(27)에 비해 작은 크기를 갖도록 형성할 수 있기 때문에 광학계(100)의 운용시 회전 구동에 따른 위험 요소를 최소화할 수 있을 것이다.
예시적인 실시예들에 따른 광학계(100)는 공간광변조기(11), 컬러 합성용 프리즘(13), 포커싱 렌즈(15)를 동일 선상인 수평 방향에 나란하게 배치시켜 광학계(100)의 구성시 높이를 낮출 수 있기 때문에 보다 콤팩트한 구조를 갖도록 형성할 수 있을 것이다.
이하, 언급한 예시적인 실시예들에 따른 광학계에서의 광의 경로에 대하여 설명하기로 한다.
도 1에서와 같이 예시적인 실시예들에 따른 광학계(100)는 공간광변조기(11), 컬러 합성용 프리즘(13), 포커싱 렌즈(15), 변경 미러(17)가 동일 선상에 차례대로 나란하게 배치되고, 변경 미러(17) 상부에 릴레이 렌즈(19), 경사 미러(21), 오목 미러(27), 회전 미러(23), 평면 미러(25) 및 평면 윈도우(29)가 배치되는 구조를 갖도록 구비될 수 있다.
먼저 3차원 입체 영상으로 디스플레이하기 위한 광은 수평 방향의 동일 선상에 나란하게 배치되는 공간광변조기(11), 컬러 합성용 프리즘(13), 및 포커싱 렌즈(15)를 통과할 수 있을 것이다.
그리고 포커싱 렌즈(15)를 통과하는 광은 변경 미러(17)에 의해 수직 방향으로 경로가 변경될 수 있을 것이고, 수평 방향에서 수직 방향으로 경로가 변경된 광은 릴레이 렌즈(19)를 통과하여 회전 미러(23)의 일면(231)에 입사될 수 있을 것이다.
이어서, 회전 미러(23)의 일면 입사되는 광은 회전 미러(23) 아래에 배치되는 경사 미러(21)의 일면(213)으로 반사될 수 있을 것이고, 경사 미러(21)의 일면(213)으로 반사되는 광은 경사 미러(21)의 상부에 배치되는 평면 미러(25)의 타면(255)으로 반사될 수 있을 것이다.
계속해서, 평면 미러(25)의 타면(255)으로 반사되는 광은 평면 미러(25) 아래에 배치되는 오목 미러(27)의 일면(273)으로 반사될 수 있을 것이고, 오목 미러(27)의 일면(273)으로 반사되는 광은 평면 미러(25)의 일면(253) 중심 영역에 구비되는 평면 윈도우(29)를 통과할 수 있을 것이다.
이와 같이, 예시적인 실시예들에 따른 광학계(100)는 회전 미러(23)의 회전에 의해 360˚ 전방위에서 재생되는 광이 경사 미러(21), 평면 미러(25), 오목 미러(27) 및 평면 윈도우(29)를 경유함으로써 평면 미러(25)의 약 100mm 상부에서 홀로그램 영상으로 재생되고, 그 상부에서 사람이 볼 수 있을 것이다.
예시적인 실시예들에 따른 3차원 입체 영상 디스플레이용 광학계는 전시회, 박람회 등과 같은 분위기 조성이 필요한 분야에 보다 적극적으로 적용할 수 있을 것이다. 또한, 예시적인 실시예들에 따른 3차원 입체 영상 디스플레이용 광학계는 학교 등과 같이 현실감이 필요한 분야에도 적용할 수 있을 것이고, 광고 등과 같이 홍보 효과가 필요한 분야에도 적용할 수 있을 것이다.
이와 같이, 예시적인 실시예들에 따른 3차원 입체 영상 디스플레이용 광학계는 디스플레이가 필요한 모든 분야에 적용할 수 있을 것이다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
11 : 광간광변조기 13 : 컬러 합성용 프리즘
15 : 포커싱 렌즈 17 : 변경 미러
19 : 릴레이 렌즈 21 : 경사 미러
23 : 회전 미러 25 : 평면 미러
27 : 오목 미러 29 : 평면 윈도우
100 : 광학계

Claims (6)

  1. 공간광변조기를 통과한 광의 경로를 수평 방향에서 수직 방향으로 변경하도록 구비되는 변경 미러;
    X축 및 Y축이 서로 다른 곡률 반경을 가지면서 회전하도록 구비되는 회전 미러;
    중심 영역에는 광을 통과시키는 구멍이 형성되고, 주변 영역은 타면이 평면 구조를 가지면서 일면이 오목한 경사 구조를 갖도록 구비되는 경사 미러;
    중심 영역에는 상기 경사 미러를 둘러쌀 수 있는 크기의 구멍이 형성되고, 주변 영역은 전체가 오목한 밴딩 구조를 갖도록 구비되는 오목 미러; 및
    중심 영역에는 구멍이 형성되고, 주변 영역은 평편한 도넛 구조를 갖도록 구비되는 평면 미러를 포함하고,
    상기 변경 미러에 의해 경로가 변경되는 광은 상기 경사 미러의 중심 영역을 통과하여 상기 회전 미러에 입사되고, 상기 회전 미러에 입사되는 광은 상기 경사 미러의 주변 영역 일면으로 반사되고, 상기 경사 미러의 주변 영역 일면으로 반사되는 광은 상기 평면 미러의 주변 영역으로 반사되고, 상기 평면 미러의 주변 영역으로 반사되는 광은 상기 오목 미러로 반사되고, 상기 오목 미러로 반사되는 광은 상기 평면 미러의 중심 영역을 통과하도록 상기 변경 미러, 상기 경사 미러, 상기 회전 미러, 상기 평면 미러의 순서로 배치시킴과 아울러 상기 오목 미러는 상기 회전 미러의 아래쪽에서 상기 경사 미러를 둘러싸는 구조로 이루어지게 배치시키는 것을 특징으로 하는 3차원 입체 영상 디스플레이용 광학계.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 회전 미러는 알루미늄 재질로 이루어지고, 상기 광의 입사가 이루어지지 않는 타면은 요홈 구조를 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 3차원 입체 영상 디스플레이용 광학계.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 오목 미러는 오목한 부분이 상기 평면 미러를 향하면서 상기 경사 미러의 타면과 이루는 각도가 35 내지 50°가 되도록 배치시키는 것을 특징으로 하는 3차원 입체 영상 디스플레이용 광학계.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 공간광변조기를 통과하는 광으로 컬러 영상의 구현이 가능하게 상기 공간광변조기를 통과하는 광의 R,G,B 색상을 합성할 수 있도록 구비되는 컬러 합성용 프리즘과, 상기 공간광변조기를 통과하는 광으로 원하는 영상의 구현이 가능하게 상기 공간광변조기를 통과하는 광을 포커싱할 수 있도록 구비되는 포커싱 렌즈를 더 포함하고,
    상기 공간광변조기, 상기 컬러 합성용 프리즘, 및 상기 포커싱 렌즈는 동일 선상에 상기 광이 통과하는 차례대로 배치됨과 아울러 상기 회전 미러와는 수직 방향을 갖도록 배치되는 것을 특징으로 하는 3차원 입체 영상 디스플레이용 광학계.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 경사 미러의 중심 영역을 통과하기 이전에 상기 변경 미러에 의해 경로가 변경되는 광을 포커싱하도록 구비되는 릴레이 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 입체 영상 디스플레이용 광학계.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 평면 미러의 중심 영역의 구멍을 덮을 수 있으면서 양면에 반사 방지막이 코팅되는 구조를 갖도록 구비되는 평면 윈도우를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 입체 영상 디스플레이용 광학계.
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