KR200363235Y1 - 허공중 입체영상 투영장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 오목거울의 광학적 반사특성과 반반사 거울의 광학적 반사특성을 이용하여 물체 혹은 영상투사기(예를 들어 컴퓨터모니터, 텔레비젼, 액정모니터 등)에서 투영되는 영상(문자, 그래픽, 동영상포함)을 허공중에 그 질감과 내용을 그대로 투영시키는 장치를 고안한 것이다.

Description

허공중 입체영상 투영장치 {A three-dimensional image projection device}

본 고안은 허공중에 입체영상을 투영하는 장치에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 오목거울의 반사특성과 반반사거울(Half Mirror)의 특성을 이용하여 허공중에 물체상을 입체로 투영시키거나 2차원적 이미지(모니터 화면 혹은 기타 그래픽류)를 허공에 투영시킬 수 있도록 한 오목거울의 반사특성과 반반사거울의 반사특성을 이용한 허공중 입체영상 투영장치에 관한 것이다.

본 고안의 고안자는 본 기술내용에 관하여 실용신안등록출원번호 제20-1999-0021350 호로 출원하였다.

먼저, 종래의 입체영상 투영장치를 도 1을 참조하면서 설명하기로 한다.

도 1은 종래의 반구형 거울을 이용한 입체영상 투영장치의 개략도이다. 도 1에서, 참조부호 '가'는 반구형으로 된 반구형 오목거울, '나'는 전시하고자 하는 물체의 실상을 투영하기 위한 실상투영구, '다'는 물체의 영상을 디스플레이 하는 영상모니터, '라'는 외부의 빛이나 광간섭을 방지하기 위하여 검은 색으로 된 케이스를각각 나타낸다.

종래의 입체영상 투영장치는 도 1에 도시한 바와 같이 허공중에 실상을 투영키 위한 검정색 아크릴로 제작된 반구형 오목거울(가)을 부착하고 구의 중심선에서 어긋나게 설치된 영상모니터(다)에 크로마키처리한 영상을 출력시켜 이를 실상투영구(나)에 상이 맺히도록 구성되어있다.

이 경우 도 3a에 도시한 바와 같이, 물체 혹은 영상과 실상이 동일한 광축선 상에 놓여 있어야 하기 때문에 물체 혹은 영상투사장치에 가려 실상을 볼 수가 없게 된다. 따라서 허공에 상을 맺히게 하기 위해서는 반구형 오목거울의 중심 광축으로부터 어긋나게 모니터를 설치하여 실상을 실상투영구(나)에 맞추어야만 하였다.

상기 본 고안인의 실용신안출원에서는 영상모니터(다)가 실상투영구(나)를 가리지 않도록 구의 중심 광축으로부터 어긋나게 설치되는 경우에도 결상되는 위치와 크기에 제약을 받지 않도록 하는 하였으며, 이로인해 실상이 실상투영구(나)를 벗어난 허공에 결상되지 않는 문제점을 해결하였다. 이에 따라, 실상을 관찰하고자 하는 경우 실상투영구(나)의 가까이에서 내부를 들여다 보지 않고서도 관찰이 가능하였고, 선명도를 높이는 효과를 얻어 냈다.

또한 본 출원인은 투영대상 물체( 혹은 모니터 화면이나 그래픽류 : 이 경우는 허공에 평면상으로 결상됨.)와 실상이 동일광축선상에 놓이지 않도록 하여 허공중에 맺힌 입체영상이 본래 물체의 질감을 그대로 갖고 있으면서 그 크기와 위치를 보다 자유롭게 제공하였다.

그러나 이러한 종래의 기술에서는, 투영대상 물체에 조사되는 빛이 하부로 분산되는 경우가 발생되어, 허공중에 투영되는 입체영상의 입체효과가 떨어지는 문제점이 있었다. 이는 종래의 입체영상투영장치는 조명장치가 조명차단막 하부에 설치되어 있으므로 인해 상부거울부에는 직접 조사되지 않지만, 물체를 향하여 하부방향으로 조사되고 있어 조명이 바닥면으로 분산되는 문제점을 노출시킨 결과이다. 물론, 종래의 입체영상장치의 바닥면 내부는 흑색의 무광도료를 도포하여 반사를 최소화 하도록 되어 있지만, 조명이 직접적으로 조사됨으로써 허공중에 투영된 물체의 뒷배경 처럼 보이게 되는 현상이 있어, 허공중 입체영상 효과를 반감시키는 문제점이 있었다.

또한 종래의 입체영상장치는 1대의 장치에 투영대상의 물체를 1대만을 설치할 수 있어서, 복수의 물체를 전시하고자 할 때 비용이 과다하게 투입되는 문제점이 있었다.

상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위해, 본 고안은 조명의 빛을 분산시키지 않음으로써 투영대상물체에 대한 입체영상 효과를 높이는 것을 그 목적으로 한다.

또 본 고안의 다른 목적은 1대의 입체영상의 장치를 통해 복수개의 투영대상 물체를 선택적으로 투영시킬 수 있는 장치를 제공함을 목적으로 한다.

도 1은 종래의 반구형 거울을 이용한 입체영상 투영장치의 개략도

도 2는 본 고안에 따른 오목거울과 반반사거울의 결합된 상태의 허공중 입체영상투영장치의 개략도

도 3a는 본 고안에 원리를 이해하기 위한 오목거울의 결상에 관한 광학적 원리를 도시한 참고도이고, (b)는 반반사거울과의 혼용되는 상태를 도시하는 참고도

도 4는 본고안에 의한 허공중 입체영상투영장치의 일 실시예를 도시하는 예시도

도 5는 도4에 도시한 A-A' 부분을 확대한 확대도

＜ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ＞

가. 반구형 오목거울 나. 실상투영구

다. 영상모니터 라. 내부가 검은 케이스

마. 오목거울 바. 반반사 거울

사. 시창을 낸 내부가 검은 케이스 아. 물체 투입구

자. 전원인입 플러그 차. 전원 스위치

카. 제1 조명차단막 카'. 제2 조명차단막

타. 조명과 그 배선 파. 위치선택기

하. 물체

C. 오목거울 구의 중심 F. 오목거울의 초점

V. 오목거울 면의 중심(광축과의 일치점)

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안에 의한 허공중 입체영상 투영장치는, 적어도 물체의 영상을 표시하는 영상모니터와, 상기 영상모니터로부터 표시되는 물체의 영상을 투영하기 위한 오목거울과, 상기 오목거울을 통해 투영된 물체의 영상을 확인하기 위한 실상투영구와, 투영대상인 물체에 빛을 조사하기 위한 조명장치를 포함하는 입체영상 투영장치로서, 상기 조명장치로부터 조사된 빛을 상부로 누설시키지 않기 위한 제1 조명차단막과, 상기 조명차단막의 하부에 설치되며 상기 조명장치로부터 조사된 빛을 하부로 누설시키지 않도록 된 제2 조명차단막을 구비한 것을 특징으로 한다.

또 본 고안에 의한 허공중 입체영상투영장치는, 상기 물체가 복수개의 투영대상물을 선택적으로 조사할 수 있도록 위치를 변경시킬 수 있는 위치선택기 상에 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 본 고안에 의한 허공중 입체영상투영장치는, 오목거울을 통해 투영된 물체의 영상과 상기 실상투영구를 통해 표시되는 물체의 실상이 동일 광축선상에 위치하지 않도록 반사각도를 변경시키는 반반사거울을 구비하는 것을 특징으로 하는 입체영상 투영장치에 의해 달성될 수 있다.

이하 도 3을 참조하면서 본 고안에 의한 오목거울의 반사특성과 반반사거울의 반사특성을 이용한 허공중 입체영상 투영장치의 광학적 원리에 대해 설명하기로 한다.

도 3a는 본 고안에 원리를 이해하기 위한 오목거울의 결상에 관한 광학적 원리를 도시한 참고도이고, (b)는 반반사거울과의 혼용되는 상태를 도시하는 참고도이다. 도 3a에서 점 C는 오목거울 구의 중심, F는 오목거울의 초점을 나타내고, V는 오목거울의 면의 중심을 나타내고 있고, 1, 2, 3은 입사 또는 반사되는 광선을 나타낸다.

도 3a에 도시한 바와 같이 오목거울에 의한 결상은 광학적으로 다음의 원리에 따른다. (기하광학-근축이론)

물체(S1S2)의 S1과 V를 광축이라고 할 때 물체(S1S2)의 S2를 지나 광축과 평행한 광선(2)는 반드시 초점(F)를 지난다. 또한 물체(S1S2)의 S2를 지나 초점(F)를 지난 광선(3)은 오목거울면에서 반사되어 광축과 평행하게 진행한다. 그리고 물체(S1S2)의 S2를 지나 오목거울 구의 중심(C)를 지난 광선(1)은 거울에서 반사되어 다시 원래 진행방향으로 되돌아 간다. 이 광선들(1,2,3)은 결국 한점(P2)에서 만나게 되며 여기에 실상(P1P2)를 결상하게된다.

이때 이 실상(P1P2)은 실제 빛이 도달하여 결상되므로 허상과는 차이가 있다. 물체의 위치와 오목거울, 초점(F), 실상(P1P2), 오목거울 구의 중심(C)와의 사이에는 다음의 표 1과 같은 관계가 있다.

[표 1]

상기 표1에서 보는 바와 같이 초점(F), 오목거울 구의 중심(C), 물체의 위치에 따라 상의 위치와 크기가 변함을 볼 수 있다. 그러나 물체(S1S2)와 실상(P1P2)이 동일 광축선상에 위치하고 있기 때문에 이 초점(F), 오목거울 구의 중심(C), 물체의 위치는 일정한 제약이 따른다.

이때 본 고안에서는 도 3b에 도시한 바와 같이 종래의 투영장치에서의 오목거울(도 1의 '가' 참조)에 투영된 물체의 영상을 외부로 투사할 수 있도록 광축의 진행방향을 전환시킬 수 있는 반반사거울을 임의의 각도로 설치하는 것을 특징으로 한다.

즉 도 3b에 도시한 바와 같이 광축을 반반사거울을 이용하여 45°꺾어 줌으로써 물체와 실상과의 광축을 90°로 변경, 초점(F)을 F'로, 오목거울 구의 중심(C)을 C'로 전환시킨다. 이로써 물체와 실상은 동일 광축선상이라는 제약을 벗어나게되며 상기 표 1에서 본바와 같이 초점(F), 오목거울 구의 중심(C), 물체의 위치와의 관계를 적절히 제어함으로써 장치의 시창을 통해 외함의 외부로 실상이 투영되게 되며 이를 통해 허공에 입체영상을 구현한다.

이하 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거 설명하면 다음과 같다.

(실시예)

도 2는 본 고안에 따른 오목거울과 반반사거울의 결합된 상태의 허공중 입체영상투영장치의 개략도로써, 오목거울(마)과 반반사 거울(바)가 45°각도를 이루도록 부착,구성되며 반반사거울(바)의 특성상 내부가 보이지 않도록 내부가 검게 칠해진 시창이 있는 케이스(사)에 부착된다.

또 이 케이스(사)의 하단부에는 물체 투입구(아)가 부착되어 보이고자 하는 물체의 변경이나 교체가 손쉽도록 구성하였다.

또한 도 4는 본고안에 의한 허공중 입체영상투영장치의 일 실시예를 도시하는 예시도이고, 도 5는 도4에 도시한 A-A' 부분을 확대한 확대도이다.

도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 본 고안에 의한 허공중 입체영상투영장치는, 종래의 1단으로 구성된 제1 조명차단막(카)과 투영대상인 물체(파) 사이에 제2 조명 차단막(카')를 설치한 것이다. 이로써, 본 고안에 의한 허공중 입체영상투영장치는 내부가 검게 칠해진 케이스(사)에 부착된 반반사 거울(바)의 특성상내부에 설치된 물체(파)가 그자체로는 보이지 않게되는 것과 함께, 조명으로부터 조사된 빛이 하부로 분산되는 것을 근본적으로 차단하게 되는 것이며, 조명장치(자,차,타)로부터 조사된 광은 누설을 최소화 하면서 투영대상인 물체(파)에 집중 조사된다. 이 조명빛은 실제 실상을 이루는 광원으로 작용됨은 마찬가지다.

또한 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 본 고안에 의한 허공중 입체영상투영장치는 투영대상인 물체를 복수개 선택적으로 투영시키기 위해 1개의 물체만을 설치하는 것이 아니라 복수개의 물체를 설치하고, 사용자의 선택에 따른 선택적 물체의 투영이 가능한 구성으로 되어 있다.

이로써 상기 조명장치(자,차,타)로부터 발생된 빛이 물체(파)이외의 다른 곳을 비추지 않도록 제1 조명차단막(카) 및 제2 조명차단막을 통과하는 구성으로 함으로써 빛이 노출됨을 방지한다. 이들 조명차단막(카, 카')은 실물일 경우에 유효한 것으로, 모니터나 기타 자체적으로 발광하는 것에는 필요하지 않다. 실물일 경우 입체영상이 그 효과를 더하기 위해 모터등을 이용하여 회전등을 가미, 보다 현실감을 높이는 것이 가능하다.

물론, 본 고안은 허공에 입체영상을 투영하기 위하여 사용되는 오목거울(마)의 특성과 그 광축을 변경시키는 반반사 거울(바)의 특성을 이용함으로써 실상의 위치와 크기를 조절할 수 있으므로 박물관이나 전시장에서 유물등을 허공전시 할 수 있으며 운전자의 조종 시야각내의 허공에 각종 주행정보등을 표출할 수 있는 등 다양한 분야에 적용할 수 있다. 또한 구조가 비교적 간단하여 반영구적이며 주ㅇ야간 구분없이 사용이 가능할뿐더러 실내에 있는 물품의 실외(유리창 등을 통한)전시가 가능하여 우천시에도 광고활동이 가능하다.

상술한 바와 같이 본 고안에 의하면, 조명차단막을 2중으로 구성함으로써 조명장치로부터 조사되는 광량을 투영대상인 물체에 누설없이 전달할 수 있게 되어, 물체에 대한 입체영상의 효과를 크게 높일 수 있는 뛰어난 효과가 있다.

또한 본 고안에 의하면, 복수개의 투영대상 물체에 대해서도 사용자의 선택에 따라 투영시킬 수 있는 장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 적어도 물체의 영상을 표시하는 영상모니터와, 상기 영상모니터로부터 표시되는 물체의 영상을 투영하기 위한 오목거울과, 상기 오목거울을 통해 투영된 물체의 영상을 확인하기 위한 실상투영구와, 투영대상인 물체에 빛을 조사하기 위한 조명장치를 포함하는 입체영상 투영장치에 있어서,

   상기 조명장치로부터 조사된 빛을 상부로 누설시키지 않기 위한 제1 조명차단막과, 상기 조명차단막의 하부에 설치되며 상기 조명장치로부터 조사된 빛을 하부로 누설시키지 않도록 된 제2 조명차단막을 구비한 것을 특징으로 하는 허공중 입체영상투영장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 물체는, 복수개의 투영대상물을 선택적으로 조사할 수 있도록 위치를 변경시킬 수 있는 위치선택기 상에 설치되는 것을 특징으로 하는 허공중 입체영상투영장치.