KR102231367B1 - 공기 중의 이미징에 사용되는 시스템 - Google Patents

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준펑 쉬
타오 팡
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푸투루스 테크놀로지 씨오., 엘티디.
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Abstract

이미지 소스, 반투과 반사 거울 및 재귀 반사 요소를 포함하는 공기 중의 이미징에 사용하기 위한 시스템. 이미지 소소에 의해 방출된 빛은 반투과 반사 거울에 의해 반사된 후 재귀 반사 요소 상에 조사되며, 빛은 재귀 반사 요소 상에 반사되고 원래의 입사 경로를 따라 반대 방향으로 출사하며, 반투과 반사 거울에 의해 투과된 후에, 실제 이미지를 형성한다. 선택적 투과막은 이미지 소스를 마주하는 반투과 반사 거울의 측면 상에 제공되고, 위상 지연 광학 소자는 반투과 반사 거울로부터 재귀 반사 요소 상에 입사한 제1 선형 편광이 위상 지연 광학 소자를 통과한 후 원편광이 되도록 반투과 반사 거울을 마주하는 재귀 반사 요소의 측면 상에 제공된다.

Description

공기 중의 이미징에 사용되는 시스템
본 출원은 2016년 12월 8일에 출원된 중국 특허 번호 CN2016111240031의 우선권, 2017년 12월 5일에 출원된 중국 특허 번호 CN2017112704019의 우선권, 2017년 12월 5일에 출원된 중국 특허 번호 CN2017112712706의 우선권, 2017년 12월 5일에 출원된 중국 특허 번호 CN2017112692670의 우선권 및 2017년 12월 5일에 출원된 중국 특허 번호 CN2017112712725의 우선권을 주장하며, 이들 출원은 그 전체가 본원에 참고로 인용된다.
본 발명은 홀로그래픽 이미징(holographic imaging) 분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 공기 중의 이미징을 위한 시스템에 관한 것이다.
홀로그래픽 기술은 간섭 및 회절의 원리에 따라 물체의 실제 3차원 이미지를 기록 및 재생성하는 기술이다.
종래의 홀로그래픽 이미징 방법에서, 홀로그래픽 이미지는 레이저 간섭의 원리에 따라 생성된다. 레이저 소스(laser source)에 의해 방출된 빛은 2개의 광선으로 분할되어, 그 중 하나의 광선은 감도측정계측기(sensitometric strip)로 직접 방출되고 다른 광선은 촬영된 물체에 의해 반사된 다음 감도측정계측기로 방출된다. 2개의 광선은 간섭을 일으키도록 감도측정계측기 상에 겹쳐진다(superimposed). 최종적으로, 생성된 홀로그램은 디지털 노이즈를 제거하고 명확한 홀로그래픽 이미지를 얻기 위해 디지털 이미지의 기본 원리를 사용하여 추가 가공된다. 이 방법은 단색성에 대한 요구가 놓고 컬러 이미징을 구현하기 어렵다는 단점이 있다.
기존의 홀로그래픽 이미징 기술은 일반적으로 하기의 3가지 유형으로 분류된다.
제1 유형에서는, 마이크로 소프트의 홀로렌즈, 등과 같은 가상 현실 또는 증강 현실 안경 또는 헬멧의 도움이 필요하다. 그리고 이러한 유형의 기술은 응용 시나리오가 제한되어 있고 보조 기구의 필요로 인해 현재 비용이 많이 든다.
제2 유형에서, 고속 회전 반사판(high-speed rotating reflective plate) 및 고속 재생 프로젝터는 고속 회전 반사판 상으로 이미지를 투사하여 3차원 이미지를 달성하도록 요구된다. 이러한 유형의 기술을 사용하는 회전식 홀로그래픽 프로젝션 쇼 캐비닛은 특허 문서 번호 CN105372926A에 개시되어 있다. 이 기술은 상호작용을 실현하기 어렵고, 위치 공간에 대한 엄격한 요구가 있다.
제3 유형에서, 미립자를 함유하는 매개체, 예를 들어 수증기를 함유하는 공기의 도움으로 이미지는 수증기의 액화에 의해 형성된 작은 물방울 상으로 투사되어, 불균형한 분자의 진동으로 인해 강한 계층적(hierarchical) 및 입체적(stereoscopic) 감각을 갖는 이미지가 형성될 수 있다. 이러한 유형의 기술의 응용은 특허 문서 번호 CN104977794A 및 CN 103116422A에 개시되어 있으며, 이들 모두에서 공기 중에 이미지를 형성하기 위해 수증기 커튼 벽이 사용된다. 그러나 수증기 커튼 벽을 생성하기 위한 보조 도구는 기술의 응용을 위해 여전히 요구되므로, 사용하기에 그리 편리하지 않다.
일반적으로, 상술한 기술들에서, 이미지는 가상 현실 또는 증강 현실 도구 상에 형성되거나, 고속 회전 반사판 상에 형성되거나, 공기 중의 미립자 상에 형성되며, 이들 중 어느 것도 실제로 공기 중에 이미징하지 않는다.
본 발명은 상술한 기술들의 결점들을 극복하고, 공기 중에 이미징하기 위한 실제 시스템 및 방법을 제공하여, 임의의 특별한 매개체 없이 공기 중에 및 진공에서도 이미지가 직접 형성될 수 있다. 공기 중에 이미징하기 위한 시스템 및 방법은 임의의 보조 도구에 의해 제한되지 않고 응용 범위를 크게 확장하며, 기존의 인간-기계 상호작용 시나리오에 혁명적인 돌파구를 제공한다.
본 발명의 주요 양태는 이미지 소스, 반투과 반사 거울(transflective mirror) 및 재귀 반사 요소(retroreflective element)를 포함하는 공기 중의 이미징을 위한 시스템을 제공한다. 이미지 소스에 의해 방출된 빛은 반투과 반사 거울에 의해 반사된 후에 재귀 반사 요소 상에 조사되고, 빛은 재귀 반사 요소에 의해 반사되고 원래의 입사 경로를 따라 반대 방향으로 출사된 다음, 반투과 반사 거울에 의해 투과된 후에 실제 이미지를 형성한다.
본 발명의 다른 주요 양태는 이미지 소스, 반투과 반사 거울 및 재귀 반사 요소를 포함하는 공기 중의 이미징을 위한 시스템을 제공한다. 이미지 소스에 의해 방출된 빛은 반투과 반사 거울에 의해 투과된 후에 재귀 반사 요소 상에 조사되고, 빛은 재귀 반사 요소에 의해 반사되고 원래의 입사 경로를 따라 반대 방향으로 출사된 다음, 반투과 반사 거울에 의해 반사된 후에 실제 이미지를 형성한다.
본 발명의 또 다른 양태는 이미지 소스, 반투과 반사 거울, 제1 재귀 반사 요소 및 제2 재귀 반사 요소를 포함하는 공기 중의 이미징을 위한 시스템을 제공한다. 이미지 소스에 의해 방출된 빛은 반투과 반사 거울에 의해 반사된 후에 제1 재귀 반사 요소 상에 조사되고, 빛은 제1 재귀 반사 요소에 의해 반사되고 원래의 입사 경로를 따라 반대 방향으로 출사된 다음, 반투과 반사 거울에 의해 투과된 후에 제1 실제 이미지를 형성하며, 추가로 이미지 소스에 의해 방출된 빛은 반투과 반사 거울에 의해 투과된 후에 제2 재귀 반사 요소 상에 조사되고, 빛은 제2 재귀 반사 요소에 의해 반사되고 원래의 입사 경로를 따라 반대 방향으로 출사된 다음, 반투과 반사 거울에 의해 반사된 후에 제2 실제 이미지를 형성한다.
본 발명의 또 다른 주요 양태는 제1 이미지 소스, 제2 이미지 소스, 반투과 반사 거울 및 재귀 반사 요소를 포함하는 공기 중의 이미징을 위한 시스템을 제공한다. 제1 이미지 소스에 의해 방출된 빛은 반투과 반사 거울에 의해 반사된 후에 재귀 반사 요소 상에 조사되고, 빛은 재귀 반사 요소에 의해 반사되고 원래의 입사 경로를 따라 반대 방향으로 출사된 다음, 반투과 반사 거울에 의해 투과된 후 제1 실제 이미지를 형성하며, 반투과 반사 거울에 의해 투과된 후 제2 이미지 소스에 의해 방출된 빛이 재귀 반사 요소 상에 조사되는 동안, 빛은 재귀 반사 요소에 의해 반사되고 원래의 입사 경로를 따라 반대 방향으로 출사된 다음, 반투과 반사 거울에 의해 반사된 후 제2 실제 이미지를 형성하며, 제1 이미지 소스 및 제2 이미지 소스의 위치는 제1 실제 이미지 및 제2 실제 이미지가 동일한 위치에 형성되도록 설정된다.
바람직하게는, 이미지 소스는 가상 이미지 또는 실제 이미지를 방출하는 디스플레이 이미징 장치 또는 이러한 이미징 장치에 의해 형성된 가상 이미지 또는 실제 이미지이다.
바람직하게는, 이미지 소스의 광원은 레이저, 발광 다이오드, 유기 발광 다이오드 및 유도 형광 발광 물질(stimulated fluorescence luminescence material)로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상이다.
바람직하게는, 반투과 반사 거울의 투과율은 20% 내지 80%이다.
바람직하게는, 반투과 반사 거울의 반사율은 20% 내지 80%이다.
바람직한 실시예에서, 재귀 반사 요소는 반사면을 갖는 베이스 재료 및 베이스 재료 상에 분포된 미세 구조를 포함한다.
바람직하게는, 미세 구조는 투명한 물질로 제조된 직각 꼭지점 미세 구조이며, 직각 꼭지점 미세 구조는 적어도 하나의 직각 꼭지점을 가지고, 직각 꼭지점의 3개의 모서리는 서로 직각을 이룬다.
바람직하게는, 미세 구조는 직각 꼭지점 미세 구조를 포함하는 오목 부분이며, 직각 꼭지점 미세 구조는 적어도 하나의 직각 꼭지점을 가지고 직각 꼭지점의 3개의 모서리는 서로 직각을 이룬다.
바람직하게는, 미세 구조는 투명한 물질로 제조된 구형 미세 구조이다.
바람직하게는, 반사면은 미세 구조를 마주하는 베이스 재료의 표면 상에 형성된다.
바람직하게는, 반사면은 베이스 재료가 미세 구조와 접하는 영역에 형성된다.
바람직하게는, 미세 구조 및 베이스 재료는 동일한 투명 재료로 일체로 형성되며, 직각 꼭지점은 외측으로 볼록하고, 반사면은 쌍으로 서로 교차하는 직각 꼭지점의 3개의 모서리에 의해 형성되는 3개의 면 상에 형성된다.
바람직하게는, 미세 구조는 베이스 재료 상에 균등하게 분포된다.
바람직하게는, 베이스 재료는 박막, 커튼, 시트 또는 수지(resin)다.
다른 바람직한 실시예에서, 재귀 반사 요소는 다수의 재귀 반사 유닛을 포함한다.
바람직하게는, 재귀 반사 유닛은 반사면을 갖는 미세 구조를 포함한다.
바람직하게는, 미세 구조는 투명한 재료로 제조된 직각 꼭지점 미세 구조이고, 직각 꼭지점 미세 구조는 적어도 하나의 직각 꼭지점을 가지며, 직각 꼭지점의 3개의 모서리는 서로 직각을 이루고, 적어도 일부 영역 또는 쌍으로 서로 교차하는 3개의 모서리에 의해 형성된 3개의 면은 반사면을 형성한다.
바람직하게는, 미세 구조는 직각 꼭지점 미세 구조를 갖는 오목 부분이고, 직각 꼭지점 미세 구조는 적어도 하나의 직각 꼭지점을 가지며, 직각 꼭지점의 3개의 모서리는 서로 직각을 이루고, 적어도 일부 영역 또는 쌍으로 서로 교차하는 3개의 모서리에 의해 형성된 3개의 면은 반사면을 형성한다.
바람직하게는, 미세 구조는 투명한 재료로 제조된 구형 미세 구조이고 반투과 반사 거울로부터 멀리 떨어진 구형 미세 구조의 일부의 표면은 반사면을 형성한다.
바람직하게는, 미세 구조의 반사면은 베이스 재료 상에 부착되거나 베이스 재료와 일체로 형성된다. 베이스 재료는 재귀 반사 요소를 운반하기 위해 사용될 수 있다.
바람직하게는, 미세 구조의 반사면 이외의 면은 투명한 베이스 재료 상에 부착되거나 베이스 재료와 일체로 형성된다. 베이스 재료는 재귀 반사 요소를 운반하기 위해 사용될 수 있다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 재귀 반사 요소는 다수의 재귀 반사 유닛 또한 포함한다.
바람직하게는, 재귀 반사 유닛은 제1 재료 및 제2 재료 중 하나를 포함하고, 재귀 반사 유닛은 반사면을 더 포함한다. 제1 재료는 투명한 고체 재료이다. 제1 재료는 빛의 입사 경로로부터 보았을 때 반사면의 전방에 위치한다. 빛은 제1 재료를 통해 들어가고, 반사면에 의해 반사된 다음, 제1 재료로부터 빠져나간다. 제2 재료는 빛의 입사 경로로부터 보았을 때 반사면의 뒤에 위치한다.
바람직하게는, 재귀 반사 유닛은 제1 재료 및 제2 재료를 포함하고, 재귀 반사 유닛은 반사면을 더 포함한다. 제1 재료는 공기 또는 진공이고 제2 재료는 박막, 커튼, 시트 또는 수지이다. 제1 재료는 빛의 입사 경로로부터 보았을 때 반사면의 전방에 위치하며, 빛은 제1 재료를 통해 들어가고, 반사면에 의해 반사된 다음, 제1 재료로부터 빠져나간다. 제2 재료는 빛의 입사 경로로부터 보았을 때 반사면의 뒤에 위치한다.
바람직하게는, 반사면은 쌍으로 서로 교차하는 직각 꼭지점의 3개의 모서리에 의해 형성된 3개의 면 또는 3개의 면의 영역의 적어도 일부를 포함한다. 직각 꼭지점의 3개의 모서리는 서로 직각을 이룬다.
바람직하게는, 반사면은 구면의 일부이고, 구의 중심은 빛의 입사 경로로부터 보았을 때 반사면의 전방에 위치한다.
바람직하게는, 제2 재료는 박막, 커튼, 시트 또는 수지이다.
바람직하게는, 직각 꼭지점의 3개의 모서리는 길이가 동일하다.
바람직하게는, 고 반사성 재료(highly reflective material)는 반사면 상에 부착된다.
바람직하게는, 고 반사성 재료의 반사율은 60%, 70%, 80% 또는 90%만큼 높다.
바람직하게는, 고 반사성 재료는 분무 또는 코팅에 의해 반사면 상에 부착된다.
바람직하게는, 재귀 반사 요소는 반투과 반사 거울을 향해 만곡된 원호를 갖는다.
바람직하게는, 미세 구조는 재귀 반사 요소 상에 균등하게 분포된다.
바람직하게는, 이미지 소스는 스테레오 이미지 소스(stereo image source)이다.
바람직하게는, 스테레오 이미지 소스는 3차원 이미지, 구조 및 비디오 소스를 디스플레이할 수 있는 3차원 입체 디스플레이 장치이다.
바람직하게는, 3차원 입체 디스플레이 장치는 병진 스캐닝 이미징 시스템(translational scanning imaging system) 또는 회전 스캐닝 이미징 시스템(rotational scanning imaging system)을 포함한다.
바람직하게는, 반투과 반사 거울의 2개의 면 중 하나는 반사율이 20% 내지 80%이고 대응하는 투과율이 80% 내지 20%인 반투과 반사 물질이 부착된다.
바람직하게는, 반투과 반사 물질이 부착되지 않는 반투과 반사 거울의 2개의 면 중 하나는 반사 방지 물질이 부착된다.
바람직하게는, 3개의 모서리의 길이는 20 마이크로미터 내지 5 밀리미터의 범위이다.
바람직하게는, 3개의 모서리 중, 가장 긴 모서리의 길이는 가장 짧은 모서리의 길이의 10배를 초과하지 않는다.
바람직하게는, 제1 재료가 투명한 고체 재료일 때, 그 입사면은 반사 방지 물질이 부착된다.
바람직하게는, 제1 재료가 투명한 고체 재료일 때, 그 입사면은 평탄한 표면이다.
바람직하게는, 3개의 모서리에 의해 형성된 3개의 면 중 적어도 하나는 입사면에 대해 54도 이하의 끼인각을 이룬다.
본 발명의 주요 양태는 공기 중의 이미징을 위한 방법을 제공하며, 다음의 단계들을 포함한다: (1) 이미지 소스, 반투과 반사 거울 및 재귀 반사 요소를 제공하는 단계; (2) 이미지 소스에 의해 방출된 빛이 반투과 반사 거울에 의해 반사된 후 재귀 반사 요소 상에 조사되는 것을 허용하는 단계; (3) 재귀 반사 요소에 의해 반사된 빛이 원래의 입사 경로를 따라 반대 방향으로 출사하고, 반투과 반사 거울에 의해 투과된 후 실제 이미지를 형성하는 것을 허용하는 단계.
본 발명의 다른 주요 양태는 공기 중의 이미징을 위한 방법을 제공하며, 다음의 단계들을 포함한다: (1) 이미지 소스, 반투과 반사 거울 및 재귀 반사 요소를 제공하는 단계; (2) 이미지 소스에 의해 방출된 빛이 반투과 반사 거울에 의해 투과된 후 재귀 반사 요소 상에 조사되는 것을 허용하는 단계; (3) 재귀 반사 요소에 의해 반사된 빛이 원래의 입사 경로를 따라 반대 방향으로 출사된 다음, 반투과 반사 거울에 의해 반사된 후 실제 이미지를 형성하는 것을 허용하는 단계.
본 발명의 또 다른 양태는 공기 중의 이미징을 위한 방법을 제공하며, 다음의 단계들을 포함한다: (1) 이미지 소스, 반투과 반사 거울, 제1 재귀 반사 요소 및 제2 재귀 반사 요소를 제공하는 단계; (2) 이미지 소스에 의해 방출된 빛이 반투과 반사 거울에 의해 반사된 후 제1 재귀 반사 요소 상에 조사되는 것을 허용하는 단계; 및 이미지 소스에 의해 방출된 빛이 반투과 반사 거울에 의해 투과된 후 제2 재귀 반사 요소 상에 조사되는 것을 허용하는 단계, (3) 제1 재귀 반사 요소에 의해 반사된 빛이 원래의 입사 경로를 따라 반대 방향으로 출사되고, 반투과 반사 거울에 의해 투과된 후 제1 실제 이미지를 형성하는 것을 허용하는 단계; 및 제2 재귀 반사 요소에 의해 반사된 빛이 원래의 입사 경로를 따라 반대 방향으로 출사되고, 반투과 반사 거울에 의해 반사된 후 제2 실제 이미지를 형성하는 것을 허용하는 단계.
본 발명의 또 다른 양태는 공기 중의 이미징을 위한 방법을 제공하며, 다음의 단계들을 포함한다: (1) 제1 이미지 소스, 제2 이미지 소스, 반투과 반사 거울 및 재귀 반사 요소를 제공하는 단계; (2) 제1 이미지 소스에 의해 방출된 빛이 반투과 반사 거울에 의해 반사된 후 재귀 반사 요소 상에 조사되는 것을 허용하는 단계; 및 제2 이미지 소스에 의해 방출된 빛이 반투과 반사 거울에 의해 투과된 후 재귀 반사 요소 상에 조사되는 것을 허용하는 단계; (3) 제1 이미지 소스에 의해 방출된 빛이 재귀 반사 요소에 의해 반사된 후 원래의 입사 경로를 따라 반대 방향으로 출사하고, 반투과 반사 거울에 의해 투과된 후 제1 실제 이미지를 형성하는 것을 허용하는 단계; 및 제2 이미지 소스에 의해 방출된 빛이 재귀 반사 요소에 의해 반사된 후 원래의 입사 경로를 따라 반대 방향으로 출사되고, 반투과 반사 거울에 의해 반사된 후 제2 실제 이미지를 형성하는 것을 허용하는 단계; (4) 제1 실제 이미지 및 제2 실제 이미지가 동일한 위치에 형성되도록 제1 이미지 소스 및 제2 이미지 소스의 위치를 설정하는 단계.
본 발명에서, "재귀 반사(retroreflection)"의 의미는 거시적으로 관찰될 때, 빛이 재귀 반사 요소에 의해 재귀 반사되는 경우에, 반사광 및 입사광은 동일한 경로에 반대 방향으로 위치한다(물론, 미시적으로 관찰될 때, 반사 경로는 입사 경로로부터 약간 오프셋된 것으로 간주될 수 있다)는 것이다. 추가로, 빛은 파동-입자 이중성(wave-particle duality)을 갖기 때문에, 빛이 재귀 반사 요소로부터 반사될 때, 특정 회절 효과가 있을 것이고, 반사광은 특정 발산 각도(divergence angle)를 가질 것이다. 이 관점으로부터 이해하면, 반사광의 주축(principal axis)이 입사광의 것과 반대 방향이면, 본 발명에서의 "재귀 반사"의 요건 또한 만족된다.
재귀 반사에 의해 야기된 빛의 프라운 호퍼 회절(Fraunhofer diffraction) 및 미시적 오프셋은 본 발명에 따른 공기 중의 이미징의 명료도에 영향을 미치는 2가지 핵심 요인이고, 이들 2가지 요인은 또한 상호간에 구속된다. 재귀 반사 요소의 미세 구조의 크기가 작을수록 그에 따라 야기된 광 오프셋은 작아지지만, 회절에 의해 야기된 스폿(spot)은 커진다. 반면에, 미세 구조의 크기가 클수록 회절에 의해 야기된 스폿은 작아지지만, 그에 따라 야기된 광 오프셋은 커진다. 이미징 명료도에 대한 이들 2개의 상호 구속 관계의 악영향을 극복하기 위해서, 본 발명은 최적의 이미징 명료도를 얻도록 하기의 해결책을 더 제공한다.
본 발명의 주요 양태는 이미지 소스, 반투과 반사 거울 및 재귀 반사 요소를 포함하는 공기 중의 이미징을 위한 시스템을 제공한다. 이미지 소스에 의해 방출된 빛은 반투과 반사 거울에 의해 반사된 후에 재귀 반사 요소 상에 조사되고, 빛은 재귀 반사 요소에 의해 반사된 다음 원래의 입사 경로를 따라 반대 방향으로 출사되고, 반투과 반사 거울에 의해 투과된 후, 실제 이미지를 형성한다. 재귀 반사 요소는 재귀 반사를 위한 다수의 미세 구조를 포함하며, 미세 구조의 반경, 소스 이미지의 픽셀 배열(pixel array)의 도트 피치(dot pitch) 및 실제 이미지로부터 재귀 반사 요소로의 광학 경로 사이의 관계는 도트 피치가 증가함에 따라 미세 구조의 직경이 증가하고, 도트 피치가 증가함에 따라 광학 경로 또한 증가하도록 설계된다.
바람직하게는, 미세 구조의 직경, 소스 이미지의 픽셀 배열의 도트 피치 및 실제 이미지로부터 재귀 반사 요소로의 광학 경로 사이의 관계는 미세 구조의 직경이 도트 피치와 선형 관계를 가지고, 광학 경로가 도트 피치의 제곱과 선형 관계를 갖도록 설계된다.
바람직하게는, 미세 구조의 직경 및 실제 이미지로부터 재귀 반사 요소로의 광학 경로 사이의 관계는 광학 경로가 선택될 때 미세 구조의 면적이 이미지 소스에 의해 방출된 빛의 파장에 반비례하도록 설계되는 것으로 설계된다.
바람직하게는, 미세 구조의 직경 및 소스 이미지의 픽셀 배열의 도트 피치 사이의 관계는 미세 구조의 직경이 소스 이미지의 픽셀 배열의 도트 피치의 절반 이하로 설계된다.
바람직하게는, 실제 이미지로부터 재귀 반사 요소로의 광학 경로가 증가함에 따라 사용자가 실제 이미지를 관찰하기 위한 프리셋 관찰 거리는 증가한다.
바람직하게는, 사용자가 실제 이미지를 관찰하기 위한 프리셋 관찰 거리는 실제 이미지로부터 재귀 반사 요소로의 광학 경로와 선형 관계를 갖는다.
바람직하게는, 소스 이미지의 픽셀 배열의 도트 피치는 증가하도록 사용자가 형성된 실제 이미지를 관찰하기 위한 프리셋 관찰 거리가 증가함에 따라 증가하도록 선택된다.
바람직하게는, 소스 이미지의 픽셀 배열의 도트 피치는 사용자가 형성된 실제 이미지를 관찰하기 위한 프리셋 관찰 거리에 정비례(positively proportional)하도록 선택된다.
본 발명의 다른 주요 양태는 이미지 소스, 반투과 반사 거울 및 재귀 반사 요소를 포함하는 시스템을 사용하여 공기 중의 이미징을 위한 방법을 제공한다. 방법은 이미지 소스에 의해 방출된 빛이 반투과 반사 거울의 반사를 받아 재귀 반사 요소 상에 조사되는 것을 허용하는 단계; 빛이 재귀 반사 요소에 의해 반사된 다음 원래의 입사 경로를 따라 반대 방향으로 출사되고, 반투과 반사 거울에 의해 투과된 후에, 실제 이미지를 형성하는 것을 허용하는 단계를 포함한다. 재귀 반사 요소는 재귀 반사를 위한 다수의 미세 구조를 포함하고, 방법은 미세 구조의 반경, 소스 이미지의 픽셀 배열의 도트 피치 및 실제 이미지로부터 재귀 반사 요소로의 광학 경로 사이의 관계를 미세 구조의 직경이 도트 피치가 증가함에 따라 증가하고, 광학 경로 또한 도트 피치가 증가함에 따라 증가하도록 설계하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 미세 구조의 직경, 소스 이미지의 픽셀 배열의 도트 피치 및 실제 이미지로부터 재귀 반사 요소로의 광학 경로 사이의 관계는 미세 구조의 직경이 도트 피치와 선형 관계를 가지고, 광학 경로가 도트 피치의 제곱과 선형 관계를 갖도록 설계된다.
바람직하게는, 미세 구조의 직경 및 실제 이미지로부터 재귀 반사 요소로의 광학 경로 사이의 관계는 광학 경로가 선택될 때 미세 구조의 면적이 이미지 소스에 의해 방출된 빛의 파장에 반비례하도록 설계되는 것으로 설계된다.
바람직하게는, 미세 구조의 직경 및 소스 이미지의 픽셀 배열의 도트 피치 사이의 관계는 미세 구조의 직경이 소스 이미지의 픽셀 배열의 도트 피치의 절반 이하로 설계된다.
바람직하게는, 실제 이미지로부터 재귀 반사 요소로의 광학 경로가 증가함에 따라 사용자가 실제 이미지를 관찰하기 위한 프리셋 관찰 거리는 증가한다.
바람직하게는, 사용자가 형성된 실제 이미지를 관찰하기 위한 프리셋 관찰 거리는 실제 이미지로부터 재귀 반사 요소로의 광학 경로와 선형 관계를 갖는다.
바람직하게는, 소스 이미지의 픽셀 배열의 도트 피치는 사용자가 형성된 실제 이미지를 관찰하기 위한 프리셋 관찰 거리가 증가함에 따라 증가하도록 선택된다.
바람직하게는, 소스 이미지의 픽셀 배열의 도트 피치는 사용자가 형성된 실제 이미지를 관찰하기 위한 프리셋 관찰 거리에 정비례하도록 선택된다.
본 발명의 또 다른 주요 양태는 공기 중의 이미징을 위한 시스템을 구성하는 방법을 제공하며, 시스템은 이미지 소스, 반투과 반사 거울 및 재귀 반사 요소를 포함하고, 재귀 반사 요소는 재귀 반사를 위한 다수의 미세 구조를 포함하며, 방법은 이미지 소스에 의해 방출된 빛이 반투과 반사 거울에 의해 반사된 후 재귀 반사 요소 상에 조사되고, 빛은 재귀 반사 요소에 의해 반사된 다음 원래의 입사 경로를 따라 반대 방향으로 출사되고, 반투과 반사 거울에 의해 투과된 후에, 실제 이미지를 형성하도록 이미지 소스, 반투과 반사 거울 및 재귀 반사 요소가 광 경로를 형성하는 것을 허용하는 단계; 사용자가 형성된 실제 이미지를 관찰하기 위한 관찰 거리를 결정하는 단계; 광학 경로는 관찰 거리가 증가함에 따라 증가하며, 관찰 거리에 기반하여 실제 이미지로부터 재귀 반사 요소로의 광학 경로를 결정하는 단계; 도트 피치는 관찰 거리가 증가함에 따라 증가하며, 관찰 거리에 기반하여 소스 이미지의 픽셀 배열의 도트 피치를 결정하는 단계; 미세 구조의 직경은 소스 이미지의 픽셀 배열의 도트 피치의 절반 이하이며, 도트 피치에 기반하여 미세 구조의 직경을 결정하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 광학 경로는 관찰 거리에 정비례하고/하거나 도트 피치는 관찰 거리에 정비례한다.
광점(light spot) 크기에 대한 광 오프셋의 영향은 이미징 거리에 의하여 변하지 않지만, 미세 구조의 스케일에 의해 선형으로 변화한다. 따라서, 미세 구조 유닛의 크기를 줄이는 방법, 예를 들어 초미세 가공 등을 사용함으로써 해결될 수 있다. 회절에 의해 야기된 스폿의 크기는 이미징 거리의 변화에 의해 선형으로 변화하므로, 회절에 의해 야기된 광 발산을 저감시키도록 시도하는 것이 중요한 요인이다.
종래의 직각 삼각형 피라미드 구조가 재귀 반사 유닛으로서 사용될 때, 입사광은 상부 표면에 의해 굴절되고, 조사된 후 재귀 반사 유닛의 직각 삼각형 피라미드 상에 반사되고, 동시에 프라운 호퍼 회절로 인해 특정 각도로 발산한다. 그 후, 빛은 재귀 반사 요소의 상부 표면에 의해 굴절되어, 방향이 입사광의 것과 반대인 주축을 가지지만, 소량의 오프셋 및 특정 발산 각도를 갖는 반사광을 형성한다.
이미징 명료도에 대한 회절에 의해 야기된 광 발산의 악영향을 최소화하기 위해, 본 발명은 이미징 명료도를 개선하기 위한 하기의 해결책을 더 제공한다.
본 발명의 주요 양태는 투명한 베이스 및 투명한 베이스 상에 부착된 반사 물질을 포함하는 재귀 반사 요소를 제공한다. 빛은 투명한 베이스를 통해 들어간 후 반사 물질에 도달하고, 반사 물질에 의해 반사된 다음, 원래의 입사 경로를 따라 반대 방향으로 투명한 베이스를 통해 출사된다. 재귀 반사 요소는 재귀 반사를 위한 다수의 미세 구조를 포함하고, 각각의 미세 구조는 볼록 렌즈 유닛 및 복수의 직각 삼각형 피라미드 유닛을 포함하며, 복수의 직각 삼각형 피라미드 유닛은 입사 경로의 볼록 렌즈 유닛의 하류에 위치하고, 반사 물질은 입사 경로의 복수의 직각 삼각형 피라미드 유닛의 하류에 위치하며, 직각 삼각형 피라미드 유닛 상에 부착된다. 추가로, 복수의 직각 삼각형 피라미드 유닛은 볼록 렌즈 유닛의 초점면 상에 배열된다.
본 발명의 다른 양태는 투명한 베이스 및 투명한 베이스 상에 부착된 반사 물질을 포함하는 재귀 반사 요소를 제공한다. 빛은 투명한 베이스를 통해 들어간 후 반사 물질에 도달하고, 반사 물질에 의해 반사된 다음, 원래의 입사 경로를 따라 반대 방향으로 투명한 베이스를 통해 출사된다. 재귀 반사 요소는 볼록 렌즈 유닛 배열 및 직각 삼각형 피라미드 유닛 배열을 더 포함하고, 직각 삼각형 피라미드 유닛 배열은 입사 경로의 볼록 렌즈 유닛 배열의 하류에 위치하고, 반사 물질은 입사 경로의 직각 삼각형 피라미드 유닛 배열의 하류에 위치하며, 직각 삼각형 피라미드 유닛 배열 상에 부착된다. 각각의 볼록 렌즈 유닛은 복수의 직각 삼각형 피라미드 유닛을 덮는다. 추가로, 복수의 직각 삼각형 피라미드 유닛은 볼록 렌즈 유닛의 초점면 상에 배열된다.
바람직하게는, 반사 방지 물질은 볼록 렌즈 유닛의 표면 상에 부착되어, 그 표면 투과율은 0.7, 0.8 또는 0.9보다 크다.
바람직하게는, 반사 물질의 반사율은 0.5, 0.6, 0.7, 0.8 또는 0.9보다 크다.
바람직하게는, 볼록 렌즈 유닛의 직경은 직각 삼각형 피라미드 유닛의 측면 길이의 약 50배이다.
바람직하게는, 볼록 렌즈 유닛의 직경은 1 mm이하이다.
바람직하게는, 직각 삼각형 피라미드 유닛의 측면 길이는 0.02 mm이하이다.
본 발명의 또 다른 주요 양태는 이미지 소스, 반투과 반사 거울 및 상술한 재귀 반사 요소를 포함하는 공기 중의 이미징을 위한 시스템을 제공한다. 이미지 소스에 의해 방출된 빛은 반투과 반사 거울에 의해 반사된 후에 재귀 반사 요소 상에 조사되고, 빛은 재귀 반사 요소에 의해 반사된 다음 원래의 입사 경로를 따라 반대 방향으로 출사된 다음, 반투과 반사 거울에 의해 투과된 후에 실제 이미지를 형성한다.
본 발명의 또 다른 주요 양태는 이미지 소스, 반투과 반사 거울 및 상술한 재귀 반사 요소를 포함하는 공기 중의 이미징을 위한 시스템을 제공한다. 이미지 소스에 의해 방출된 빛은 반투과 반사 거울에 의해 투과된 후에 재귀 반사 요소 상에 조사되고, 빛은 재귀 반사 요소에 의해 반사된 다음 원래의 입사 경로를 따라 반대 방향으로 출사된 다음, 반투과 반사 거울에 의해 반사된 후에 실제 이미지를 형성한다.
본 발명의 또 다른 양태는 이미지 소스, 반투과 반사 거울, 제1 재귀 반사 요소 및 제2 재귀 반사 요소를 포함하는 공기 중의 이미징을 위한 시스템을 제공하고, 제1 재귀 반사 요소 및 제2 재귀 반사 요소는 각각 상술한 재귀 반사 요소에 의해 형성된다. 이미지 소스에 의해 방출된 빛은 반투과 반사 거울에 의해 반사된 후에 제1 재귀 반사 요소 상에 조사되고, 빛은 제1 재귀 반사 요소에 의해 반사된 다음 원래의 입사 경로를 따라 반대 방향으로 출사된 다음, 반투과 반사 거울에 의해 투과된 후에 제1 실제 이미지를 형성하며, 추가로 이미지 소스에 의해 방출된 빛은 반투과 반사 거울에 의해 투과된 후에 제2 재귀 반사 요소 상에 조사되고, 빛은 제2 재귀 반사 요소에 의해 반사된 다음 원래의 입사 경로를 따라 반대 방향으로 출사된 다음, 반투과 반사 거울에 의해 반사된 후에 제2 실제 이미지를 형성한다.
본 발명의 공기 중의 이미징을 위한 상술한 시스템에 따르면, 이미지를 형성하기 위해 재귀 반사 요소의 반사뿐만 아니라, 이미지 소스에 의해 방출된 빛이 반투과 반사 거울의 반사 및 투과를 통과할 필요가 있고, 따라서, 형성된 실제 이미지의 휘도(luminance)는 이미지 소스에 의해 방출된 빛의 휘도, 반투과 반사 거울의 반사율 및 투과율 및 재귀 반사 요소의 반사 발광 효율(reflection luminous efficacy)의 곱과 대략적으로 동일하다. 즉, 최종 이미징 휘도(L)의 근사 계산식은:
Figure 112019069230576-pct00001
이다.
Figure 112019069230576-pct00002
은 이미지 소스의 휘도이고,
Figure 112019069230576-pct00003
및
Figure 112019069230576-pct00004
는 각각 반투과 반사 거울의 투과율 및 반사율이며,
Figure 112019069230576-pct00005
는 재귀 반사 요소의 반사 발광 효율이다.
종래의 반투과 반사 거울에 대하여, 반사율 및 투과율의 합은 베이스 재료에 의한 빛 에너지의 흡수에 상관없이 100%가 되어야 하며, 즉, 근사 관계는 다음과 같다:
Figure 112019069230576-pct00006
Figure 112019069230576-pct00007
반투과 반사 거울의 발광 효율은 비교적 낮은 1/4 이하임을 볼 수 있다.
이에 기반하여, 본 발명은 발광 효율을 개선하고 이미징 휘도를 향상시키기 위한 기술뿐만 아니라 공기 중의 이미징을 위한 대응하는 장치를 더 제공한다.
본 발명의 주요 양태는 이미지 소스, 반투과 반사 거울 및 재귀 반사 요소를 포함하는 공기 중의 이미징을 위한 시스템을 제공한다. 이미지 소스에 의해 방출된 빛은 반투과 반사 거울에 의해 반사된 후에 재귀 반사 요소 상에 조사되고, 빛은 재귀 반사 요소에 의해 반사된 다음 원래의 입사 경로를 따라 반대 방향으로 출사되고, 반투과 반사 거울에 의해 투과된 후 실제 이미지를 형성한다. 이미지 소스는 s편광원(s-polarized light source)이다. 선택적 투과막은 이미지 소스를 마주하는 반투과 반사 거울의 측면 상에 도금되고, 선택적 투과막은 s편광에 대해 더 높은 반사율 및 p편광에 대해 더 높은 투과율을 갖도록 설정된다. 위상 지연 광학 소자(phase delay optical element)는 반투과 반사 거울로부터 재귀 반사 요소로 방출된 s편광원의 빛이 위상 지연 광학 소자를 통과한 후 원편광(circularly polarized light)이 되도록 반투과 반사 거울을 마주하는 재귀 반사 요소의 측면 상에 제공된다.
바람직하게는, 선택적 투과막의 구성 요소는 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 산질화물 코팅막 및 유기 중합체 중 하나를 포함한다.
바람직하게는, 선택적 투과막은 하나 이상의 필름 층을 포함하고, 각각의 필름 층의 구성 요소는 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 산질화물 코팅막 및 유기 중합체 중 하나를 포함한다.
바람직하게는, 이미지 소스에 의해 방출된 빛은 특정 파장 대역의 s편광으로 선택되고, 선택적 투과막은 특정 파장 대역의 s편광에 대해 더 높은 반사율 및 다른 파장 대역의 s편광 및 가시광 대역 내의 p편광에 대해 더 높은 투과율을 갖도록 설정된다.
바람직하게는, s편광에 대한 선택적 투과막의 평균 반사율은 70%, 80% 또는 90%보다 크다.
바람직하게는, p편광에 대한 선택적 투과막의 평균 투과율은 70%, 80% 또는 90%보다 크다.
바람직하게는, 위상 지연 광학 소자는 1/4 파장판이다.
바람직하게는, 반사 방지막은 이미지 소스로부터 멀어지는 반투과 반사 거울의 측면에 부착된다.
본 발명의 다른 주요 양태는 이미지 소스, 반투과 반사 거울 및 재귀 반사 요소를 포함하는 공기 중의 이미징을 위한 시스템을 제공한다.
이미지 소스에 의해 방출된 빛은 반투과 반사 거울에 의해 투과된 후에 재귀 반사 요소 상에 조사되고, 빛은 재귀 반사 요소에 의해 반사되고 원래의 입사 경로를 따라 반대 방향으로 출사된 다음, 반투과 반사 거울에 의해 반사된 후에 실제 이미지를 형성한다.
이미지 소스는 p편광원이다. 선택적 투과막은 이미지 소스를 마주하는 반투과 반사 거울의 측면 상에 도금되고, 선택적 투과막은 s편광에 대해 더 높은 반사율 및 p편광에 대해 더 높은 투과율을 갖도록 설정된다. 위상 지연 광학 요소는 제공된다. 위상 지연 광학 소자는 반투과 반사 거울로부터 재귀 반사 요소로 방출된 p편광원의 빛이 위상 지연 광학 소자를 통과한 후 원편광이 되도록 반투과 반사 거울을 마주하는 재귀 반사 요소의 측면 상에 제공된다.
재귀 반사 요소의 반사 발광 효율은 반사면의 반사율에만 관련될 뿐만 아니라, 재귀 반사 유닛에 입사하는 빛의 각도 및 재귀 반사 유닛의 형상 및 구조와 같은 요인에도 관련되어 있다는 것이 추가 연구에 의해 밝혀졌다.
재귀 반사 유닛의 모든 3개의 모서리에 대해 동일한 끼인각(각각 약 54.7°)에서의 직선은 중심선으로서 정의되고, 중심선에 대해 더 작은 끼인각에서의 입사광은 더 높은 반사 발광 효율을 가지며, 반대로 중심선에 대해 더 큰 끼인각에서의 입사각은 더 낮은 반사 발광 효율을 갖는다는 것이 연구에 의해 밝혀졌다.
이미징 휘도 및 이미징 명료도의 분석에 기반하여, 공기 중의 이미징의 휘도 및 명료도를 개선하기 위해, 구조 설계는 재귀 반사 요소가 특정 규칙에 따라 반투과 반사 거울의 일 측면 상에 이산적으로 분포되는 복수의 작은 조각들로 나누어지도록 제안된다.
이에 기반하여, 본 발명은 이미지 소스, 반투과 반사 거울 및 재귀 반사 요소를 포함하는 공기 중의 이미징을 위한 시스템을 더 제공한다.
이미지 소스에 의해 방출된 빛은 반투과 반사 거울에 의해 반사된 후에 재귀 반사 요소 상에 조사되고, 빛은 재귀 반사 요소에 의해 반사된 다음 원래의 입사 경로를 따라 반대 방향으로 출사되고, 반투과 반사 거울에 의해 투과된 후, 실제 이미지를 형성한다. 재귀 반사 요소는 복수의 재귀 반사 하위 요소를 포함하는 배열에 의해 형성된다. 재귀 반사 하위 요소의 각각은 실질적으로 평면인 베이스 재료를 포함하고, 반사면을 갖는 다수의 재귀 반사 유닛은 베이스 재료 상에 분포된다. 재귀 반사 유닛은 직각 꼭지점 미세 구조를 가지고, 직각 꼭지점 미세 구조는 적어도 하나의 직각 꼭지점을 가지며, 직각 꼭지점의 3개의 모서리는 서로 직각을 이룬다. 직각 꼭지점 미세 구조의 중심선 및 베이스 재료 평면의 법선 사이의 끼인각은 15도 미만이며, 중심선은 직각 꼭지점 미세 구조의 3개의 모서리 모두에 대해 동일한 끼인각에 있다.
시스템의 측면도에서 보았을 때 실제 이미지가 완전히 가시적인 완전한 실제 이미지 비전 도메인이 있으며, 완전한 실제 이미지 비전 도메인은 교차점이 비전 도메인 지점인 2개의 비전 도메인 경계를 갖는다. 배열은 반투과 반사 거울에 더 가까운 배열 제1 단부 및 반투과 반사 거울로부터 더 멀리 떨어진 배열 제2 단부를 포함한다. 비전 도메인 경계의 역 연장선(reverse extension lines)은 배열 제1 단부에 더 가까운 반투과 반사 거울 제1 지점 및 배열 제1 단부로부터 더 멀리 떨어진 반투과 반사 거울 제2 지점에서 반투과 반사 거울과 교차한다. 이미지 소스에 의해 방출된 빛은 이미지 소스 및 반투과 반사 거울 사이에 위치된 유효 노광 영역(effective exposure region)을 가지며, 유효 노광 영역은 제1 경계 및 제2 경계를 포함하고, 제1 경계는 반투과 반사 거울 제1 지점으로부터 이미지 소스의 각 발광 지점으로의 연결선들 중 반투과 반사 거울에 대한 가장 큰 끼인각에서의 연결선이며, 제2 경계는 반투과 반사 거울 제2 지점으로부터 이미지 소스의 각 발광 지점으로의 연결선들 중 반투과 반사 거울에 대한 가장 작은 끼인각에서의 연결선이다.
또한, 재귀 반사 하위 요소의 배열은 재귀 반사 하위 요소가 반투과 반사 거울에 입사하는 이미지 소스의 빛을 차폐하지 않도록 배열되고, 실제 이미지를 형성하는 모든 광선의 역 연장선은 특정 재귀 반사 하위 요소에 떨어질 수 있다.
바람직하게는, 시스템의 측면도에서 보았을 때, 재귀 반사 하위 요소의 각각은 하위 요소 제1 단부 및 하위 요소 제2 단부를 포함한다. 각각의 하위 요소 제1 단부는 제1 경계에 떨어지거나 유효 노광 영역 외부에 떨어지며, 각각의 하위 요소 제2 단부는 유효 노광 영역 외부에 떨어진다.
바람직하게는, 시스템의 측면도에서 보았을 때, 재귀 반사 하위 요소의 각각은 하위 요소 제1 단부 및 하위 요소 제2 단부를 포함한다. 각각의 하위 요소 제1 단부는 제1 경계에 떨어지고, 재귀 반사 하위 요소의 기하학적 중심으로부터 비전 도메인 지점으로의 연결선 및 재귀 반사 하위 요소 상의 직각 꼭지점 미세 구조의 중심선에 의해 형성된 끼인각은 15도 미만이다.
바람직하게는, 시스템의 측면도에서 보았을 때, 재귀 반사 하위 요소의 각각은 하위 요소 제1 단부 및 하위 요소 제2 단부를 포함한다. 각각의 하위 요소 제1 단부는 제1 경계에 떨어지고, 재귀 반사 하위 요소의 기하학적 중심으로부터 비전 도메인 지점으로의 연결선 및 중심선 사이의 끼인각은 0도이다.
바람직하게는, 시스템의 측면도에서 보았을 때, 배열의 모든 재귀 반사 하위 요소는 반투과 반사 거울 제1 지점에 대한 거리가 짧은-긴 순서로 배열된다. 반투과 반사 거울 제1 지점에 대해 가장 짧은 거리를 갖는 재귀 반사 하위 요소의 위치는 최전점으로 정의되고, 반투과 반사 거울 제1 지점에 대해 가장 긴 거리를 갖는 재귀 반사 하위 요소의 위치는 최후점으로 정의된다. 인접한 2개의 재귀 반사 하위 요소에서, 전자의 재귀 반사 하위 요소의 하위 요소 제2 단부 및 후자의 재귀 반사 하위 요소의 하위 요소 제1 단부는 전자로부터 비전 도메인 지점으로의 연결선 및 제1 경계의 교차점이 후자로부터 비전 도메인 지점으로의 연결선 및 제1 경계의 교차점 뒤에 위치하거나, 겹치도록 배열된다.
바람직하게는, 직각 꼭지점 미세 구조의 중심선 및 베이스 재료 평면의 법선 사이의 끼인각은 10도 미만이거나 5도 미만이다.
바람직하게는, 직각 꼭지점 미세 구조의 중심선 및 베이스 재료 평면의 법선 사이의 끼인각은 0도이고, 직각 꼭지점 미세 구조의 3개의 모서리는 길이가 동일하다.
추가로, 본 발명은 이미지 소스, 반투과 반사 거울 및 재귀 반사 요소를 포함하는 공기 중의 이미징을 위한 시스템을 더 포함한다.
이미지 소스에 의해 방출된 빛은 반투과 반사 거울에 의해 투과된 후에 재귀 반사 요소 상에 조사되고, 빛은 재귀 반사 요소에 의해 반사된 다음 원래의 입사 경로를 따라 반대 방향으로 출사된 다음, 반투과 반사 거울에 의해 반사된 후에 실제 이미지를 형성한다.
재귀 반사 요소는 복수의 재귀 반사 하위 요소를 포함하는 배열에 의해 형성된다. 재귀 반사 하위 요소의 각각은 실질적으로 평면인 베이스 재료 및 베이스 재료 상에 분포된 반사면을 갖는 다수의 재귀 반사 유닛을 포함한다. 재귀 반사 유닛은 직각 꼭지점 미세 구조이고, 직각 꼭지점 미세 구조는 적어도 하나의 직각 꼭지점을 가지며, 직각 꼭지점의 3개의 모서리는 서로 직각을 이룬다. 직각 꼭지점 미세 구조의 중심선 및 베이스 재료 평면의 법선 사이의 끼인각은 15도 미만이며, 중심선은 직각 꼭지점 미세 구조의 3개의 모서리 모두에 대해 동일한 끼인각에 있다.
시스템의 측면도에서 보았을 때 실제 이미지가 완전히 가시적인 완전한 실제 이미지 비전 도메인이 있으며, 완전한 실제 이미지 비전 도메인은 교차점이 비전 도메인 지점인 2개의 비전 도메인 경계를 갖는다. 배열은 반투과 반사 거울에 더 가까운 배열 제1 단부 및 반투과 반사 거울로부터 더 멀리 떨어진 배열 제2 단부를 포함한다. 비전 도메인 경계의 역 연장선(reverse extension lines)은 배열 제1 단부에 더 가까운 반투과 반사 거울 제1 지점 및 배열 제1 단부로부터 더 멀리 떨어진 반투과 반사 거울 제2 지점에서 반투과 반사 거울과 교차한다. 이미지 소스에 의해 방출된 빛은 이미지 소스 및 반투과 반사 거울 사이에 위치된 유효 노광 영역을 가지며, 유효 노광 영역은 제1 경계 및 제2 경계를 포함하고, 제1 경계는 반투과 반사 거울 제1 지점으로부터 이미지 소스의 각 발광 지점으로의 연결선들 중 반투과 반사 거울에 대한 가장 큰 끼인각에서의 연결선이며, 제2 경계는 반투과 반사 거울 제2 지점으로부터 이미지 소스의 각 발광 지점으로의 연결선들 중 반투과 반사 거울에 대한 가장 작은 끼인각에서의 연결선이다. 제3 경계는 반투과 반사 거울에 대하여 제1 경계에 거울 대칭인 선으로 정의되며, 유효 이미징 영역(effective imaging region)은 반투과 반사 거울에 대하여 유효 노광 영역에 거울 대칭인 영역으로 정의되고, 가상 비전 도메인 지점은 반투과 반사 거울에 대하여 비전 도메인 지점에 거울 대칭인 지점으로 정의된다.
또한, 재귀 반사 하위 요소의 배열은 재귀 반사 하위 요소가 반투과 반사 거울로부터 실제 이미지로 방출된 빛을 차폐하지 않도록 배열되고, 반투과 반사 거울로부터 실제 이미지로 방출되는 반투과 반사 거울 상의 모든 입사 광선의 역 연장선은 특정 재귀 반사 하위 요소에 떨어질 수 있다.
바람직하게는, 시스템의 측면도에서 보았을 때, 재귀 반사 하위 요소의 각각은 하위 요소 제1 단부 및 하위 요소 제2 단부를 포함한다. 각각의 하위 요소 제1 단부는 제3 경계에 떨어지거나 유효 이미징 영역 외부에 떨어지며, 각각의 하위 요소 제2 단부는 유효 이미징 영역 외부에 떨어진다.
바람직하게는, 시스템의 측면도에서 보았을 때, 재귀 반사 하위 요소의 각각은 하위 요소 제1 단부 및 하위 요소 제2 단부를 포함한다. 각각의 하위 요소 제1 단부는 제3 경계에 떨어지고, 재귀 반사 하위 요소의 기하학적 중심으로부터 가상 비전 도메인 지점으로의 연결선 및 중심선에 의해 형성된 끼인각은 15도 미만이다.
바람직하게는, 시스템의 측면도에서 보았을 때, 재귀 반사 하위 요소의 각각은 하위 요소 제1 단부 및 하위 요소 제2 단부를 포함한다. 각각의 하위 요소 제1 단부는 제3 경계에 떨어지고, 재귀 반사 하위 요소의 기하학적 중심으로부터 가상 비전 도메인 지점으로의 연결선 및 중심선 사이의 끼인각은 0도이다.
바람직하게는, 시스템의 측면도에서 보았을 때, 배열의 모든 재귀 반사 하위 요소는 반투과 반사 거울 제1 지점에 대한 거리가 짧은-긴 순서로 배열된다. 반투과 반사 거울 제1 지점에 대해 가장 짧은 거리를 갖는 재귀 반사 하위 요소의 위치는 최전점으로 정의되고, 반투과 반사 거울 제1 지점에 대해 가장 긴 거리를 갖는 재귀 반사 하위 요소의 위치는 최후점으로 정의된다. 인접한 2개의 재귀 반사 하위 요소에서, 전자의 재귀 반사 하위 요소의 하위 요소 제2 단부 및 후자의 재귀 반사 하위 요소의 하위 요소 제1 단부는 전자로부터 가상 비전 도메인 지점으로의 연결선 및 제3 경계의 교차점이 후자로부터 가상 비전 도메인 지점으로의 연결선 및 제3 경계의 교차점 뒤에 위치하거나, 겹치도록 배열된다.
본 발명은 이미지 소스, 반투과 반사 거울 및 재귀 반사 요소를 포함하는 공기 중의 이미징을 위한 시스템을 더 제공한다.
이미지 소스에 의해 방출된 빛은 반투과 반사 거울에 의해 반사된 후에 재귀 반사 요소 상에 조사되고, 빛은 재귀 반사 요소에 의해 반사된 다음 원래의 입사 경로를 따라 반대 방향으로 출사되고, 반투과 반사 거울에 의해 투과된 후 실제 이미지를 형성한다.
재귀 반사 요소는 복수의 재귀 반사 하위 요소를 포함하는 배열에 의해 형성된다. 재귀 반사 하위 요소의 각각은 실질적으로 평면인 베이스 재료 및 베이스 재료 상에 분포된 반사면을 갖는 다수의 재귀 반사 유닛을 포함한다. 재귀 반사 유닛은 직각 꼭지점 미세 구조를 가지고, 직각 꼭지점 미세 구조는 적어도 하나의 직각 꼭지점을 가지며, 직각 꼭지점의 3개의 모서리는 서로 직각을 이룬다. 직각 꼭지점 미세 구조의 중심선 및 베이스 재료 평면의 법선 사이의 끼인각은 15도 미만이다. 중심선은 직각 꼭지점 미세 구조의 3개의 모서리 모두에 대해 동일한 끼인각에 있다.
시스템의 측면도에서 보았을 때 실제 이미지가 완전히 가시적인 완전한 실제 이미지 비전 도메인이 있으며, 완전한 실제 이미지 비전 도메인은 교차점이 비전 도메인 지점인 2개의 비전 도메인 경계를 갖는다. 재귀 반사 하위 요소 각각의 기하학적 중심으로부터 비전 도메인 지점으로의 연결선 및 재귀 반사 하위 요소 상의 직각 꼭지점 미세 구조의 중심선 사이의 각 끼인각은 15도 미만이다.
바람직하게는, 재귀 반사 하위 요소 각각의 기하학적 중심으로부터 비전 도메인 지점으로의 연결선 및 중심선 사이의 각 끼인각은 0도이다.
바람직하게는, 재귀 반사 하위 요소의 배열은 재귀 반사 하위 요소가 반투과 반사 거울에 입사하는 이미지 소스의 빛을 차폐하지 않도록 배열되고/되거나, 실제 이미지를 형성하는 모든 광선의 역 연장선은 특정 재귀 반사 하위 요소에 떨어질 수 있다.
바람직하게는, 시스템의 측면도에서 보았을 때 배열은 반투과 반사 거울에 더 가까운 배열 제1 단부 및 반투과 반사 거울로부터 더 멀리 떨어진 배열 제2 단부를 포함한다. 비전 도메인 경계의 역 연장선(reverse extension lines)은 배열 제1 단부에 더 가까운 반투과 반사 거울 제1 지점 및 배열 제1 단부로부터 더 멀리 떨어진 반투과 반사 거울 제2 지점에서 반투과 반사 거울과 교차한다. 이미지 소스에 의해 방출된 빛은 이미지 소스 및 반투과 반사 거울 사이에 위치된 유효 노광 영역을 가지며, 유효 노광 영역은 제1 경계 및 제2 경계를 포함하고, 제1 경계는 반투과 반사 거울 제1 지점으로부터 이미지 소스의 각 발광 지점으로의 연결선들 중 반투과 반사 거울에 대한 가장 큰 끼인각에서의 연결선이며, 제2 경계는 반투과 반사 거울 제2 지점으로부터 이미지 소스의 각 발광 지점으로의 연결선들 중 반투과 반사 거울에 대한 가장 작은 끼인각에서의 연결선이다. 재귀 반사 하위 요소 각각은 하위 요소 제1 단부 및 하위 요소 제2 단부를 포함한다. 각각의 하위 요소 제1 단부는 제1 경계에 떨어지거나 유효 노광 영역 외부에 떨어지며, 각각의 하위 요소 제2 단부는 유효 노광 영역 외부에 떨어진다.
바람직하게는, 시스템의 측면도에서 보았을 때, 배열의 모든 재귀 반사 하위 요소는 반투과 반사 거울 제1 지점에 대한 거리가 짧은-긴 순서로 배열된다. 반투과 반사 거울 제1 지점에 대해 가장 짧은 거리를 갖는 재귀 반사 하위 요소의 위치는 최전점으로 정의되고, 반투과 반사 거울 제1 지점에 대해 가장 긴 거리를 갖는 재귀 반사 하위 요소는 최후점으로 정의된다. 인접한 2개의 재귀 반사 하위 요소에서, 전자의 재귀 반사 하위 요소의 하위 요소 제2 단부 및 후자의 재귀 반사 하위 요소의 하위 요소 제1 단부는 전자로부터 비전 도메인 지점으로의 연결선 및 제1 경계의 교차점이 후자로부터 비전 도메인 지점으로의 연결선 및 제1 경계의 교차점 뒤에 위치하거나, 겹치도록 배열된다.
바람직하게는, 직각 꼭지점 미세 구조의 중심선 및 베이스 재료 평면의 법선 사이의 끼인각은 10도 미만이거나 5도 미만이다.
바람직하게는, 직각 꼭지점 미세 구조의 중심선 및 베이스 재료 평면의 법선 사이의 끼인각은 0도이고, 직각 꼭지점 미세 구조의 3개의 모서리는 길이가 동일하다.
본 발명은 이미지 소스, 반투과 반사 거울 및 재귀 반사 요소를 포함하는 공기 중의 이미징을 위한 시스템을 더 제공한다.
이미지 소스에 의해 방출된 빛은 반투과 반사 거울에 의해 투과된 후에 재귀 반사 요소 상에 조사되고, 빛은 재귀 반사 요소에 의해 반사된 다음 원래의 입사 경로를 따라 반대 방향으로 출사된 다음, 반투과 반사 거울에 의해 반사된 후에 실제 이미지를 형성한다.
재귀 반사 요소는 복수의 재귀 반사 하위 요소를 포함하는 배열에 의해 형성된다. 재귀 반사 하위 요소의 각각은 실질적으로 평면인 베이스 재료 및 베이스 재료 상에 분포된 반사면을 갖는 다수의 재귀 반사 유닛을 포함한다. 재귀 반사 유닛은 직각 꼭지점 미세 구조를 가지고, 직각 꼭지점 미세 구조는 적어도 하나의 직각 꼭지점을 가지며, 직각 꼭지점의 3개의 모서리는 서로 직각을 이룬다. 직각 꼭지점 미세 구조의 중심선 및 베이스 재료 평면의 법선 사이의 끼인각은 15도 미만이다. 중심선은 직각 꼭지점 미세 구조의 3개의 모서리 모두에 대해 동일한 끼인각에 있다.
시스템의 측면도에서 보았을 때 실제 이미지가 완전히 가시적인 완전한 실제 이미지 비전 도메인이 있으며, 완전한 실제 이미지 비전 도메인은 교차점이 비전 도메인 지점인 2개의 비전 도메인 경계를 갖는다. 가상 비전 도메인 지점은 반투과 반사 거울에 대하여 비전 도메인 지점에 거울 대칭인 지점으로 정의되고, 재귀 반사 하위 요소 각각의 기하학적 중심으로부터 가상 비전 도메인 지점으로의 연결선 및 중심선 사이의 각 끼인각은 0도이다.
바람직하게는, 재귀 반사 하위 요소 각각의 기하학적 중심으로부터 가상 비전 도메인 지점으로의 연결선 및 중심선 사이의 각 끼인각은 0도이다.
바람직하게는, 재귀 반사 하위 요소의 배열은 재귀 반사 하위 요소가 반투과 반사 거울로부터 실제 이미지로 방출된 빛을 차폐하지 않도록 배열되고/되거나, 반투과 반사 거울로부터 실제 이미지로 방출되는 반투과 반사 거울 상의 모든 입사 광선의 역 연장선은 특정 재귀 반사 하위 요소에 떨어질 수 있다.
바람직하게는, 시스템의 측면도에서 보았을 때 배열은 반투과 반사 거울에 더 가까운 배열 제1 단부 및 반투과 반사 거울로부터 더 멀리 떨어진 배열 제2 단부를 포함한다. 비전 도메인 경계의 역 연장선은 배열 제1 단부에 더 가까운 반투과 반사 거울 제1 지점 및 배열 제1 단부로부터 더 멀리 떨어진 반투과 반사 거울 제2 지점에서 반투과 반사 거울과 교차한다. 이미지 소스에 의해 방출된 빛은 이미지 소스 및 반투과 반사 거울 사이에 위치된 유효 노광 영역을 가지며, 유효 노광 영역은 제1 경계 및 제2 경계를 포함하고, 제1 경계는 반투과 반사 거울 제1 지점으로부터 이미지 소스의 각 발광 지점으로의 연결선들 중 반투과 반사 거울에 대한 가장 큰 끼인각에서의 연결선이며, 제2 경계는 반투과 반사 거울 제2 지점으로부터 이미지 소스의 각 발광 지점으로의 연결선들 중 반투과 반사 거울에 대한 가장 작은 끼인각에서의 연결선이다. 제3 경계는 반투과 반사 거울에 대하여 제1 경계에 거울 대칭인 선으로 정의되고, 유효 이미지 영역은 반투과 반사 거울에 대하여 유효 노광 영역에 거울 대칭인 영역으로 정의된다. 재귀 반사 하위 요소 각각은 하위 요소 제1 단부 및 하위 요소 제2 단부를 포함한다. 각각의 하위 요소 제1 단부는 제3 경계에 떨어지거나 유효 노광 영역 외부에 떨어지며, 각각의 하위 요소 제2 단부는 유효 노광 영역 외부에 떨어진다.
바람직하게는, 시스템의 측면도에서 보았을 때, 배열의 모든 재귀 반사 하위 요소는 반투과 반사 거울 제1 지점에 대한 거리가 짧은-긴 순서로 배열된다. 반투과 반사 거울 제1 지점에 대해 가장 짧은 거리를 갖는 재귀 반사 하위 요소의 위치는 최전점으로 정의되고, 반투과 반사 거울 제1 지점에 대해 가장 긴 거리를 갖는 재귀 반사 하위 요소의 위치는 최후점으로 정의된다. 인접한 2개의 재귀 반사 하위 요소에서, 전자의 재귀 반사 하위 요소의 하위 요소 제2 단부 및 후자의 재귀 반사 하위 요소의 하위 요소 제1 단부는 전자로부터 가상 비전 도메인 지점으로의 연결선 및 제3 경계의 교차점이 후자로부터 가상 비전 도메인 지점으로의 연결선 및 제3 경계의 교차점 뒤에 위치하거나, 겹치도록 배열된다.
이산 배열 모드로 인해, 각각의 재귀 반사 하위 요소에 대하여 재귀 반사 유닛의 중심선 및 입사광 사이의 끼인각을 감소시키는 것이 바람직하다. 끼인각이 작을수록 이미징 휘도는 높아진다. 또한, 각각의 재귀 반사 하위 요소로부터 실제 이미지로의 광학 경로를 단축하는 것도 바람직하다. 광학 경로가 짧을수록 이미징 명료도는 높아진다.
복수의 바람직한 특징들이 각각의 주요 양태에서 각각 설명되었지만, 이러한 바람직한 특징들은 주요 양태에서만 사용되도록 의도된 것이 아니라 적절한 상황에서 다른 주요 양태에 사용될 수도 있음이 이해되어야 한다. 달리 구체적으로 설명되지 않는 한, 이러한 특징들은 개별적으로 또는 조합하여 사용될 수 있다.
본 발명에서, 예를 들어 재귀 반사 필름 및 반투과 반사 거울 표면의 조합의 선구적 사용을 통해, 가상 이미지는 실제 이미지로 변경되어, 공기 중의 이미징이 구현된다. 본 발명의 이점은 다음과 같다: 이미지는 임의의 매개체(예를 들어, 스크린, 미립자를 함유하는 가스 또는 액체 등)없이 공기 중에 또는 진공에서도 직접 제공될 수 있다. 복수의 사람들은 헬멧, 안경 및 기타 보조 장치없이 동시에 이미지를 볼 수 있다. 추가로, 이미지는 공기 중에 부유하고 손으로 직접 만질 수 있어서, 많은 대화식 응용(interactive applications)이 얻어질 수 있다.
종래 기술 또는 본 발명의 실시예의 기술적 해결책을 명확하게 설명하기 위해서, 종래 기술 또는 실시예들의 설명에 사용된 도면들은 다음에 간단히 소개될 것이다. 설명된 도면들은 단지 본 발명의 실시예들의 일부일 뿐인 것은 명백하다. 이러한 도면들은 단지 예시적인 것이며 본 발명에 대하여 제한적인 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이미징 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미징 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 재귀 반사 요소를 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 재귀 반사 경로 및 재귀 반사 요소의 미세 구조의 개략도를 개략적으로 도시한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 재귀 반사 요소를 개략적으로 도시한다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 재귀 반사 경로 및 재귀 반사 요소의 미세 구조의 개략도를 개략적으로 도시한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 재귀 반사 요소를 개략적으로 도시한다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 재귀 반사 경로 및 재귀 반사 요소의 미세 구조의 개략도를 개략적으로 도시한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 재귀 반사 요소의 미세구조의 분포의 평면도를 개략적으로 도시한다.
도 10은 직각 삼각형 피라미드 구조가 본 발명의 실시예에 따른 재귀 반사 유닛으로 사용될 때 광 경로의 개략도를 도시한다.
도 11은 볼록 렌즈 구조 및 직각 삼각형 피라미드 구조의 조합이 본 발명의 실시예에 따른 재귀 반사 유닛으로 사용될 때 광 경로의 개략도를 도시한다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 이미징 휘도를 개선하기 위한 이미징 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미징 휘도를 개선하기 위한 이미징 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 실시예에 따른 이미징 휘도 및 명료도를 개선하기 위한 이미징 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 15a 및 도 15b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미징 휘도 및 명료도를 개선하기 위한 이미징 시스템을 개략적으로 도시한다.
본 발명의 목적, 기술적 세부 사항 및 이점을 분명하게 하기 위하여, 이후에, 본 발명은 도면과 관련하여 상세하게 더 설명될 것이다.
간결하고 직관적인 설명을 위해, 본 발명의 기술적 해결책은 대표적인 실시예들을 사용하여 이하에서 설명된다. 실시예들에서의 많은 양의 세부 사항들은 단지 본 발명의 해결책을 이해하는 것을 돕기 위해 사용된다. 그러나, 명백하게, 구현될 때, 본 발명의 기술적 해결책들은 이러한 세부 사항들로 제한되지 않을 수 있다. 본 발명의 해결책들을 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위해, 일부 실시예들은 제공되는 프레임에 대해서만 매우 상세하게 설명되지 않는다. 다음의 텍스트에서, 용어 "포함"은 "포함하지만 이에 제한되지 않음"을 의미하고, 용어 "...에 따른"은 "적어도 ...에 따르지만, ...에 따른 것만으로 제한되지 않음"을 의미한다. "제1", "제2" 등은 단지 피쳐를 지칭하기 위해 사용되며, 피쳐에 대한 임의의 제한, 예를 들어 순서의 제한을 부과하도록 의도되지 않는다. 중국어 습관으로 인해, 구성 요소의 양이 구체적으로 지적되지 않을 때, 이는 하나 이상의 구성 요소가 있을 수 있거나, 적어도 하나의 구성 요소로 이해될 수 있음을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이미징 시스템을 도시한다. 도면에 도시된 바와 같이, 시스템은 이미지 소스(1), 반투과 반사 거울(2) 및 재귀 반사 요소(3)를 포함한다. 반투과 반사 거울(2)이 위치하는 평면은 공간을 제1 절반 영역(I) 및 제2 절반 영역(II)으로 나누고, 이미지 소스(1) 및 재귀 반사 요소(3)는 둘 다 제1 절반 영역(I)에 위치한다.
이미지 소스(1)에 의해 방출된 빛은 반투과 반사 거울(2)에 의해 반사된 후 재귀 반사 요소(3) 상에 조사된 다음, 빛은 재귀 반사 요소(3)에 의해 재귀 반사되어, 재귀 반사 요소(3) 상의 입사광 및 반사광은 동일한 경로에 반대 방향으로 위치한다. 따라서, 빛은 재귀 반사 요소(3)에 의해 반사된 다음 원래의 입사 경로를 따라 출사하고(물론, 미시적으로 관찰될 때, 반사 경로는 입사 경로로부터 약간 오프셋된 것으로 간주될 수 있다. 그러나, 거시적으로 관찰될 때, 2개의 경로는 완전히 일치하는 것으로 간주될 수 있다), 반투과 반사 거울에 의해 투과된 후에, 제2 절반 영역(II)에 실제 이미지(4)를 형성한다.
이미지 소스(1)는 디스플레이 이미징 장치일 수 있거나, 이러한 이미징 장치에 의해 형성된 가상 이미지 또는 실제 이미지일 수도 있다.
예를 들어, 디스플레이 이미징 장치는 액정 스크린일 수 있고, 액정 스크린의 백라이트 소스는 레이저, 발광 다이오드, 유기 발광 다이오드, 유도 형광 발광 물질 및 양자점 여기 광원(quantum dot excitation light source)으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함한다. 디스플레이 이미징 장치는 LED, OLED 및 플라즈마 발광점과 같은 발광점 광원으로 구성된 능동 발광 도트 매트릭스 스크린(active luminous dot matrix screen)일 수도 있다. 디스플레이 이미징 장치는 프로젝션 기술, 예를 들어 DLP, LCOS 및 LCD 등에 기반한 프로젝션 이미징 시스템일 수도 있으며, 이는 LED, OLED, 레이저, 형광 또는 이들의 조합에 의해 구동될 때, 빛이 DMD, LCOS, 및 LCD 등에 의해 투과되거나 반사된 다음 이미지를 형성하기 위해 프로젝션 스크린 상의 프로젝션 렌즈에 의해 투사되도록 야기한다. 또는 디스플레이 이미징 장치는 레이저 광선이 이미지를 형성하기 위해 스크린 상에 스캔하는 프로젝션 이미징 시스템일 수도 있다. 또한, 모든 상술한 디스플레이 이미징 장치에 대하여, 단일 또는 다중 굴절 또는 반사에 의해 형성된 실제 이미지 또는 가상 이미지는 이미지 소스로 사용될 수도 있다.
바람직한 실시예에서, 이미지 소스(1)는 스테레오 이미지 소스일 수 있다. 스테레오 이미지 소스는 3차원 이미지, 구조 및 비디오 소스를 디스플레이할 수 있는 3차원 입체 디스플레이 장치를 포함한다. 3차원 입체 디스플레이 장치는 보통 제어 모듈 및 고속 프로젝션 모듈 또는 고속 디스플레이 모듈을 포함한다. 제어 모듈은 관찰자가 3차원 이미지, 구조 또는 비디오를 관찰하도록 프로젝션 모듈 또는 디스플레이 모듈이 일련의 2차원 이미지 슬라이스를 고속으로 복수의 광학 평면 상에 투사하거나 디스플레이하도록 제어한다. 3차원 입체 디스플레이 장치는 병진 스캐닝 이미징 시스템 또는 회전 스캐닝 이미징 시스템 등을 포함한다.
반투과 반사 거울은 다양한 적합한 투명 재료, 예를 들어 PC 수지, PET 수지, PMMA 수지, 유리, 석영 등으로 제조될 수 있다. 반투과 반사 거울의 투과율은 20% 내지 80%이다. 바람직하게는, 약 50%이다. 또한 반투과 반사 거울의 반사율은 20% 내지 80%이다. 또한, 바람직하게는, 약 50%이다.
재귀 반사 요소(3)는 바람직하게는 그 위에 분포된 미세 구조를 갖는 박막, 커튼, 시트 또는 수지이다. 재귀 반사 요소(3)는 바람직하게는 특정 곡률을 가지고 반투과 반사 거울을 향해 만곡되어, 이미징 휘도를 증가시킨다. 재귀 반사 요소(3)는 이하에서 상세하게 설명될 것이다.
도 2를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에서, 시스템은 이미지 소스(1), 반투과 반사 거울(2) 및 재귀 반사 요소(3)를 포함한다. 반투과 반사 거울(2)이 위치하는 평면은 공간을 제1 절반 영역(I) 및 제2 절반 영역(II)으로 나누며, 이미지 소스(1)는 제1 절반 영역(I)에 위치하고, 재귀 반사 요소(3)는 제2 절반 영역(II)에 위치한다.
이미지 소스(1)에 의해 방출된 빛은 반투과 반사 거울(2)에 의해 투과된 후 재귀 반사 요소(3) 상에 조사된 다음, 빛은 재귀 반사 요소(3)에 의해 반사되어, 재귀 반사 요소(3) 상의 입사광 및 반사광은 동일한 경로에 반대 방향으로 위치한다. 따라서, 빛은 재귀 반사 요소(3)에 의해 반사된 다음 원래의 입사 경로를 따라 출사한 다음, 반투과 반사 거울에 의해 반사된 후 제2 절반 영역(II)에 실제 이미지(4)를 형성한다.
물론, 빛은 파동-입자 이중성을 갖기 때문에, 빛이 재귀 반사 요소(3)로부터 반사될 때, 특정 회절 효과가 있을 것이고, 반사광은 특정 발산 각도를 가질 것임이 이해되어야 한다. 이 관점으로부터 이해하면, 반사광의 주축이 입사광의 것과 반대 방향이면, 본 발명에서의 "재귀 반사"의 의미 또한 만족된다.
이 실시예에서, 이미지 소스(1)에 의해 방출된 빛은 반투과 반사 거울(2)에 의해 (반사되기보다는) 투과된 다음 재귀 반사 요소(3)에 도달한다. 반면에 재귀 반사 요소(3)에 의해 반사된 빛은 반투과 반사 거울(2)에 의해 (투과되기보다는) 더 반사된 다음, 실제 이미지(4)를 형성한다. 최종적으로 형성된 실제 이미지(4) 및 재귀 반사 요소(3)는 상이한 절반 영역보다는 동일한 절반 영역에 위치한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서(미도시), 상술한 2개의 실시예들이 조합된다. 2개의 재귀 반사 요소들은 이미지 소스에 의해 방출된 빛이 반투과 반사 거울에 의해 반사된 다음 재귀 반사 요소들 중 하나에 도달하고, 재귀 반사 요소에 의해 반사된 빛이 반투과 반사 거울에 의해 더 투과된 다음, 실제 이미지를 형성하고, 이미지 소스에 의해 방출된 빛이 반투과 반사 거울에 의해 투과된 다음 다른 재귀 반사 요소에 도달차고, 다른 재귀 반사 요소에 의해 반사된 빛이 반투과 반사 거울에 의해 더 반사된 다음, 실제 이미지를 형성하도록 사용된다. 이 방식으로, 발생된 2개의 실제 이미지는 서로 완전히 겹쳐지고, 더 강한 휘도의 이미징을 야기한다.
물론, 다른 실시예에서, 추가적으로 또는 대안적으로 2개의 이미지 소스가 사용될 수 있음이 이해되어야 한다. 이때, 최종적으로 형성된 실제 이미지가 공간에서 서로 완전히 겹쳐지도록, 반투과 반사 거울 및 재귀 반사 요소뿐만 아니라 2개의 이미지 소스의 위치를 조정할 필요가 있다.
본 발명의 재귀 반사 요소는 예를 들어 고 반사 코팅으로 코팅된 베이스 재료 및 예를 들어 베이스 재료 상에 균등하게 분포된 재귀 반사 미세 구조를 포함하는 특수 처리된 요소이다. 고 반사 코팅의 반사율은 60%만큼 높으며, 바람직하게는 70%, 80% 또는 90%만큼 높다. 고 반사 코팅은 또한 다른 모드, 예를 들어 도금에서 베이스 재료 상에 부착될 수 있음이 이해되어야 한다.
물론, 고 반사 코팅은 예를 들어 베이스 재료를 마주하는 미세 구조의 면 상에, 또는 미세 구조가 베이스 재료와 접하는 영역 상에 부착될 수 있다.
베이스 재료 상의 재귀 반사 미세 구조의 분포는 불균등할 수도 있으며, 균등한 분포는 더 양호한 이미징 효과를 달성할 수 있음이 이해되어야 한다. 그러나, 일부 고의적으로 배열된 불균등한 분포는 특별한 이미징 목적을 위해 사용될 수 있다.
도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 재귀 반사 요소가 도시되 어 있다. 재귀 반사 요소(3)는 베이스 재료(30)로 사용된 커튼 또는 박막을 포함한다. 베이스 재료(30)는 고 반사 코팅으로 코팅된다. 또한, 구형 미세 구조(31)는 베이스 재료(30) 상에 균등하게 분포된다.
도 4를 참조하여, 구형 미세 구조의 확대도 및 재귀 반사 경로의 개략도가 도시되어 있다.
반투과 반사 거울로부터의 빛은 구형 미세 구조(31)의 상부 표면에 의해 굴절된 다음, 베이스 재료(30)의 고 반사 코팅 상에 조사된다. 반사된 후, 빛은 구형 미세 구조(31)의 상부 표면으로 다시 방출된다. 또 다른 굴절을 받은 후, 빛은 반투과 반사 거울로 방출된다. 구형 미세 구조(31)의 구조는 빛이 원래의 경로를 따라 거의 반투과 반사 거울로 되돌아가는 것을 허용한다(전술한 바와 같이, 거시적으로 관찰될 때, 빛은 원래의 경로를 따라 되돌아가는 것으로 간주될 수 있다).
도 5를 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 재귀 반사 요소가 도시되어 있다. 재귀 반사 요소(3)의 베이스 재료(30)는 그 위에 균등하게 분포된 직각 꼭지점 미세 구조(31')를 더 가진다. 직각 꼭지점 미세 구조(31')는 3개의 모서리가 서로 직각을 이루는 적어도 하나의 꼭지점을 갖는 투명한 미세 구조 몸체일 수 있으며, 베이스 재료(30)에 내장된, 예를 들어, 미세 정육면체(micro-cube) 또는 미세 직육면체(micro-cuboid), 또는 그 중 적어도 하나의 꼭지점의 일부일 수 있다. 적어도 하나의 꼭지점은 (도 6a를 참조하여) 베이스 재료(30)에 확실히 내장된다. 일부 실시예들에서, 직각 꼭지점 미세 구조(31')는 3개의 모서리가 서로 직각을 이루는 미세 삼각형 피라미드이고, 꼭지점은 (도 6b를 참조하여) 베이스 재료(30)에 내장된다. 바람직하게는, 꼭지점과 반대인 바닥면은 베이스 재료(30)와 동일 평면상에 있으며, 더 바람직하게는, 반사 방지막은 바닥면 상에 부착된다. 더 바람직한 실시예에서, 3개의 모서리에 의해 형성된 3개의 면 중 적어도 하나의 면 및 바닥면 사이의 끼인각은 54도 미만이다.
3개의 모서리는 길이가 동일할 수 있거나, 길이가 동일하지 않을 수도 있음이 이해되어야 한다. 모서리의 길이는 20 마이크로미터 및 5 밀리미터 사이에서 선택될 수 있다. 바람직하게는, 3개의 모서리 중에, 가장 긴 모서리의 길이는 가장 짧은 모서리의 길이의 10배를 초과하지 않는다.
3개의 모서리에 의해 형성된 3개의 면은 또한 서로 수직이 되어야함, 즉 3개의 면 중 임의의 2개 사이의 이면각은 90도가 되어야함이 더 이해되어야 한다. 그러나, 공정의 제약으로 인해, 이러한 이면각이 정확히 90도가 아니더라도, 오차가 가공의 허용 가능한 오차 범위, 예를 들어 ÷2분 이내이면 본 발명의 요건을 만족시킬 수 있다.
다른 실시예에서, 직각 꼭지점 미세 구조(31')는 (도 6c를 참조하여) 상술한 미세 구조 몸체의 하나의 꼭지점의 일부를 베이스 재료(30) 상에 각인함으로써 형성된 오목 부분일 수 있다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 도 5의 직각 꼭지점 미세 구조의 확대도 및 재귀 반사 경로의 개략도를 도시한다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 실시예에서, 직각 꼭지점 미세 구조(31')는 투명한 미세 구조 몸체이다. 반투과 반사 거울로부터의 빛은 직각 꼭지점 미세 구조(31')의 입사면(예를 들어, 상부 표면)에 의해 굴절되고 커튼(30) 또는 박막의 고 반사 코팅 상에 조사된다. 3회의 반사를 받은 후, 빛은 직각 꼭지점 미세 구조(31')의 출사면(예를 들어, 상부 표면)으로 다시 방출된다. 그 후, 빛은 다시 재귀 반사된 다음, 반투과 반사 거울로 방출된다. 도 6c에 도시된 실시예에서, 직각 꼭지점 미세 구조(31')는 오목 부분이다. 반투과 반사 거울의 투과 또는 반사를 받은 후, 빛은 오목 부분 상에 직접 입사하고, 3회의 반사를 받은 후, 빛은 반투과 반사 거울로 방출된다. 직각 꼭지점 미세 구조(31')의 구조는 빛이 원래의 경로를 따라 거의 반투과 반사 거울로 되돌아가는 것을 허용한다(유사하게, 거시적으로 관찰될 때, 빛은 원래의 경로를 따라 되돌아가는 것으로 간주될 수 있다).
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 재귀 반사 요소를 도시한다. 재귀 반사 요소(3)의 베이스 재료(30')는 그 위에 균등하게 분포된 직각 꼭지점 미세 구조(31')를 더 갖는다. 베이스 재료(30') 자체는 투명한 베이스 재료이고, 직각 꼭지점 미세 구조(31') 또한 투명한 미세 구조 몸체이다. 베이스 재료(30')로부터 떨어진 직각 꼭지점 미세 구조(31')의 면들은 고 반사 코팅으로 코팅된다.
직각 꼭지점 미세 구조(31')는 바람직하게는 베이스 재료(30')와 일체로 형성되거나, 이들은 또한 확실하게 분리되어 형성될 수 있고 직각 꼭지점 미세 구조는 베이스 재료(30') 상에 부착된다. 바람직하게는, 베이스 재료(30') 및 직각 꼭지점 미세 구조(31')는 동일한 재료로 제조되거나, 적어도 동일한 굴절률을 갖는다.
도 8은 도 7의 직각 꼭지점 미세 구조의 확대도 및 재귀 반사 경로의 개략도를 도시한다. 반투과 반사 거울로부터의 빛은 베이스 재료(30')의 상부 표면에 의해 굴절되고 직각 꼭지점 미세 구조(31')의 고 반사 코팅 상에 조사된다. 3회의 반사를 받은 후, 빛은 베이스 재료(30')의 상부 표면으로 다시 방출된다. 또 다른 굴절을 받은 후, 빛은 반투과 반사 거울로 방출된다. 직각 꼭지점 미세 구조(31')의 구조는 빛이 원래의 경로를 따라 거의 반투과 반사 거울로 되돌아가는 것을 허용한다(전술한 바와 같이, 거시적으로 관찰될 때, 빛은 원래의 경로를 따라 되돌아가는 것으로 간주될 수 있다).
도 9는 미세 구조의 분포를 더 잘 이해하기 위한, 본 발명의 실시예에 따른 재귀 반사 요소 상의 미세 구조의 분포의 평면도를 개략적으로 도시한다. 도면에 도시된 바와 같이, 복수의 미세 구조는 서로 근접하게 인접하여 순차적으로 분포되고, 재귀 반사 요소 상에 연장된다. 재귀 반사 요소의 일부만이 도면에 도시되고, 미세 구조는 이 방식으로 재귀 반사 요소 전체에 분포될 수 있음이 이해되어야 한다. 추가로, 도면에 도시된 미세 구조가 직육면체와 유사한 오목 부분이지만, 미세 구조의 형상은 이에 제한되지 않고, 전술한 바와 같은 임의의 유형의 미세 구조일 수 있음이 이해되어야 한다.
전술한 바와 같이, 미시적으로, 재귀 반사 요소는 여전히 빛의 반사 경로 및 입사 경로 사이에 특정 오프셋을 야기한다. 한편, 빛의 회절 효과로 인해, 반사광은 특정 발산 각도를 가질 것이다. 이들 2개의 지점은 본 발명에 따른 공기 중의 이미징의 명료도에 영향을 미치는 2개의 핵심 요인이고, 이들 2개의 요인은 또한 상호간에 구속된다. 재귀 반사 요소의 미세 구조의 크기가 작을수록 그에 따라 야기된 광 오프셋은 작아지지만, 회절에 의해 야기된 스폿은 커진다. 반면에, 미세 구조의 크기가 클수록 회절에 의해 야기된 광점은 작아지지만, 그에 따라 야기된 광 오프셋은 커진다. 이미징 명료도에 대한 이들 2개의 상호 구속 관계의 악영향을 극복하기 위해서, 미세 구조의 직경, 소스 이미지의 픽셀 배열의 도트 피치 및 실제 이미지로부터 재귀 반사 요소로의 광학 경로 사이의 관계는 본 발명에 구체적으로 설계된다.
일반적으로, 실제 이미지로부터 재귀 반사 요소로의 광학 거리가 증가함에 따라 관찰자가 형성된 실제 이미지를 관찰하기 위한 관찰 거리가 증가하고, 바람직하게는, 둘은 서로 실질적으로 선형으로 관련된다. 관찰자에게는, 편안한 시야각(viewing angle)을 고려하여, 형성된 실제 이미지의 화상 폭은 바람직하게는 예를 들어 관찰 거리의 1 내지 2배이다. 관찰자가 충분히 명확한 실제 이미지를 얻기를 원한다면, 관찰된 픽셀 포인트의 수가 예를 들어 적어도 1024 픽셀 포인트가 각 차원에 존재하는 특정 값에 도달할 필요가 있다. 따라서, 선택된 이미지 소스의 도트 피치는 얻어질 수 있다(이미지 소스의 도트 피치는 형성된 실제 이미지의 광점 크기를 결정한다). 공기 중의 이미징의 시각적 효과를 고려하여, 본 발명에서, 미세 구조의 직경은 이미지 소스의 도트 피치와 동일한 자릿수로 설정되며, 이는 바람직하게는 이미지 소스의 도트 피치의 약 1/5, 1/4, 1/3, 1/2이거나 동일하다. 따라서, (매트릭스 광원의 경우에) 광원의 광학 경로 및 도트 피치는 미세 구조의 크기를 더 선택하도록 실제 응용 시나리오의 관찰 거리에 따라 선택될 수 있다.
일 예시에서, 예를 들어 대형 광고 디스플레이 등의 응용 시나리오의 경우에, 비교적 적합한 관찰 거리는 약 5m이고, 2m 또는 약간 더 긴 광학 경로를 갖는 이미징 시스템이 선택될 수 있으며, 실제 이미지의 비교적 적합한 화상 길이는 약 5m이며, 이는 1024 픽셀의 해상도가 요구된다면 약 5mm의 도트 피치를 갖는 도트 매트릭스 이미지 소스가 사용될 수 있고, 미세 구조의 바람직한 크기가 0.6mm 내지 4.4mm이고, 더 바람직하게는 약 1.7mm인 계산에 의해 얻어질 수 있다.
다른 예시에서, 예를 들어 일반적 크기의 광고 디스플레이 등의 응용 시나리오의 경우에, 비교적 적합한 관찰 거리는 약 1m 이상이고, 약 0.5m의 광학 경로를 갖는 이미징 시스템이 선택될 수 있으며, 실제 이미지의 비교적 적합한 화상 길이는 약 2m이다. 이때, 1024 픽셀의 해상도가 요구된다면, 약 2mm의 도트 피치를 갖는 도트 매트릭스 이미지 소스가 사용될 수 있고, 미세 구조의 바람직한 크기가 0.43mm 내지 1.57mm이고, 더 바람직하게는 약 0.82mm인 계산에 의해 얻어질 수 있다.
또 다른 예시에서, 예를 들어 근거리 또는 소형 디스플레이 등의 응용 시나리오의 경우에, 비교적 적합한 관찰 거리는 약 0.5m 이하이고, 약 0.1m의 광학 경로를 갖는 이미징 시스템은 선택될 수 있으며, 실제 이미지의 비교적 적합한 화상 길이는 약 1m이다. 이때, 1024 픽셀의 해상도가 요구된다면, 약 0.5mm의 도트 피치를 갖는 도트 매트릭스 이미지 소스가 사용될 수 있고, 미세 구조의 바람직한 크기가 0.16mm 내지 0.84mm이고, 더 바람직하게는 약 0.37mm인 계산에 의해 얻어질 수 있다.
전술한 바와 같이, 미시적으로, 재귀 반사 요소는 여전히 빛의 반사 경로 및 입사 경로 사이에 특정 오프셋을 야기한다. 한편, 빛의 회절 효과때문에, 반사광은 특정 발산 각도를 가질 것이다. 광점 크기에 대한 광 오프셋의 영향은 이미징 거리에 의하여 변하지 않지만, 미세 구조의 스케일에 의해 선형으로 변화한다. 따라서, 미세 구조 유닛의 크기를 줄이는 방법, 예를 들어 초미세 가공 등을 사용함으로써 해결될 수 있다. 회절에 의해 야기된 스폿의 크기는 이미징 거리의 변화에 의해 선형으로 변화하므로, 회절에 의해 야기된 광 발산을 저감시키도록 시도하는 것이 중요한 요인이다.
도 10에 개략적으로 도시된 바와 같이, 직각 삼각형 피라미드 구조가 재귀 반사 유닛으로 사용될 때, 입사광은 상부 표면에 의해 굴절되고, 재귀 반사 유닛의 직각 삼각형 피라미드 상에 조사된다. 그런 다음 빛은 그 위에 반사되고, 동시에 프라운 호퍼 회절로 인해 특정 각도로 발산한다. 그 후, 빛은 재귀 반사 요소의 상부 표면에 의해 굴절되어, 방향이 입사광의 것과 반대인 주축을 가지지만, 소량의 오프셋 및 특정 발산 각도를 갖는 반사광을 형성한다.
이미징 명료도에 대한 회절에 의해 야기된 광 발산의 악영향을 최소화하기 위해, 재귀 반사 유닛을 위한 새로운 설계가 회절에 의해 야기된 발산을 감소시키도록 본 발명에 제안된다.
도 11에 도시된 바와 같이, 재귀 반사 유닛의 베이스 부분은 2개의 주요 부분으로 나누어진다. 볼록 렌즈 구조는 베이스 부분의 상부, 즉 반투과 반사 거울을 마주하는 측면 상에 볼록 렌즈를 형성하기 위해 사용된다. 직각 삼각형 피라미드 구조가 베이스 부분의 하부, 즉 반투과 반사 거울로부터 떨어진 측면 상에 직각 삼각형 피라미드 배열을 형성하기 위해 사용된다. 투명한 베이스 재료는 베이스 부분 전체에 사용된다. 한편, 베이스 부분의 두께는 하부의 직각 삼각형 피라미드 구조가 상부의 볼록 렌즈의 초점면 상에 배열되도록 설계된다.
고 반사 재료 층은 베이스 부분의 하부 표면, 즉 직각 삼각형 피라미드 구조의 하부 표면 또는 말하자면 외부 측면 상에 도금된다. 따라서, 입사광은 베이스 부분의 상부 표면, 즉 볼록 렌즈 구조의 상부 표면 또는 말하자면 외부 측면에 의해 굴절된 다음, 직각 삼각형 피라미드 상에 조사된다. 빛은 그 하부 표면에 의해 여러 번 반사되고, 동시에 프라운 호퍼 회절로 인해 특정 각도로 발산한다. 그 후, 빛은 재귀 반사 요소의 상부 표면 상에 다시 굴절된다. 볼록 렌즈의 집광 원리에 있어서, 굴절은 특정 발산 각도를 갖는 빛이 집중되고, 대략적으로 평행한 빛의 형태로 방출하는 것을 허용한다. 따라서, 회절에 의해 야기된 발산은 감소되고, 회절에 의해 야기된 스폿 크기는 또한 이미징 거리가 비교적 길더라도 감소될 수 있다.
이 실시예에서, 볼록 렌즈 배열의 각 볼록 렌즈 구조는 약 1mm, 바람직하게는 1mm 미만의 직경을 갖는다. 직각 삼각형 피라미드 배열의 각 직각 삼각형 피라미드 구조는 등각 직각 삼각형 피라미드 구조를 가지며, 그 바닥면은 정삼각형이다. 바닥면은 약 0.02mm 및 바람직하게는 0.02mm 미만의 측면 길이를 갖는다. 일반적으로, 하나의 볼록 렌즈 구조는 수십 개의 직각 삼각형 피라미드 구조에 대응한다. 그러나, 하나의 볼록 렌즈 구조가 하나의 직각 삼각형 피라미드 구조에 대응하는 경우 또한 고려될 수 있다.
이 실시예에서, 베이스 부분의 하부 표면 상에 도금된 반사 물질 층의 반사율은 60%만큼 높고, 바람직하게는 70%, 80% 또는 90%만큼 높다.
바람직한 실시예에서, 베이스 부분의 상부 표면은 표면의 투과율이 70%만큼 높고, 더 바람직하게는 80% 또는 90%만큼 높도록 반사 방지 물질로 더 도금된다.
전술한 바와 같이, 도 1 및 도 2에 도시된 공기 중의 이미징을 위한 시스템에서, 이미지 소스에 의해 방출된 빛이 재귀 반사 요소의 반사뿐만 아니라 반투과 반사 거울의 반사 및 투과(순서에 관계없이)를 받아서, 이미지를 형성하는 것이 필요하다. 최종 이미징 휘도(L)의 근사 계산식은:
Figure 112019069230576-pct00008
Figure 112019069230576-pct00009
은 이미지 소스의 휘도이고,
Figure 112019069230576-pct00010
및
Figure 112019069230576-pct00011
는 각각 반투과 반사 거울의 투과율 및 반사율이며,
Figure 112019069230576-pct00012
는 재귀 반사 요소의 반사 발광 효율이다.
종래의 반투과 반사 거울에 대하여, 베이스 재료에 의한 빛 에너지의 흡수에 상관없이, 근사 관계는 다음과 같다:
Figure 112019069230576-pct00013
Figure 112019069230576-pct00014
따라서, 반투과 반사 거울의 발광 효율은 1/4 이하임을 얻을 수 있다.
이미징 휘도를 개선하기 위하여, 본 발명은 발광 효율을 개선하고 이미징 휘도를 향상시키기 위한 기술을 더 제공한다. 도 12는 기술에 따른 이미징 휘도를 개선하기 위한 이미징 시스템의 일 실시예를 도시한다.
도 1에 도시된 실시예와 유사하게, 시스템은 이미지 소스(1), 반투과 반사 거울(2) 및 재귀 반사 요소(3)를 포함한다. 반투과 반사 거울(2)이 위치하는 평면은 공간을 제1 절반 영역(I) 및 제2 절반 영역(II)으로 나누고, 이미지 소스(1) 및 재귀 반사 요소(3)는 둘 다 제1 절반 영역(I)에 위치한다.
이미지 소스(1)에 의해 방출된 빛은 반투과 반사 거울(2)에 의해 반사되고 재귀 반사 요소(3) 상에 조사된 다음, 빛은 재귀 반사 요소(3) 상에 재귀 반사되어, 재귀 반사 요소(3) 상의 입사광 및 반사광은 동일한 경로에 반대 방향으로 위치한다. 따라서, 빛은 재귀 반사 요소(3)에 의해 반사된 다음 원래의 입사 경로를 따라 출사하고(물론, 미시적으로 관찰될 때, 반사 경로는 입사 경로로부터 약간 오프셋된 것으로 간주될 수 있다. 그러나, 거시적으로 관찰될 때, 2개의 경로는 완전히 일치하는 것으로 간주될 수 있다), 반투과 반사 거울에 의해 투과된 후에, 제2 절반 영역(II)에 실제 이미지(4)를 형성한다.
이미지 소스(1)는 s편광원이다. 선택적 투과막은 이미지 소스(1)를 마주하는 반투과 반사 거울(2)의 측면 상에 도금되고, 선택적 투과막은 s편광에 대해 더 높은 반사율 및 p편광에 대해 더 높은 투과율을 갖도록 설정된다. 선택적 투과막은 단일 필름 층일 수 있거나, 적층된 복수의 필름 층일 수도 있다. 선택적 투과막의 구성 요소는 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 산질화물 코팅, 플루오린화물 및/또는 유기 중합체로부터 선택되며, 이는 오산화 탄탈럼, 이산화 티타늄, 산화 마그네슘, 산화 아연, 산화 지르코늄, 이산화 규소, 플루오린화 마그네슘, 질화 규소, 질산화 규소 및 플루오린화 알루미늄으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 반투과 반사 거울(2)을 마주하는 재귀 반사 요소(3)의 측면은 위상 지연 광학 소자(5)가 더 제공되며, 이는 바람직하게는 1/4 파장판이어서, 반투과 반사 거울(2)로부터 재귀 반사 요소(3)로 방출된 s편광원의 빛은 위상 지연 광학 소자(5)를 통과한 후 원편광이 된다. 재귀 반사 요소(3)에 의해 반사된 후, 위상 지연 광학 소자(5)를 통과한 원편광은 p편광이 된다.
s편광에 대한 선택적 투과막의 평균 반사율은 70%보다 크거나, 바람직하게는 80%보다 크거나, 심지어 90%보다 크며, p편광에 대한 선택적 투과막의 평균 투과율은 70%보다 크거나, 바람직하게는 80%보다 크거나, 심지어 90%보다 크다.
s편광에 대한 선택적 투과막의 평균 반사율이 70%보다 큰 경우에 있어서, p편광에 대한 그의 평균 투과율 또한 예시와 같이 70%보다 크다. 빛이 반투과 반사 거울을 통과하는 경우에, 그 발광 효율은:
Figure 112019069230576-pct00015
보다 커야한다.
그 결과는 상술한 시스템에서 예를 들어 25%의 발광 효율에 비해 거의 두 배이다. 그런 다음, 최종 이미징 휘도 또한 거의 두배이다.
바람직한 실시예에서, 이미지 소스(1)는 특정 파장 대역의 s편광을 방출하는 s편광으로 선택되고, 선택적 투과막은 또한 특정 파장 대역의 s편광에 대해 더 높은 반사율 및 다른 파장 대역의 s편광 및 가시광 대역 내의 p편광에 대해 더 높은 투과율을 갖도록 설정된다. 예를 들어, 특정 파장 대역의 s 편광에 대한 평균 반사율은 80%보다 크거나, 심지어 90%보다 크며, 다른 파장 대역의 s편광 및 가시광 대역 내의 p편광에 대한 평균 투과율은 80%보다 크거나, 심지어 90%보다 크다. 특정 파장 대역은 예를 들어, 590nm 내지 690nm의 적색 광, 500nm 내지 565nm의 녹색 광 및 410 nm 내지 480 nm의 청색광일 수 있다.
특정 파장 대역의 s편광에 대한 선택적 투과막의 평균 반사율이 80%보다 큰 경우에 있어서, 가시광 대역 내의 p편광에 대한 평균 투과율은 예시와 같이 80%보다 크다. 빛이 반투과 반사 거울을 통과할 때, 그 발광 효율은:
Figure 112019069230576-pct00016
보다 크다.
그 결과는 상술한 시스템에서 예를 들어 25%의 발광 효율에 비해 거의 1.6배 증가된다. 그런 다음, 최종 이미징 휘도 또한 거의 1.6배 증가된다.
다른 바람직한 실시예에서, 반사 방지막은 광 투과율을 증가시키고 발광 효율을 개선하기 위해 이미지 소스(1)로부터 떨어진 반투과 반사 거울(2)의 측면에 더 부착된다. 바람직하게는, 반사 방지막은 광 투과율을 3%까지 또는 심지어 5% 이상 증가시킬 수 있다.
도 13은 기술에 따른 이미징 휘도를 개선하기 위한 이미징 시스템의 다른 실시예를 도시한다.
도 2에 도시된 실시예와 유사하게, 시스템은 이미지 소스(1), 반투과 반사 거울(2) 및 재귀 반사 요소(3)를 포함한다. 반투과 반사 거울(2)이 위치하는 평면은 공간을 제1 절반 영역(I) 및 제2 절반 영역(II)으로 나누며, 이미지 소스(1)는 제1 절반 영역(I)에 위치하고, 재귀 반사 요소(3)는 제2 절반 영역(II)에 위치한다.
이미지 소스(1)에 의해 방출된 빛은 반투과 반사 거울(2)에 의해 투과된 후 재귀 반사 요소(3) 상에 조사된 다음, 빛은 재귀 반사 요소(3)에 의해 반대로 반사되어, 재귀 반사 요소(3) 상의 입사광 및 반사광은 동일한 경로에 반대 방향으로 위치한다. 따라서, 빛은 재귀 반사 요소(3)에 의해 반사된 다음 원래의 입사 경로를 따라 출사하고(물론, 미시적으로 관찰될 때, 반사 경로는 입사 경로로부터 약간 오프셋된 것으로 간주될 수 있다. 그러나, 거시적으로 관찰될 때, 2개의 경로는 완전히 일치하는 것으로 간주될 수 있다), 반투과 반사 거울에 의해 반사된 후에, 제2 절반 영역(II)에 실제 이미지(4)를 형성한다.
이미지 소스(1)는 p편광원이다. 선택적 투과막은 이미지 소스(1)를 마주하는 반투과 반사 거울(2)의 측면 상에 도금되고, 선택적 투과막은 s편광에 대해 더 높은 반사율 및 p편광에 대해 더 높은 투과율을 갖도록 설정된다. 선택적 투과막은 단일 필름 층일 수 있거나, 적층된 복수의 필름 층일 수도 있다. 선택적 투과막의 구성 요소는 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 산질화물 코팅, 플루오린화물 및/또는 유기 중합체로부터 선택되며, 이는 오산화 탄탈럼, 이산화 티타늄, 산화 마그네슘, 산화 아연, 산화 지르코늄, 이산화 규소, 플루오린화 마그네슘, 질화 규소, 질산화 규소 및 플루오린화 알루미늄으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 반투과 반사 거울(2)을 마주하는 재귀 반사 요소(3)의 측면은 위상 지연 광학 소자(5)가 더 제공되며, 이는 바람직하게는 1/4 파장판이어서, 반투과 반사 거울(2)로부터 재귀 반사 요소(3)로 방출된 p편광원의 빛은 위상 지연 광학 소자(5)를 통과한 후 원편광이 된다. 재귀 반사 요소(3)에 의해 반사된 후, 위상 지연 광학 소자(5)를 통과한 원편광은 s편광이 된다.
도 12의 실시예의 분석 모드와 유사하게, s편광에 대한 선택적 투과막의 평균 반사율은 높고, p편광에 대한 그의 평균 투과율 또한 높다. 따라서, 도 13의 실시예에서, 최종 이미징 휘도 또한 상술한 시스템에서 예를 들어 25%의 발광 효율에 비해 거의 두배이다.
유사하게, 반사 방지막 또한 광 투과율을 증가시키고 발광 효율을 개선하기 위해 도 13의 실시예에 사용될 수 있다. 바람직하게는, 반사 방지막은 광 투과율을 3%까지 또는 심지어 5%만큼 높게 증가시킬 수 있다.
이미징 휘도 및 이미징 명료도의 분석에 기반하여, 공기 중의 이미징의 휘도 및 명료도를 개선하기 위해, 우리는 다음과 같은 개선된 구조 설계를 더 제공한다: 재귀 반사 요소는 특정 규칙에 따라 반투과 반사 거울의 일 측면 상에 이산적으로 분포되는 복수의 작은 조각들(재귀 반사 하위 요소들)로 나누어져서, 재귀 반사 유닛의 중심선 및 입사광 사이의 끼인각은 가능한 한 작아지고, 재귀 반사 하위 요소의 각각으로부터 실제 이미지로의 광학 경로는 가능한 한 짧아지며, 이는 이미징 휘도 및 명료도를 개선하기에 바람직하다.
도 14a 및 도 14b는 기술에 따른 이미징 휘도 및 명료도를 개선하기 위한 이미징 시스템의 실시예를 도시한다.
도 14a를 참조하여, 도 1에 도시된 실시예와 유사하게, 시스템은 이미지 소스(1), 반투과 반사 거울(2) 및 복수의 재귀 반사 하위 요소(300)를 포함한다. 반투과 반사 거울(2)이 위치하는 평면은 공간을 제1 절반 영역(I) 및 제2 절반 영역(II)으로 나누고, 이미지 소스(1) 및 재귀 반사 하위 요소(300)는 둘 다 제1 절반 영역(I)에 위치한다. 복수의 재귀 반사 하위 요소(300)는 재귀 반사 하위 요소 배열(3000)을 형성한다(참조 부호 3000 및 참조 부호 300은 편의를 위해 도면에서 하나의 위치에 기록되어 있다).
이미지 소스(1)에 의해 방출된 빛은 반투과 반사 거울(2)에 의해 반사된 후 재귀 반사 하위 요소(300) 상에 조사된 다음, 빛은 재귀 반사 하위 요소(300)에 의해 재귀 반사되어, 재귀 반사 하위 요소(300) 상의 입사광 및 반사광은 동일한 경로에 반대 방향으로 위치한다. 따라서, 빛은 재귀 반사 하위 요소(300)에 의해 반사된 다음 원래의 입사 경로를 따라 출사하고(물론, 미시적으로 관찰될 때, 반사 경로는 입사 경로로부터 약간 오프셋된 것으로 간주될 수 있다. 그러나, 거시적으로 관찰될 때, 2개의 경로는 완전히 일치하는 것으로 간주될 수 있다), 반투과 반사 거울에 의해 투과된 후에, 제2 절반 영역(II)에 실제 이미지(4)를 형성한다.
도 14b를 더 참조하여, 시스템의 측면도에서 보았을 때 실제 이미지가 완전히 가시적인 완전 실제 이미지 비전 도메인(CRIVD)이 있으며, 완전 실제 이미지 비전 도메인(CRIVD)은 교차점이 비전 도메인 지점(VDP)인 2개의 비전 도메인 경계(VDB1, VDB2)를 갖는다. 재귀 반사 하위 요소 배열(3000)은 배열 제1 단부(3001) 및 배열 제2 단부(3002)를 포함한다. 배열 제1 단부(3001)는 반투과 반사 거울(2)에 더 가깝고 배열 제2 단부(3002)는 반투과 반사 거울(2)로부터 더 멀리 떨어져 있다. 비전 도메인 경계(VDB1)의 역 연장선은 배열 제1 단부(3001)에 더 가까운 반투과 반사 거울 제1 지점(21)에서 반투과 반사 거울(2)과 교차하고, 비전 도메인 경계(VDB2)의 역 연장선은 배열 제1 단부(3001)로부터 더 멀리 떨어진 반투과 반사 거울 제2 지점(22)에서 반투과 반사 거울(2)과 교차한다.
도 14b를 계속 참조하여, 이미지 소스(1)에 의해 방출된 빛은 이미지 소스(1) 및 반투과 반사 거울(2) 사이에 위치된 유효 노광 영역(EED)을 가지며, 유효 노광 영역(EED)은 제1 경계(L1) 및 제2 경계(L2)를 포함한다. 제1 경계(L1)는 반투과 반사 거울 제1 지점(21)으로부터 이미지 소스(1)의 각 발광 지점으로의 연결선들 중 반투과 반사 거울(2)에 대한 가장 큰 끼인각에서의 연결선이며, 제2 경계(L2)는 반투과 반사 거울 제2 지점(22)으로부터 이미지 소스(1)의 각 발광 지점으로의 연결선들 중 반투과 반사 거울(2)에 대한 가장 작은 끼인각에서의 연결선이다.
도 14a 및 도 14b에 도시된 실시예들에서, 재귀 반사 하위 요소(300) 각각은 실질적으로 평면인 베이스 재료 및 베이스 재료 상에 분포된 반사면을 갖는 다수의 재귀 반사 유닛(미도시)을 포함한다. 재귀 반사 유닛은 직각 꼭지점 미세 구조를 가지고, 직각 꼭지점 미세 구조는 적어도 하나의 직각 꼭지점을 가지며, 직각 꼭지점의 3개의 모서리는 서로 직각을 이룬다. 직각 꼭지점을 통과하고 직각 꼭지점 미세 구조의 3개의 모서리와 동일한 끼인각을 갖는 직선은 직각 꼭지점 미세 구조의 중심선으로 정의된다. 일부 바람직한 실시예에서, 직각 꼭지점 미세 구조의 중심선 및 베이스 재료 평면의 법선 사이의 끼인각은 가능한 한 작아지도록 요구되며, 이는 예를 들어 15° 미만이거나, 10° 미만이거나, 5° 미만이거나, 심지어 0°이다.
도 14b의 부분적으로 확대된 부분을 참조하여, 재귀 반사 하위 요소(300) 각각은 하위 요소 제1 단부(301) 및 하위 요소 제2 단부(302)를 포함한다. 일반적으로, 하위 요소 제2 단부(302)가 아래에 위치하는 반면에 하위 요소 제1 단부(301)는 상부에 위치하여서, 하위 요소(300)는 수직으로, 또는 바람직하게는 수직 방향에 특정 각도로 설정된다.
일부 바람직한 실시예들에서, 하위 요소 제1 단부(301)의 위치가 결정되는 경우에, 수직 방향에 대한 재귀 반사 하위 요소(300)의 각도는 재귀 반사 하위 요소(300)의 기하학적 중심(303)(도 14b의 부분적으로 확대된 부분 참조)으로부터 비전 도메인 지점(VDP)으로의 연결선 및 재귀 반사 하위 요소(300) 상의 직각 꼭지점 미세 구조의 중심선 사이의 끼인각이 15도 미만, 바람직하게는 10° 미만, 더 바람직하게는 5° 미만 및 가장 바람직하게는 0° 이도록 조정된다. 따라서, 반사 발광 효율은 가능한한 높다.
일부 바람직한 실시예들에서, 재귀 반사 하위 요소 배열(3000)은 재귀 반사 하위 요소(300) 각각이 반투과 반사 거울(2)로 방출되는 이미지 소스(1)의 빛을 차폐하지 않도록 배열되며, 이는 이미지 소스(1)로부터 실제 이미지(4)로의 빛이 차폐되지 않기 때문에 이미징 손실을 방지할 수 있다.
예를 들어, 각각의 하위 요소 제1 단부(301) 및 각각의 하위 요소 제2 단부(302)는 유효 노광 영역(EED) 외부에 떨어져서, 이미지 소스(1)로부터 실제 이미지(4)로의 빛은 차폐되지 않는다. 더 바람직하게는, 각각의 하위 요소 제1 단부(301)는 제1 경계(L1) 상에 떨어지고, 각각의 하위 요소 제2 단부(302)는 유효 노광 영역(EED) 외부에 떨어진다. 따라서, 이는 재귀 반사 하위 요소(300)로부터 형성된 실제 이미지(4)로의 광학 거리가 가능한한 짧음을 더 보장할 수 있다.
일부 바람직한 실시예에서, 재귀 반사 하위 요소 배열(3000)은 실제 이미지(40)를 형성하는 모든 광선의 연장선들이 특정 재귀 반사 하위 요소(300) 상에 떨어질 수 있도록 배열되므로, 이는 이미지 소스(1)로부터 실제 이미지(4)로의 빛이 반사를 받지 않기 때문에 이미징 손실을 방지할 수 있다.
예를 들어, 도 14b에 도시된 바와 같이, 시스템의 측면도에서 보았을 때, 배열(3000)의 모든 재귀 반사 하위 요소(300)는 반투과 반사 거울 제1 지점(21)에 대한 거리가 짧은-긴 순서로 배열된다. 반투과 반사 거울 제1 지점(21)에 대해 가장 짧은 거리를 갖는 재귀 반사 하위 요소(300)의 위치는 최전점으로 정의되고, 반투과 반사 거울 제1 지점(21)에 대해 가장 긴 거리를 갖는 재귀 반사 하위 요소(300)의 위치는 최후점으로 정의된다. 인접한 2개의 재귀 반사 하위 요소(300)에서, 전자의 재귀 반사 하위 요소(300)의 하위 요소 제2 단부(302)로부터 비전 도메인 지점(VDP)으로의 연결선 및 제1 경계(L1)는 교차점을 형성하고, 후자의 재귀 반사 하위 요소(300)의 하위 요소 제1 단부(301)로부터 비전 도메인 지점(VDP)으로의 연결선 및 제1 경계(L1)의 연결선 또한 교차점을 형성하며, 전자의 교차점은 후자의 교차점 뒤에 위치하거나, 적어도 겹쳐지며, 이는 배열(3000)로의 반투과 반사 거울(2)의 제1 반사를 받는 이미지 소스(1)에 의해 방출된 모든 광선이 누락되지 않고 반대 방향으로 다시 반사되는 것을 보장한다.
도 15a 및 도 15b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미징 휘도 및 정의를 개선하기 위한 이미징 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 15a를 참조하여, 도 2에 도시된 실시예와 유사하게, 시스템은 이미지 소스(1), 반투과 반사 거울(2) 및 복수의 재귀 반사 하위 요소(300)를 포함한다. 반투과 반사 거울(2)이 위치하는 평면은 공간을 제1 절반 영역(I) 및 제2 절반 영역(II)으로 나누고, 이미지 소스(1)는 제1 절반 영역(I)에 위치하는 반면, 복수의 재귀 반사 하위 요소(300)는 제2 절반 영역(II)에 위치한다. 복수의 재귀 반사 하위 요소(300)는 재귀 반사 하위 요소 배열(3000)을 형성한다(참조 부호 3000 및 참조 부호 300은 편의를 위해 도면에서 하나의 위치에 기록되어 있다).
이미지 소스(1)에 의해 방출된 빛은 반투과 반사 거울(2)에 의해 투과된 후 재귀 반사 하위 요소(300) 상에 조사된 다음, 빛은 재귀 반사 하위 요소(300)에 의해 재귀 반사되어, 재귀 반사 하위 요소(300) 상의 입사광 및 반사광은 동일한 경로에 반대 방향으로 위치한다. 따라서, 빛은 재귀 반사 하위 요소(300)에 의해 반사된 다음 원래의 입사 경로를 따라 출사하고(물론, 미시적으로 관찰될 때, 반사 경로는 입사 경로로부터 약간 오프셋된 것으로 간주될 수 있다. 그러나, 거시적으로 관찰될 때, 2개의 경로는 완전히 일치하는 것으로 간주될 수 있다), 반투과 반사 거울에 의해 반사된 후에, 제2 절반 영역(II)에 실제 이미지(4)를 형성한다.
이 실시예에서, 이미지 소스(1)에 의해 방출된 빛은 반투과 반사 거울(2)에 의해 (반사되기보다는) 투과된 다음 재귀 반사 하위 요소(300)에 도달한다. 반면에 재귀 반사 요소(300)에 의해 반사된 빛은 반투과 반사 거울(2)에 의해 (투과되기보다는) 더 반사된 다음, 실제 이미지(4)를 형성한다. 최종적으로 형성된 실제 이미지(4) 및 재귀 반사 하위 요소(300)는 상이한 절반 영역보다는 동일한 절반 영역에 위치한다.
도 14b와 유사하게, 측면도에서 보았을 때, 도 15b의 시스템은 또한 완전 실제 이미지 비전 도메인(CRIVD), 비전 도메인 지점(VDP), 2개의 비전 도메인 경계(VDB1, VDB2)(도 15b에 도시되지 않음)를 포함하고, 유효 노광 영역(EED)뿐만 아니라 제1 경계(L1) 및 제2 경계(L2) 또한 포함하며, 재귀 반사 하위 요소 배열(3000)의 배열 제1 단부(3001) 및 배열 제2 단부(3002), 반투과 반사 거울 제1 지점(21) 및 반투과 반사 거울 제2 지점(22)을 더 포함한다. 도 14b의 시스템은 이러한 모든 특징들의 정의를 위해 참조된다. 도 15b의 시스템의 미세 구조의 구성은 또한 도 14b에 도시된 실시예에 따른 것과 일치한다.
추가로, 제3 경계(L3)는 반투과 반사 거울(2)에 대하여 제1 경계(L1)에 거울 대칭인 선으로 정의되며, 유효 이미징 영역(EID)은 반투과 반사 거울(2)에 대하여 유효 노광 영역(EED)에 거울 대칭인 영역으로 정의되고, 가상 비전 도메인 지점(VVDP)은 반투과 반사 거울(2)에 대하여 비전 도메인 지점(VDP)에 거울 대칭인 지점으로 정의된다.
도 15b에서, 일반적으로, 재귀 반사 하위 요소(300) 각각의 하위 요소 제1 단부(301)는 우측(반투과 반사 거울(2)에 더 가까움)에 있고, 하위 요소 제2 단부(302)는 좌측(반투과 반사 거울(2)로부터 더 멀리 떨어짐)에 있어서, 하위 요소(300)는 수평으로, 또는 바람직하게는 수평 방향에 특정 각도로 배열된다.
일부 바람직한 실시예들에서, 하위 요소 제1 단부(301)의 위치가 결정되는 경우에, 수평 방향에 대한 재귀 반사 하위 요소(300)의 각도는 재귀 반사 하위 요소(300)의 기하학적 중심(303)으로부터 가상 비전 도메인 지점(VVDP)으로의 연결선 및 재귀 반사 하위 요소(300) 상의 직각 꼭지점 미세 구조의 중심선 사이의 끼인각이 15도 미만, 바람직하게는 10° 미만, 더 바람직하게는 5° 미만 및 가장 바람직하게는 0°이도록 조정된다. 따라서, 반사 발광 효율은 가능한한 높다.
일부 바람직한 실시예들에서, 재귀 반사 하위 요소 배열(3000)은 각각의 재귀 반사 하위 요소(300)가 반투과 반사 거울(2)로 방출되는 이미지 소스(1)의 빛을 차폐하지 않도록 배열되므로, 이는 이미지 소스(1)로부터 실제 이미지(4)로의 빛이 차폐되지 않기 때문에 이미징 손실을 방지할 수 있다.
예를 들어, 각각의 하위 요소 제1 단부(301) 및 각각의 하위 요소 제2 단부(302)는 유효 이미징 영역(EID) 외부에 떨어져서, 이미지 소스(1)로부터 실제 이미지(4)로의 빛은 차폐되지 않는다. 더 바람직하게는, 각각의 하위 요소 제1 단부(301)는 제1 경계(L1) 상에 떨어지고, 각각의 하위 요소 제2 단부(302)는 유효 이미징 영역(EID) 외부에 떨어진다. 따라서, 이는 재귀 반사 하위 요소(300)로부터 실제 이미지(4)로의 광학 거리가 가능한한 짧음을 더 보장할 수 있다.
일부 바람직한 실시예에서, 재귀 반사 하위 요소 배열(3000)은 유효 노광 영역(EED) 내에서 이미지 소스(1)에 의해 방출된 모든 광선의 연장선들이 특정 재귀 반사 하위 요소(300) 상에 떨어질 수 있도록 배열되므로, 이는 이미지 소스(1)로부터 실제 이미지(4)로의 빛이 반사를 벗어나지 않기 때문에 이미징 손실을 방지할 수 있다.
예를 들어, 도 15b에 도시된 바와 같이, 시스템의 측면도에서 보았을 때, 배열(3000)의 모든 재귀 반사 하위 요소(300)는 반투과 반사 거울 제1 지점(21)에 대한 거리가 짧은-긴 순서로 배열된다. 반투과 반사 거울 제1 지점(21)에 대해 가장 짧은 거리를 갖는 재귀 반사 하위 요소(300)의 위치는 최전점으로 정의되고, 반투과 반사 거울 제1 지점(21)에 대해 가장 긴 거리를 갖는 재귀 반사 하위 요소(300)의 위치는 최후점으로 정의된다. 인접한 2개의 재귀 반사 하위 요소(300)에서, 전자의 재귀 반사 하위 요소(300)의 하위 요소 제2 단부(302)로부터 가상 비전 도메인 지점(VVDP)으로의 연결선 및 제3 경계(L3)는 교차점을 형성하고, 후자의 재귀 반사 하위 요소(300)의 하위 요소 제1 단부(301)로부터 가상 비전 도메인 지점(VVDP)으로의 연결선 및 제3 경계(L3)의 연결선 또한 교차점을 형성하며, 전자의 교차점은 후자의 교차점 뒤에 위치하거나, 적어도 겹쳐지며, 이는 배열(3000)로의 반투과 반사 거울(2)의 제1 투과를 받는 이미지 소스(1)에 의해 방출된 모든 광선이 누락되지 않고 반대 방향으로 다시 반사되는 것을 보장한다.
재귀 반사 요소의 단일 조각이 사용되는 경우와 유사하게, 본 발명의 다른 실시예에서(미도시), 상술한 2개의 실시예들은 조합될 수 있고, 2개의 재귀 반사 요소 배열이 사용되어 더 강한 휘도를 갖는 이미징을 야기한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 2개의 이미지 소스 또한 사용될 수 있다.
본 발명에서, 대부분의 경우, 재귀 반사 요소의 반사면(예를 들어, 고 반사 코팅으로 코팅된 표면)이 베이스 재료 상에 부착된 부분으로 설명되었지만, 반사면은 또한 미세 구조 상에 부착된 부분으로 간주될 수 있음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 재귀 반사 요소는 다수의 재귀 반사 유닛으로 나누어질 수 있으며, 각 재귀 반사 유닛은 반사면을 갖는 미세 구조를 포함한다. 미세 구조는 전술한 바와 같은 직각 꼭지점 미세 구조 또는 구형 미세 구조일 수 있다. 대안적으로, 반사면은 심지어 독립적인 구조의 유닛으로 설명될 수 있다. 예를 들어, 각 재귀 반사 유닛은 반사면을 포함하고, 반사 면은 그 위의 제1 재료 및 제2 재료 중 적어도 하나 상에 부착될 수 있으며, 반사면은 상술한 미세 구조의 하나 이상의 면에 의해 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 이미지는 헬멧과 같은 보조 장치의 도움없이, 또는 공기 중의 미립자 매개체 또는 이미징 스크린의 도움없이, 공기 중에, 또는 진공에서도 직접 형성될 수 있다. 이는 공기 중의 이미징의 진정한 기술이다. 형성된 이미지는 공기 중에 현수되어, 다수의 상호 작용 및 응용이 개발될 수 있으며, 이는 획기적인 의의를 지닌다.
개시된 실시예들의 상기 설명은 당업자가 본 발명을 구현하거나 사용하는 것을 가능하게 함이 이해되어야 한다. 전술한 실시예들에 개시된 특징들은 달리 명시되지 않는 한, 개별적으로 또는 조합하여 사용될 수 있음이 이해되어야 한다. 이들 실시예에 대한 다양한 수정은 당업자에게 자명하며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다른 실시예들에서 구현될 수 있다. 따라서, 여기에 개시된 바와 같은 본 발명은 개시된 특정 실시예들로 제한되지 않지만, 첨부된 청구항들에 정의된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위 내의 수정을 포함하도록 의도된다.

Claims (20)

  1. 이미지 소스, 반투과 반사 거울 및 재귀 반사 요소를 포함하고,
    이미지 소스에 의해 방출된 빛은 반투과 반사 거울에 의해 반사된 후에 재귀 반사 요소 상에 조사되고, 빛은 재귀 반사 요소에 의해 반사되고 원래의 입사 경로를 따라 반대 방향으로 출사된 다음, 반투과 반사 거울에 의해 투과된 후 실제 이미지를 형성하며,
    선택적 투과막은 이미지 소스를 마주하는 반투과 반사 거울의 측면 상에 제공되고, 선택적 투과막은 이미지 소스를 마주하는 반투과 반사 거울의 측면 상에 도금되어, 선택적 투과막 및 재귀 반사 요소 사이의 각도는 반투과 반사 거울 및 상기 재귀 반사 요소 사이의 각도와 동일하고, 선택적 투과막은 제2 선형 편광에 대한 반사율보다 큰 제1 선형 편광에 대한 반사율 및 제1 선형 편광에 대한 투과율보다 큰 제2 선형 편광에 대한 투과율을 갖도록 구성되며, 제1 선형 편광의 편광 방향은 제2 선형 편광의 편광 방향에 수직이고,
    위상 지연 광학 소자는 반투과 반사 거울로부터 재귀 반사 요소 상에 입사한 이미지 소스의 제1 선형 편광이 위상 지연 광학 소자를 통과한 후 원편광이 되도록 반투과 반사 거울을 마주하는 재귀 반사 요소의 측면 상에 제공되는, 공기 중의 이미징을 위한 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    선택적 투과막의 구성 요소는 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 산질화물 코팅막 및 유기 중합체 중 하나를 포함하는, 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    선택적 투과막은 하나 이상의 필름 층을 포함하고, 각각의 필름 층의 구성 요소는 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 산질화물 코팅막 및 유기 중합체 중 하나를 포함하는, 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    이미지 소스는 편광원을 포함하는, 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    편광원은 s편광원이며, 제1 선형 편광은 s편광이고, 제2 선형 편광은 p편광이며, s편광원은 재귀 반사 요소를 마주하는 반투과 반사 거울의 측면 상에 위치하는, 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    이미지 소스에 의해 방출된 빛은 특정 파장 대역의 s편광으로 선택되고, 선택적 투과막은 특정 파장 대역의 s편광에 대해 70%보다 더 큰 반사율 및 다른 파장 대역의 s편광 및 가시광 대역 내의 p편광에 대해 70%보다 더 큰 투과율을 갖도록 구성되는, 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    선택적 투과막은 s편광에 대해 80% 또는 90%보다 큰 평균 반사율을 가지는, 시스템.
  8. 제5항에 있어서,
    선택적 투과막은 p편광에 대해 80% 또는 90%보다 큰 평균 투과율을 가지는, 시스템.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    위상 지연 광학 소자는 1/4 파장판인, 시스템.

  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    반사 방지막은 이미지 소스로부터 멀리 떨어진 반투과 반사 거울의 측면에 부착되는, 시스템.
  11. 이미지 소스, 반투과 반사 거울 및 재귀 반사 요소를 포함하고,
    이미지 소스에 의해 방출된 빛은 반투과 반사 거울에 의해 투과된 후에 재귀 반사 요소 상에 조사되고, 빛은 재귀 반사 요소에 의해 반사되고 원래의 입사 경로를 따라 반대 방향으로 출사된 다음, 반투과 반사 거울에 의해 반사된 후 실제 이미지를 형성하며,
    선택적 투과막은 이미지 소스를 마주하는 반투과 반사 거울의 측면 상에 제공되고, 선택적 투과막은 이미지 소스를 마주하는 반투과 반사 거울의 측면 상에 도금되어, 선택적 투과막 및 재귀 반사 요소 사이의 각도는 반투과 반사 거울 및 재귀 반사 요소 사이의 각도와 동일하고,
    선택적 투과막은 제2 선형 편광에 대한 반사율보다 큰 제1 선형 편광에 대한 반사율 및 제1 선형 편광에 대한 투과율보다 큰 제2 선형 편광에 대한 투과율을 갖도록 구성되며, 제1 선형 편광의 편광 방향은 제2 선형 편광의 편광 방향에 수직이고,
    위상 지연 광학 소자는 반투과 반사 거울로부터 재귀 반사 요소 상에 입사한 이미지 소스의 제2 선형 편광이 위상 지연 광학 소자를 통과한 후 원편광이 되도록 반투과 반사 거울을 마주하는 재귀 반사 요소의 측면 상에 제공되는, 공기 중의 이미징을 위한 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    이미지 광원은 p편광원이며, 제1 선형 편광은 s편광이고, 제2 선형 편광은 p편광이며, p편광원은 재귀 반사 요소로부터 멀리 떨어진 반투과 반사 거울의 측면 상에 위치하는, 시스템.
  13. 제1항 내지 제8항, 제11항 또는 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    재귀 반사 요소는 재귀 반사를 위한 복수의 미세 구조를 포함하고, 각각의 미세 구조는 볼록 렌즈 유닛 및 복수의 직각 삼각형 피라미드 유닛을 포함하며, 볼록 렌즈 유닛은 복수의 직각 삼각형 피라미드 유닛의 광 입사 측면 상에 위치하고, 볼록 렌즈 유닛으로부터 멀리 떨어진 복수의 삼각형 피라미드 유닛의 표면은 반사면을 포함하며, 복수의 직각 삼각형 피라미드 유닛은 볼록 렌즈 유닛의 초점면 상에 배열되는, 시스템.
  14. 제1항 내지 제8항, 제11항 또는 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    재귀 반사 요소는 복수의 재귀 반사 하위 요소의 배열을 포함하고, 재귀 반사 하위 요소의 각각은 베이스 재료 및 베이스 재료 상에 분포된 반사면을 갖는 다수의 재귀 반사 유닛을 포함하며, 복수의 재귀 반사 유닛 중 적어도 하나는 직각 꼭지점 미세 구조이고, 직각 꼭지점 미세 구조는 적어도 하나의 직각 꼭지점을 가지며, 직각 꼭지점의 3개의 모서리는 서로 직각을 이루고, 직각 꼭지점 미세 구조의 중심선 및 베이스 재료의 평면의 법선 사이의 끼인각은 15도 미만이며, 중심선은 직각 꼭지점 미세 구조의 3개의 모서리 모두와 동일한 끼인각에 있는, 시스템.
  15. 이미지 소스, 반투과 반사 거울 및 재귀 반사 요소를 포함하고,
    이미지 소스에 의해 방출된 빛은 반투과 반사 거울에 의해 반사된 후에 재귀 반사 요소 상에 조사되고, 빛은 재귀 반사 요소에 의해 반사되고 원래의 입사 경로를 따라 반대 방향으로 출사된 다음, 반투과 반사 거울에 의해 투과된 후 실제 이미지를 형성하며,
    재귀 반사 요소는 복수의 재귀 반사 하위 요소의 배열을 포함하고, 재귀 반사 하위 요소의 각각은 베이스 재료 및 베이스 재료 상에 분포된 반사면을 갖는 복수의 재귀 반사 유닛을 포함하며, 복수의 재귀 반사 유닛 중 적어도 하나는 직각 꼭지점 미세 구조이고, 직각 꼭지점 미세 구조는 적어도 하나의 직각 꼭지점을 가지며, 직각 꼭지점의 3개의 모서리는 서로 직각을 이루고, 직각 꼭지점 미세 구조의 중심선 및 베이스 재료의 평면의 법선 사이의 끼인각은 15도 미만이며, 중심선은 직각 꼭지점 미세 구조의 3개의 모서리 모두와 동일한 끼인각에 있고,
    복수의 재귀 반사 하위 요소의 배열은 재귀 반사 하위 요소가 반투과 반사거울에 입사하는 이미지 소스의 빛을 차폐하지 않도록 배열되고, 실제 이미지를 형성하는 모든 광선의 역 연장선은 재귀 반사 하위 요소 상에 떨어지고,
    이미지 소스, 반투과 반사 거울, 복수의 재귀 반사 하위 요소의 배열 및 실제 이미지를 포함하는 단면도에서, 이미지 소스로부터 멀리 떨어진 각각의 재귀 반사 하위 요소의 단부는 제1 단부이고, 이미지 소스에 가까운 각각의 재귀 반사 하위 요소의 단부는 제2 단부이며, 재귀 반사 하위 요소의 적어도 하나의 제1 단부는 재귀 반사 요소에 가까운 이미지 소스의 단부로부터 재귀 반사 요소에 가까운 반투과 반사 거울의 단부로의 제1 연결선 상에, 또는 반투과 반사 거울로부터 멀리 떨어진 제1 연결선의 측면 상에 위치하며, 재귀 반사 하위 요소의 제2 단부는 반투과 반사 거울로부터 멀리 떨어진 제1 연결선의 측면 상에 위치하는, 시스템.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제15항에 있어서,
    단면도는 실제 이미지가 완전히 가시적인 완전 실제 이미지 비전 도메인을 포함하고, 완전 실제 이미지 비전 도메인은 비전 도메인 지점으로 교차점을 갖는 제1 비전 도메인 경계 및 제2 비전 도메인 경계를 가지며, 이미지 소스로부터 멀리 떨어진 반투과 반사 거울의 단부는 제1 단부이고, 이미지 소스에 가까운 반투과 반사 거울의 단부는 제2 단부이며, 제1 비전 도메인 경계의 역 연장선은 반투과 반사 거울의 제1 단부와 교차하고, 제2 비전 도메인 경계의 역 연장선은 반투과 반사 거울의 제2 단부와 교차하며, 적어도 하나의 재귀 반사 하위 요소의 기하학적 중심으로부터 비전 도메인 지점으로의 연결선 및 재귀 반사 하위 요소 상의 직각 꼭지점 미세 구조의 중심선에 의해 형성된 끼인각은 15도 미만인, 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    반투과 반사 거울의 제1 단부에 가까운 인접한 2개의 재귀 반사 하위 요소 중 하나는 제1 재귀 반사 하위 요소이고, 반투과 반사 거울의 제1 단부로부터 멀리 떨어진 인접한 2개의 재귀 반사 하위 요소 중 다른 하나는 제2 재귀 반사 하위 요소이며, 제1 재귀 반사 하위 요소의 제2 단부로부터 비전 도메인 지점으로의 제2 연결선 및 제1 연결선 사이의 교차점은 제1 교차점이고, 제2 재귀 반사 하위 요소의 제1 단부로부터 비전 도메인 지점으로의 제3 연결선 및 제1 연결선 사이의 교차점은 제2 교차점이며, 제2 교차점은 반투과 반사 거울의 제1 단부에 가까운 제1 교차점의 측면 상에 위치하거나, 제1 교차점은 제2 교차점과 겹치는, 시스템.
  20. 이미지 소스, 반투과 반사 거울 및 재귀 반사 요소를 포함하고,
    이미지 소스에 의해 방출된 빛은 반투과 반사 거울에 의해 투과된 후에 재귀 반사 요소 상에 조사되고, 빛은 재귀 반사 요소에 의해 반사되고 원래의 입사 경로를 따라 반대 방향으로 출사된 다음, 반투과 반사 거울에 의해 반사된 후 실제 이미지를 형성하며,
    재귀 반사 요소는 복수의 재귀 반사 하위 요소의 배열을 포함하고, 재귀 반사 하위 요소의 각각은 베이스 재료 및 베이스 재료 상에 분포된 반사면을 갖는 복수의 재귀 반사 유닛을 포함하며, 복수의 재귀 반사 유닛 중 적어도 하나는 직각 꼭지점 미세 구조이고, 직각 꼭지점 미세 구조는 적어도 하나의 직각 꼭지점을 가지며, 직각 꼭지점의 3개의 모서리는 서로 직각을 이루고, 직각 꼭지점 미세 구조의 중심선 및 베이스 재료의 평면의 법선 사이의 끼인각은 15도 미만이며, 중심선은 직각 꼭지점 미세 구조의 3개의 모서리 모두와 동일한 끼인각에 있고,
    복수의 재귀 반사 하위 요소의 배열은 재귀 반사 하위 요소가 반투과 반사거울에 입사하는 이미지 소스의 빛을 차폐하지 않도록 배열되고, 실제 이미지를 형성하는 모든 광선의 역 연장선은 재귀 반사 하위 요소 상에 떨어지고,
    이미지 소스, 반투과 반사 거울, 복수의 재귀 반사 하위 요소의 배열 및 실제 이미지를 포함하는 단면도에서, 이미지 소스로부터 멀리 떨어진 각각의 재귀 반사 하위 요소의 단부는 제1 단부이고, 이미지 소스에 가까운 각각의 재귀 반사 하위 요소의 단부는 제2 단부이며, 재귀 반사 하위 요소의 적어도 하나의 제1 단부는 재귀 반사 요소에 가까운 이미지 소스의 단부로부터 재귀 반사 요소에 가까운 반투과 반사 거울의 단부로의 제1 연결선 상에, 또는 반투과 반사 거울로부터 멀리 떨어진 제1 연결선의 측면 상에 위치하며, 재귀 반사 하위 요소의 제2 단부는 반투과 반사 거울로부터 멀리 떨어진 제1 연결선의 측면 상에 위치하는, 시스템.
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