KR20000075465A - 공간에 부유하는 이미지를 전시하기 위한 장치 - Google Patents

Abstract

공간에 부유하는 이미지를 전시하기 위한 장치로서 전시를 위한 물체[1], 상기 물체에서 빛을 수신하는 역반사체[2], 상기 물체에서 역반사체로의 빛에 대한 한 경로내에 존재하는 빔스플릿터[3], 및 상기 빔스플릿터 및 역반사체 사이의 수렴 렌즈[4]를 포함한다. 상기 빔스플릿터는 빛의 전파 방향[6]에 비스듬한 각도로 놓여져 있으며 빛의 일부는 전달되고 나머지는 반사된다. 상기 빔스플릿터에서의 빛은 상기 렌즈를 통과하여 역반사체로 통과되고, 상기 역반사체는 다시 상기 렌즈를 통해 빔스플릿터로 반사시킨다. 상기 역반사된 빛은 빔스플릿터에 의해 반사 및/또는 전송되어 공간에 부유하는 실상[5]을 형성한다. 상기 빔스플릿터 및 상기 역반사체 사이의 렌즈는 이미지 해상도 및 시청 각도를 개선하고, 필요한 역반사체의 영역을 감소시키고, 그리고 저가의 역반사체를 높은 해상도 전시(display)에 사용할 수 있게 한다.

Description

공간에 부유하는 이미지를 전시하기 위한 장치{APPARATUS FOR DISPLAYING AN IMAGE SUSPENDED IN SPACE}

상기 형태의 공지 전시 장치는 EP-A-0460873에 기술되어 있다.

본 발명은 공간에 부유하는(suspended) 이미지를 전시하기 위한 장치에 관한 것으로 전시하기 위한 물체, 상기 물체에서의 빛을 수신하기 위하여 배치된 역반사체(retroreflector), 상기 물체에서 상기 역반사체로의 빛에 대한 한 경로내의 빔스플릿터(beamsplitter)를 포함하는데, 상기 빔스플릿터는 빛의 일부는 전달하고 일부는 반사하기 위하여 빛의 전파(propagation)의 방향에 비스듬한 각도로 배치되고, 상기 빔스플릿터에 의해 전달되거나 반사된 빛은 상기 역반사체에 의해 수신되고 상기 빔스플릿터로 다시 반사된다. 상기 빔스필릿터는 공간에 부유하는 실재 이미지를 형성하기 위하여 상기 역반사된 빛의 일부를 반사하거나 전달한다.

본 발명의 실시예들이 단지 예시의 목적으로 도면을 참조해 기술될 것이다.

도 1 은 제 1 실시예의 평면도이다.

도 2 는 제 2 실시예의 평면도이다.

본 발명의 첫번째 특징에 따라 청구항 1 항의 장치가 제공된다. 상기 빔스플릿터 및 역반사체 사이의 수렴 광학 장치(converging optical element)가 존재함으로써 시청 각도(viewing angle)을 개선하거나 및/또는, 공간에 부유하는 실재 이미지에 대한 주어진 시청 각도를 제공하는데 필요한 역반사체의 영역을 감소시킬 수 있다.

제 1 역반사체는 상기 물체에서 빔스플릿터에 의해 전송되고 있는 빛을 수신하기 위해 제공될 것이며, 추가의 역반사체는 상기 물체에서 빔스플릿터에 의해 반사되고 있는 빛을 수신하기 위해 제공되어, 양 역반사체에 의해 반사되고 있는 빛은 공간에 부유하는 실재 이미지를 형성하고 실재 이미지의 밝기를 증가시킨다.

상기 수렴 광학 장치는 주어진 물체의 이미지 또는 상기 역반사체의 평면내의 이미지를 형성하기 위해 위치된다. 이것은 공간에 부유하는 실재 이미지의 해상도를 매우 개선하고 예를 들면 저가의 비드(bead) 역반사체를 고 해상도 전시에 사용할 수 있게 한다.

상기 물체가 3 차원이면, 실재 이미지는 공간에 부유하거나 투영(project)된 3 차원 이미지로 나타난다.

본 발명의 두번째 특징에 따라 청구항 13 항에 정의된 장치가 제공된다.

도 1 은 공간에 부유하는 실재 이미지를 전시하기 위한 본 발명에 따른 장치를 도시한다. 상기 장치는 전시를 위한 물체[1], 상기 물체에서의 빛을 수신하기 위하여 배치된 역반사체[2], 상기 물체에서 역반사체로의 빛에 대한 한 경로내에 존재하는 빔스플릿터[3]를 포함하고, 상기 빔스플릿터는 상기 빛의 전파[6]의 방향에 비스듬한 각도로 배치되어 빛의 일부[9]는 전달하고 빛의 일부[8]는 반사시킨다. 상기 빔스플릿터에 의해 전달되거나 반사된 빛은 역반사체에 의해 수신되고 다시 빔스플릿터로 반사된다. 상기 빔스플릿터는 공간에 부유하는 실재 이미지[5]를 형성하기 위하여 상기 역반사된 빛의 일부를 반사하거나 전달한다. 상기 장치는 또한 수렴 광학 장치를 포함하는데, 본 실시예에서 상기 빔스플릿터[3] 및 역반사체[2] 사이에 배치된 렌즈(lens)[4]가 존재하여 상기 빔스플릿터에서의 빛은 상기 렌즈를 통해 상기 역반사체로 통과되고 상기 역반사체는 또한 이것을 렌즈를 통해 상기 빔스플릿터로 반사한다.

상기 실시예에서, 물체[1]는 시각적 전시 유닛(visual display unit)[7]에 의해 전시되고 있는 이미지를 포함하고, 역반사체는 비드(bead) 형태의 역반사체 물질로 이루어진 면을 포함한다. 다른 실시예들은 예를 들면, 상기 시각적 전시 유닛내의 조명된 고체 물체를 사용하여 만들어질 수도 있을 것이다. 또 다른 실시예로, 상기 역반사체 물질은 코너 큐브(corner cube) 역반사체 물질로 이루어진 면, 3 중 거울 역반사체, 또는 다른 방향 선택 스크린을 포함할 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 제 2 실시예가 도 2 에 도시되어 있다. 상기 실시예에서, 역반사체 물질[2,12]의 면들의 한 쌍이 제공되고 각각의 수렴 렌즈[4,14]가 빔스플릿터 및 각 역반사체 사이에 배치된다. 상기 배치는 빛 손실의 양을 감소시키고 그러므로 부유하는 이미지의 밝기를 증가시킨다. 상기 부유된 이미지는 제 1 실시예보다 더 밝고 더욱 선명하므로, 상기 제 2 수렴 렌즈[14]가 상기 실시예에서 제거되더라도 제 2 역반사체는 바람직하다.

역반사체에 입사하는 빛은 회절 효과(diffraction effects), 제조 오차, 병진 시프트(translational shift) 또는 불완전한 역반사로 인해 입사한 방향을 따라 정확하게 되돌아 오지 않으므로 렌즈와 같은 수렴 광학 장치를 갖추는 것이 바람직하다. 결과적으로 상기 입사 광선은 역반사후 빛의 좁은 폭의 원뿔형이 된다. 상기 원뿔형 빛의 경로내에 수렴 렌즈를 위치시키면 이것은 포인트 소스(point source)에서 발생한 것처럼 행동하고, 상기 렌즈는 원뿔형 빛을 한 촛점으로 모은다. 상기 렌즈가 상기 물체의 이미지를 역반사체의 표면에서 형성하기 위하여 위치된다면, 동일한 렌즈가 원뿔형 역반사된 빛에서 상기 포인터 소스에서의 이미지를 형성하게 될 지점은 원 물체의 위치와 일치하거나, 빔스플릿터가 부유하는 이미지의 위치에서 상기 빛을 전환시키는 지점이 될 것이다. 상기 렌즈가 존재함으로써, 부유하는 이미지의 첨예화(sharpening)가 이루어진다. 상기 개선으로 비드 역반사체들(완벽하게 역반사하지 못하므로 부유하는 이미지들이 완벽한 화질을 일반적으로 제공하지 못한다)이 TV 화질의 해상도를 보이는 부유하는 이미지들을 형성하는데 사용될 수 있다.

더욱이, 상기 물체에서의 빛이 역반사체 물질상으로 집중되므로, 역반사체 면의 영역이 감소된다. 더욱 작은(값싼) 시스템들이 주어진 시청 각도에 대해 제공될 수 있거나, 더욱 큰 시청 각도가 주어진 역반사체 영역으로 얻어질 수 있다. 더욱 큰 "무봉(seamless)" 이미지들이 주어진 크기의 단일 역반사체 "타일(tile)"에서 생성될 것이다. 상기와 같은 타일들은 필요에 따라 2 차원 배열로 배치될 수 있다.

역반사체 대신, 거울과 같은 반사 표면 또는 층이 예를 들면 도 1 의 [2]의 역반사체를 대신하여 사용될 수 있을 것이다. 상기의 경우 반사 표면에 의한 반사후 형성된 이미지는 물체와 수렴 광학 장치사이의 거리에 따라 실상이거나 허상중 하나일 것이다. 상기 반사 표면 또는 층은 부분적으로 광 투과적 또는 불투명체일 수 있다.

상기 실시예에서 사용된 상기 수렴 광학 장치들은 프레스넬 렌즈들(Fresnel lens)이지만, 통상적인 수렴 렌즈들이 대신 사용될 수 있다. 프레스넬 렌즈들은 가벼운 무게 및 제조상 저렴하다는 장점을 가진다. 수렴 렌즈 및 역반사체 또는 반사 표면 사이의 어떤 간격도 본 발명의 청구항 1 항에서 기재한 발명의 범위내에 속한다. 그러나, 상기 물체와 상기 렌즈사이 및 상기 렌즈와 상기 반사체 사이의 광학적 거리들이 상기 수렴 렌즈가 물체의 이미지를 반사체의 표면상 또는 표면에 생성하도록 선택될 때 가장 좋은 해상도를 가지는 부유하는 이미지들이 형성된다. 상기 역반사체 또는 반사층과 수렴 광학 장치 사이의 거리가 선택가능하도록 상기 장치는 바람직하게 배치된다.

상기 수렴 광학 장치는 별법으로 빛을 집중시키는 존 플레이트(zone plate) 또는 홀로그래픽 광학 장치(holographic optical element)를 포함할 수 있다.

다른 실시예로, 상기 수렴 광학 장치는 더욱 작은 수렴 광학 장치들의 배열로 구성되어 있으며 상기 작은 수렴 광학 장치들은 도 1 의 단일 수렴 광학 장치에 의해 수집되었던 빛을 그들 사이에서 수집한다. 수렴 광학 장치들의 배열은 예를 들면, 역반사체를 마주보는 수렴 렌즈들의 배열과 같은 공통 초점 평면(common focal plane)을 공유할 수 있다. 상기와 같은 타일형 렌즈들의 초점 길이는 1 또는 2 센티미터의 정도로 매우 짧아질 수 있어 렌즈들 및 역반사체들이 매우 가깝게 위치되어 상기 장치가 개선된 해상도를 유지하면서 더욱 소형이 될 수 있게 한다. 상기와 같은 렌즈 배열들은 양질의 광학 성능, 빛을 모으기 위한 넓은 면적, 및 빛을 모으는 영역의 측면에 비해 짧은 초점 길이를 가능하게 한다.

Claims (14)

1. 공간에 부유하는 이미지를 전시하기 위한 장치로서, 전시를 위한 물체[1], 상기 물체에서 빛을 수신하기 위해 배치된 역반사체(retroreflector)[2], 및 상기 물체에서 상기 역반사체로의 빛의 경로[8]내에 존재하는 빔스플릿터(beamsplitter)[3]를 포함하는데,

   상기 빔스플릿터는 빛의 일부는 전달하고 일부는 반사하기 위하여 빛의 전파 방향에 비스듬한 각도로 배치되고, 상기 빔스플릿터에 의해 전달되거나 반사된 빛은 상기 역반사체에 의해 수신되거나 다시 상기 빔스플릿터로 반사되고, 상기 빔스플릿터는 상기 역반사된 빛의 일부를 반사하거나 전달하여 공간에 부유하는 실상(real image)[5]을 형성하는 장치에 있어서,

   상기 빔스플릿터[3] 및 상기 역반사체[2] 사이에 위치하는 수렴 광학 장치(converging optical element)[4]를 더 포함하여, 상기 빔스플릿터에서의 빛은 상기 수렴 광학 장치를 통해 상기 역반사체로 통과되고, 상기 역반사체는 상기 빛을 다시 상기 광학 장치를 통해 상기 빔스플릿터로 반사하는 것을 특징으로 하는 이미지 전시 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 물체에서 상기 빔스플릿터에 의해 전달되는 빛을 수신하기 위해 제 1 역반사체[12]를 포함하고, 상기 물체에서 상기 빔스플릿터에 의해 반사되는 빛을 수신하기 위하여 추가의 역반사체[2]를 포함하여 상기 양 역반사체들에서 반사된 빛의 부분이 공간에 부유하는 실상[5]을 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 전시 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 빔스플릿터에서 상기 제 1 및 추가의 역반사체로의 빛의 경로상에 수렴 광학 장치[4,14]가 제공되는 것을 특징으로 하는 이미지 전시 장치.
4. 상기 선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서, 주어진 물체의 이미지를 형성하거나 상기 역반사체에서의 이미지를 형성하기 위하여 상기 수렴 광학 장치가 위치되는 것을 특징으로 하는 이미지 전시 장치.
5. 상기 선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수렴 광학 장치는 프레스넬(Fresnel) 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 전시 장치.
6. 상기 선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수렴 광학 장치는 수렴 광학 장치들의 배열을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 전시 장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 수렴 광학 장치들은 공통 초점 평면(common focal plane)을 공유하는 것을 특징으로 하는 이미지 전시 장치.
8. 상기 선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물체는 시각적 전시 유닛(visual display unit)[7]에 의해 전시되는 이미지[1]인 것을 특징으로 하는 이미지 전시 장치.
9. 상기 선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 역반사체는 비드(bead) 역반사체인 것을 특징으로 하는 이미지 전시 장치.
10. 상기 선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 역반사체는 3 중 거울(triple mirror) 역반사체인 것을 특징으로 하는 이미지 전시 장치.
11. 상기 선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 역반사체는 코너-큐빅 역반사체인 것을 특징으로 하는 이미지 전시 장치.
12. 상기 선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 빔스플릿터는 상기 물체에서 상기 역반사체로의 빛의 전파의 방향에 35 에서 55 도 사이의 각도를 만드는 것을 특징으로 하는 이미지 전시 장치.
13. 상기 선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 역반사체는, 공간에 부유하는 실상 또는 허상을 형성하는 반사 표면(reflective surface)으로 대체되는 것을 특징으로 하는 이미지 전시 장치.
14. 상기 선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수렴 렌즈, 및 상기 역반사체 또는 반사 표면 사이의 거리는 선택적인 것을 특징으로 하는 이미지 전시 장치.