KR20190102558A - 투명 스크린을 이용하는 사용자 인식 기반 영상 표시 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

투명 스크린을 이용하는 사용자 인식 기반 영상 표시 제어 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20190102558A
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Abstract

본 발명은 사용자를 인식하여 얻은 정보를 기초로 영상의 디스플레이를 제어할 때에 투과형 홀로그램 기록 방법, 반사형 홀로그램 기록 방법 등에 의해 제조된 홀로그래픽 광학 소자를 구비하는 스크린 장치를 이용하는 사용자 인식 기반 영상 표시 제어 시스템 및 방법을 제안한다. 본 발명에 따른 시스템은 필름 형태의 홀로그래픽 광학 소자를 구비하는 투명 스크린; 투명 스크린을 기준으로 사용자와 서로 다른 측에 위치하며, 투명 스크린을 통하여 사용자 손의 위치를 포함하는 사용자 정보를 획득하는 사용자 정보 획득부; 및 사용자 정보를 기초로 투명 스크린에 영상을 출력하는 영상 출력 제어부를 포함한다.

Description

투명 스크린을 이용하는 사용자 인식 기반 영상 표시 제어 시스템 및 방법 {System and method for controlling displaying image based user recognition using transparent screen}
본 발명은 영상의 디스플레이를 제어하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 사용자를 인식하여 얻은 정보를 기초로 영상의 디스플레이를 제어하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
스크린 장치는 일반적으로 프로젝터에 의해 출력되는 영상을 효과적으로 표시하기 위해 불투명 또는 반투명한 재질로 이루어진다.
그런데 도 1에 도시된 바와 같이 반투명 스크린(110)의 양측에 3D 카메라(120)와 사용자(130)가 위치하는 경우, 3D 카메라(120)는 반투명 스크린(110)으로 인해 사용자(130)의 손 동작을 인식하는 것이 불가능해진다. 즉, 도 1과 같은 구조에서는 3D 카메라(120)가 사용자(130) 손의 위치를 추적하는 것이 불가능해지는 문제점이 있다.
한국공개특허 제2011-0093446호 (공개일 : 2011.08.18.)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 투과형 홀로그램 기록 방법, 반사형 홀로그램 기록 방법 등에 의해 제조된 홀로그래픽 광학 소자를 구비하는 스크린 장치를 이용하는 사용자 인식 기반 영상 표시 제어 시스템 및 방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.
그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 사항으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위해 안출된 것으로서, 필름 형태의 홀로그래픽 광학 소자(Holographic Optical Elements)를 구비하는 투명 스크린; 상기 투명 스크린을 기준으로 사용자와 서로 다른 측에 위치하며, 상기 투명 스크린을 통하여 사용자 손의 위치를 포함하는 사용자 정보를 획득하는 사용자 정보 획득부; 및 상기 사용자 정보를 기초로 상기 투명 스크린에 영상을 출력하는 영상 출력 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 인식 기반 영상 표시 제어 시스템을 제안한다.
바람직하게는, 상기 사용자 정보 획득부는 3차원 깊이 카메라를 이용하여 상기 사용자 정보를 획득한다.
바람직하게는, 상기 영상 출력 제어부는 상기 사용자 정보 획득부와 같은 측에 위치하는 프로젝터를 이용하여 상기 영상을 출력한다.
바람직하게는, 상기 투명 스크린은 지면에 대해 수평 방향으로 길이 형성된 제1 평판과 상기 제1 평판의 일단면으로부터 지면에 대해 수직 방향으로 길이 형성된 제2 평판을 포함하는 지지 구조체를 이용하여 지면 위의 공간 상에 위치한다.
바람직하게는, 상기 영상 표시 제어 시스템은 키오스크에 탑재된다.
바람직하게는, 상기 투명 스크린은, 투명 소재로 형성되는 투명 소자; 및 베이스 필름(base film); 및 상기 베이스 필름에 형성된 것으로서, 다중 발산하는 물체광(object beam)과 참조광(reference beam) 사이의 간섭을 기초로 형성되는 제1 홀로그램 패턴을 포함하는 제1 홀로그래픽 광학 소자를 포함한다.
바람직하게는, 상기 투명 스크린은, 투명 소재로 형성되는 투명 소자; 및 베이스 필름; 및 상기 베이스 필름에 형성되는 것으로서, 상기 베이스 필름의 일측면으로 입사되는 물체광과 상기 베이스 필름의 타측면으로 입사되는 참조광 사이의 간섭을 기초로 형성되는 제2 홀로그램 패턴을 포함하는 제2 홀로그래픽 광학 소자를 포함한다.
또한 본 발명은 사용자 정보 획득부, 영상 출력 제어부 및 투명 스크린을 포함하는 사용자 인식 기반 영상 표시 제어 시스템의 작동 방법에 있어서, 필름 형태의 홀로그래픽 광학 소자(Holographic Optical Elements)를 구비하는 상기 투명 스크린을 기준으로 사용자와 서로 다른 측에 위치하는 상기 사용자 정보 획득부가 상기 투명 스크린을 통하여 사용자 손의 위치를 포함하는 사용자 정보를 획득하는 단계; 및 상기 영상 출력 제어부가 상기 사용자 정보를 기초로 상기 투명 스크린에 영상을 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 인식 기반 영상 표시 제어 방법을 제안한다.
본 발명은 상기한 목적 달성을 위한 구성들을 통하여 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 카메라와 사용자가 스크린의 양측에 각각 위치하더라도 카메라가 사용자 손의 위치나 터치를 정확하게 인식하여 이에 대응하는 영상을 스크린에 출력하는 것이 가능해진다.
둘째, 키오스크(Kiosk) 등을 통해 사용자에게 맞춤형 정보를 제공하는 데에 적용될 수 있다.
도 1은 종래의 영상 표시 제어 시스템을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 영상 표시 제어 시스템을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 스크린 장치의 세부 구조를 보여주는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 홀로그래픽 광학 소자를 생성하는 데에 이용되는 물체광과 참조광의 입사 형태를 보여주는 참고도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 홀로그래픽 광학 소자 생성 방법을 설명하기 위한 제1 실시예 예시도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 홀로그래픽 광학 소자 생성 방법을 설명하기 위한 제2 실시예 예시도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 스크린 장치의 내부 구조를 보여주는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 홀로그래픽 광학 소자를 생성하는 데에 이용되는 물체광과 참조광의 입사 형태를 보여주는 참고도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 홀로그래픽 광학 소자를 제조하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 영상 표시 제어 시스템을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 2에 따르면, 본 발명에서 제안하는 영상 표시 제어 시스템(200)은 3D 센서부(210), 영상 표시부(220), 영상 제어부(230) 및 투명 스크린(240)을 포함한다.
3D 센서부(210)는 투명 스크린(240)을 기준으로 사용자와 다른 측에 위치한다. 즉, 사용자의 손이 투명 스크린(240)의 좌측에 위치하면 3D 센서부(210)는 투명 스크린(240)의 우측에 위치하며, 사용자의 손이 투명 스크린(240)의 상측에 위치하면 3D 센서부(210)는 투명 스크린(240)의 하측에 위치한다.
3D 센서부(210)는 상기와 같은 배치 구조에서 사용자 손의 위치, 터치, 제스처 등 사용자에 대한 정보를 인식하는 기능을 수행한다. 3D 센서부(210)는 이렇게 사용자에 대한 정보가 획득되면 사용자에 대한 정보를 영상 제어부(230)로 전송하는 기능을 수행한다. 3D 센서부(210)는 일례로 3차원 깊이 카메라(3D depth camera)로 구현될 수 있다.
영상 표시부(220)는 투명 스크린(240)을 기준으로 3D 센서부(210)와 같은 측에 위치한다. 즉, 3D 센서부(210)가 투명 스크린(240)의 우측에 위치하면 영상 표시부(220)도 투명 스크린(240)의 우측에 위치하며, 3D 센서부(210)가 투명 스크린(240)의 하측에 위치하면 영상 표시부(220)도 투명 스크린(240)의 하측에 위치한다.
영상 표시부(220)는 상기와 같은 배치 구조에서 투명 스크린(240)에 소정의 영상을 출력하는 기능을 수행한다. 이러한 영상 표시부(220)는 영상 제어부(230)의 제어에 따라 투명 스크린(240)에 소정의 영상을 출력할 수 있다. 영상 표시부(220)는 일례로 프로젝터로 구현될 수 있다.
영상 제어부(230)는 3D 센서부(210)와 영상 표시부(220)를 제어하는 기능을 수행한다. 이러한 영상 제어부(230)는 3D 센서부(210)에 의해 획득된 사용자에 대한 정보를 기초로 영상 표시부(220)에 의해 투명 스크린(240)에 소정의 영상이 출력되도록 3D 센서부(210)와 영상 표시부(220)를 제어할 수 있다.
일례로 3D 센서부(210)가 투명 스크린(240)의 하측에 위치하고 사용자의 손이 투명 스크린(240)의 상측에서 투명 스크린(240)의 일측면에서 접근하여 위치할 때, 영상 제어부(230)는 사용자 손의 위치에 맞는 영상이 출력되도록 3D 센서부(210)와 영상 표시부(220)를 제어할 수 있다. 영상 제어부(230)는 일례로 컴퓨터, 서버 등으로 구현될 수 있다.
투명 스크린(240)은 영상 제어부(230)의 제어에 따라 영상 표시부(220)로부터 출력되는 영상을 디스플레이하는 것이다. 본 발명에서는 3D 센서부(210)와 사용자의 손이 투명 스크린(240)의 서로 다른 측에 위치할 때, 3D 센서부(210)가 사용자 손의 위치, 터치, 제스처 등을 효과적으로 인식하기 위해, 아크릴, 유리 등 투명한 구조체의 일면에 HOE(Holographic Optical Elements) 필름이 부착되는 형태로 형성되는 투명 스크린(240)을 이용한다.
투명 스크린(240)에 구비되는 HOE 필름으로 소정의 홀로그래픽 광학 소자(HOE)를 필름 형태로 제조하여 얻은 것을 이용할 수 있는데, 본 발명에서는 투과형 홀로그램 기록 방법, 반사형 홀로그램 기록 방법 등에 따라 제조된 VHOE(Volume Holographic Optical Elements) 필름을 이용하는 것도 가능하다. VHOE 필름에 대해서는 후술하기로 한다.
투명 스크린(240)은 일례로 키오스크(Kiosk)의 화면으로 적용되는 점을 참작할 때, 수평 방향으로 길이 형성된 제1 평판(251)과 이 제1 평판(251)의 일단으로부터 수직 방향으로 길이 형성된 제2 평판(252)이 결합하여 이루어진 지지 구조체(250)를 통해 지면 위의 소정의 공간 상에 형성될 수 있다. 투명 스크린(240)은 양측에 3D 센서부(210)와 사용자의 손이 위치할 수 있게 형성된다면, 본 발명에서 상기와 같은 구조 외에 다른 구조를 가지는 것도 가능하다.
한편 투명 스크린(240)이 지지 구조체(250)를 통해 지면 위의 공간 상에 형성될 때, 영상 표시부(220)는 투명 스크린(240)과 지지 구조체(250)에 의해 형성된 내부 공간에서 제1 평판(251) 상에 형성될 수 있으며, 3D 센서부(210)는 제2 평판(252)의 일측에 부착될 수 있다.
본 발명에서 제안하는 영상 표시 제어 시스템(200)은 투명 스크린(240)의 투명성을 이용하는 사용자 인식 기반 시스템으로서, HOE 필름을 구비하는 투명 스크린(240)을 스크린 장치로 사용한다. 그래서 영상 표시 제어 시스템(200)을 키오스크에 적용할 때, 3D 센서부(210)를 키오스크의 내부에 위치시킬 수 있다. 3D 센서부(210)가 키오스크의 내부에 형성되면, 키오스크의 외부에 위치될 때보다 훼손 가능성을 감소시키는 효과를 얻을 수 있다. 또한 3D 센서부(210)가 투명 스크린(240)의 하측에서 수직 방향으로 사용자 손의 위치 등을 인식하기 때문에, 투명 스크린(240)의 상측에서 비스듬한 각도로 사용자 손의 위치 등을 인식할 때보다 인식률도 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
다음으로 VHOE 필름을 구비하는 투명 스크린(240)에 대하여 설명한다. 먼저 투과형 홀로그램 기록 방법에 따라 제조되는 VHOE 필름을 구비하는 투명 스크린에 대하여 설명하고, 이후 반사형 홀로그램 기록 방법에 따라 제조되는 VHOE 필름을 구비하는 투명 스크린에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 스크린 장치의 세부 구조를 보여주는 단면도이다.
제1 실시예에 따른 스크린 장치, 즉 제1 스크린 장치(300)는 다중 발산하는 물체광과 참조광을 기초로 투과형 홀로그램 기록 방법에 따라 홀로그램 패턴이 형성되는 홀로그래픽 광학 소자, 즉 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)를 구비한다.
제1 홀로그래픽 광학 소자(320)는 빔 프로젝터 스크린과 같은 투명 스크린 장치에 적합하며, 넓은 시야각과 고휘도의 특성을 가진다. 또한 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)는 빔 프로젝터에 의한 투사각이 큰 경사각을 가지더라도 영상을 효과적으로 투영하는 것이 가능하며, 풀 칼라 표현도 가능하다. 이하 도 3을 참조하여 본 발명을 자세하게 설명한다.
도 3에 따르면, 제1 스크린 장치(300)는 투명 소자(310) 및 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)를 포함한다. 본 발명에서 제1 스크린 장치(300)는 빔 프로젝터 스크린으로 적용될 수 있다.
투명 소자(310)는 판 형태의 것으로서, 투명한 재질의 것을 소재로 하여 형성될 수 있다. 투명 소자(310)는 일례로 유리 성분을 소재로 하여 형성될 수 있는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 아크릴 성분 등을 소재로 하여 형성되는 것도 가능하다.
제1 홀로그래픽 광학 소자(320)는 사전에 설계된 방향으로 회절되는 볼륨 회절 소자들을 포함하는 회절판으로서, 서로 다른 파장 대역을 갖는 광들을 같은 방향으로 투과 및 회절시키는 기능을 한다. 이러한 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)는 단일 계층으로 형성되어 투명 소자(310)의 저면에 적층될 수 있다.
제1 홀로그래픽 광학 소자(320)는 라미네이션(lamination) 방법을 이용하여 투명 소자(310)의 저면에 적층될 수 있다. 제1 스크린 장치(300)는 코팅층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 투명 소자(310)의 저면에 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)가 적층되는 경우, 코팅층은 투명 소자(310)의 상면에 적층될 수 있다. 코팅층은 AR(Anti-Reflection) 코팅층(coating layer)으로 형성될 수 있다.
제1 홀로그래픽 광학 소자(320)는 투과형 홀로그램 기록 방법을 이용하여 VHOE(Volume Holographic Optical Element) 필름에 패턴을 형성시킴으로써 생성될 수 있다. 투과형 홀로그램 기록 방법에 대한 자세한 설명은 도 5 및 도 6을 참조하여 후술한다.
제1 홀로그래픽 광학 소자(320)는 넓은 각을 가지는 다중 발산빔을 물체광으로 이용하여 VHOE 필름에 기록함으로써 생성될 수 있다. 자세하게는, 백색 광을 주변 광원으로 이용하여 VHOE 필름 상에서 R, G, B 등 각각의 컬러 광들을 분산 및 회절시킴으로써 본 발명에서 제안하는 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)를 생성할 수 있다. 또한 분산 및 회절된 컬러 광들이 중첩되어 발산되도록 함으로써 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)를 투명 스크린 기능을 수행하는 소자로 생성할 수 있다.
제1 홀로그래픽 광학 소자(320)는 어떠한 파장 대역의 광이 입사되더라도 투명 스크린 기능을 수행할 수 있도록 적색 광, 녹색 광, 청색 광 등을 정해진 순서에 따라 차례대로 투과시켜 생성될 수 있다. 여기서 적색 광은 적색(R)과 관련된 파장 대역을 갖는 광을 의미하고, 녹색 광은 녹색(G)과 관련된 파장 대역을 갖는 광을 의미하며, 청색 광은 청색(B)과 관련된 파장 대역을 갖는 광을 의미한다.
제1 홀로그래픽 광학 소자(320)는 일례로 다음 순서에 따라 투명 스크린 기능을 수행할 수 있는 소자로 생성될 수 있다.
먼저 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)의 일면에 대해 적색 광을 제1 각으로 투과시킨다. 그러면 적색 광에 의해 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)에 1차 분산 및 회절이 반영된다.
제1 각은 물체광과 참조광 사이의 각을 기초로 결정될 수 있다. 물체광의 입사각은 제1 스크린 장치(300)를 바라보는 시청자의 시선 각도를 기초로 결정될 수 있다. 또한 참조광의 입사각은 제1 스크린 장치(300)에 투영되는 프로젝터 빔의 입사각을 기초로 결정될 수 있다. 본 발명에서 제1 각은 이와 같이 결정된 물체광의 입사각과 참조광의 입사각을 기초로 결정될 수 있다.
이후 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)의 동일면에 대해 녹색 광을 제2 각으로 투과시킨다. 그러면 적색 광에 이어 녹색 광에 의해 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)에 2차 분산 및 회절이 반영된다.
서로 다른 파장 대역을 갖는 광들은 제1 스크린 장치(300)를 투과할 때 각기 다른 회절각을 형성한다. 본 발명에서는 이 점을 고려하여 파장별로 고유한 광학 회절각을 기초로 제2 각을 결정할 수 있다. 제2 각은 파장별 회절각과 관련되기 때문에, 제1 스크린 장치(300)가 종래보다 넓은 시야각을 확보하기 위해서는 제2 각이 최소화되어야 한다. 따라서 제2 각은 제1 각보다 훨씬 작은 각으로 형성되는 것이 바람직하다.
한편 녹색 광의 파장 대역은 청색 광의 파장 대역보다 적색 광의 파장 대역에 인접한다. 본 발명에서는 색분산 법칙을 고려하여 제1 각에서 소정의 각을 뺀 제2 각을 녹색 광의 입사각으로 이용한다.
이후 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)의 동일면에 대해 청색 광을 제3 각으로 투과시킨다. 그러면 적색 광 및 녹색 광에 이어 청색 광에 의해 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)에 3차 분산 및 회절이 반영된다.
제3 각은 제2 각과 마찬가지로 파장별로 고유한 광학 회절각을 기초로 결정될 수 있다. 제3 각도 제2 각과 마찬가지로 제1 각보다 훨씬 작은 각으로 형성되는 것이 바람직하다.
한편 청색 광의 파장 대역은 적색 광의 파장 대역보다 녹색 광의 파장 대역에 인접한다. 본 발명에서는 색분산 법칙을 고려하여 제2 각과 동일한 각을 제3 각으로 하여 청색 광의 입사각으로 이용하거나, 제2 각에서 소정의 각을 더하거나 뺀 각을 제3 각으로 하여 청색 광의 입사각으로 이용할 수 있다.
한편 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)는 투명 스크린 기능을 효과적으로 수행할 수 있다면 적색 광, 녹색 광, 청색 광 등 외에 다른 색상과 관련된 광들을 이용하여 생성되는 것도 가능하다.
한편 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)는 대형으로 제작할 경우 다음과 같은 방식으로 생성될 수 있다.
첫째, 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)는 발산형 물체광과 발산형 참조광을 이용하여 대면적에 기록함으로써 생성될 수 있다.
둘째, 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)는 마스킹(masking) 기술과 시프팅(shifting) 기술을 이용하여 다중(multiple) 기록 방식으로 생성될 수 있다.
셋째, 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)는 타일링(tiling) 기술을 이용하여 대면적으로 기록함으로써 생성될 수 있다.
한편 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)는 생성된 뒤 투명 소자(310)의 저면에 적층되기 전에 열 압착 방식이나 접착제 압착 방식 중 어느 하나의 방식을 이용하여 실링(sealing) 처리될 수 있다. 본 발명은 이러한 실링 처리를 통해 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)가 열화되는 것을 방지할 수 있으며, 외부 환경으로부터 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)를 보호하는 것이 가능해진다.
제1 홀로그래픽 광학 소자(320)는 투명 스크린 기능을 수행할 때 넓은 시야각(FOV; Field Of View)을 확보하기 위해 서로 다른 파장 대역을 갖는 광들 사이의 입사각 차이를 크게 할 수 있다. 종래의 시야각은 일반적인 산란형 화이트(white) 스크린의 시야각을 기준으로 하는 것이다. 상기에서 말하는 '넓은 시야각'은 이러한 종래의 시야각보다 상대적으로 더 넓은 시야각을 의미한다.
본 발명에서는 물체광(object beam)과 참조광(reference beam) 사이의 간섭을 이용하여 VHOE 필름에 기록함으로써 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)를 생성할 수 있다. 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)를 생성하는 데에 이용되는 물체광과 참조광의 형태는 각각 다음 사항들에 유의하여 설계될 수 있다.
(1) 입사되는 컬러 광들의 회절 효율을 최대한 높이고, 최적화된 넓은 시야각(FOV)이 확보될 수 있도록 물체광의 모양을 설계한다. 이를 위해 물체광은 다음과 같이 설계될 수 있다.
① 전체적으로 균일한 세기 분포를 형성하는 빔으로 설계될 수 있다.
② 일반적인 화이트 스크린의 시야각과 관련된 산란각을 가지는 빔으로 설계될 수 있다.
③ 최대 효율의 광 세기를 가지는 빔으로 설계될 수 있다.
(2) 투사되는 광에 대해 투명 스크린으로 작용하기 위한 최적화된 광 효율을 얻을 수 있도록 참조광의 모양을 설계한다. 이를 위해 참조광은 다음과 같이 설계될 수 있다.
① 원하는 크기와 비율을 가진 스크린 모양을 하면서 전체적으로 균일한 세기 분포를 형성하는 빔으로 설계될 수 있다.
② 최대 효율의 광 세기를 가지는 빔으로 설계될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 홀로그래픽 광학 소자를 생성하는 데에 이용되는 물체광과 참조광의 입사 형태를 보여주는 참고도이다.
물체광(440)은 도 4의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 발산하는 광의 형태로 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)에 입사된다. 반면 참조광(450)은 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 평행하는 광의 형태로 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)에 입사되거나, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 발산하는 광의 형태로 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)에 입사될 수 있다. 본 발명에서는 보다 넓은 시야각을 얻기 위해 물체광(440)과 더불어 참조광(450)도 발산하는 광의 형태로 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)에 입사시키는 것이 바람직하다.
제1 홀로그래픽 광학 소자(320)는 최적화된 넓은 시야각(FOV)를 얻기 위해 렌즈 어레이(lens array), 프리즘 시트(prism sheet), 확산판(light diffusion plate) 등을 이용하여 생성될 수 있다. 이하 이에 대해 설명한다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 홀로그래픽 광학 소자 생성 방법을 설명하기 위한 제1 실시예 예시도이다.
먼저 물체광(440)을 프리즘 시트(410), 렌즈 시트(420), 확산판(430) 등에 순차적으로 입사시킨다(STEP A).
이후 프리즘 시트(410), 렌즈 시트(420), 확산판(430) 등을 차례대로 통과한 물체광(440)과 참조광(450)을 동시에 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)에 입사시킨다(STEP B).
물체광(440)은 프리즘 시트(410), 렌즈 시트(420), 확산판(430) 등을 차례대로 통과하여 다중 발산하는 빔의 형태로 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)에 입사된다. 본 발명에서는 투명성을 확보하기 위해 프리즘 시트(410), 렌즈 시트(420), 확산판(430) 등을 이용하여 물체광(440)을 다중 발산하는 빔으로 형성할 수 있다.
참조광(450)은 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)의 일면에 대해 물체광(440)과 다른 입사각을 가지는 것이다. 참조광(450)은 물체광(440)과 달리 프리즘 시트(410), 렌즈 시트(420), 확산판(430) 등을 통과하지 않은 상태로 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)에 입사된다. 이때 참조광(450)은 평행하는 빔의 형태로 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)에 입사될 수 있으며, 발산하는 빔의 형태로 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)에 입사되는 것도 가능하다.
이후 물체광(440)과 참조광(450) 사이의 간섭으로 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)에 제1 패턴(322a)을 형성시킨다(STEP C).
본 발명에서는 준비된 광학 시스템(410, 420, 430)에 물체광(440)을 평행광으로 입사시켜 다중 발산되는 광에 의해 중첩되는 파면이 얻어지면, 이 파면과 참조광(450) 사이의 간섭 패턴을 광학 회절판에 기록하여 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)에 제1 패턴(322a)을 형성시킨다.
프리즘 시트(410)는 일면에 마이크로 프리즘 어레이(411)가 형성되어 있는 시트를 의미한다.
프리즘 시트(410)는 입사되는 물체광(440)을 집광시키는 기능을 한다. 프리즘 시트(410)의 이러한 기능은 휘도를 향상시키는 효과를 얻을 수 있다. 본 발명에서는 물체광(440)을 집광시키는 기능을 수행할 수 있다면 프리즘 시트(410) 외 다른 집광 시트나 집광 렌즈(ex. 프레넬 렌즈(fresnel lens))를 이용하는 것도 가능하다.
렌즈 시트(420)는 일면에 마이크로 렌즈 어레이(421)가 형성되어 있는 마이크로 렌즈 시트를 의미한다. 본 발명에서 마이크로 렌즈 어레이(421)는 복수개의 볼록 렌즈들로 구성될 수 있다.
렌즈 시트(420)는 넓은 시야각을 얻기 위해 직경 대비 초점 거리가 짧은 볼록 렌즈들로 구성될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 렌즈 시트(420)는 직경 대비 초점 거리가 짧은 조건을 만족시킨다면 볼록 렌즈들 외에 오목 렌즈들로 구성되는 것도 가능하다. 또한 렌즈 시트(420)는 위의 조건을 만족시키는 볼록 렌즈들과 오목 렌즈들의 조합으로 구성되는 것도 가능하다.
확산판(430)은 그 내부에 마이크로 확산 소자(431)들이 포함되어 있는 부품을 의미한다. 확산판(430)은 프리즘 시트(410)와 렌즈 시트(420)를 차례대로 통과한 물체광(440)을 제2 홀로그래픽 광학 소자(510)의 일면 전체로 확산시켜 주는 기능을 한다. 본 발명에서는 확산판(430) 대신에 광을 확산시키는 기능을 하는 다른 것(ex. 확산 시트)을 이용하는 것도 가능하다.
한편 본 발명에서 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)를 생성할 때 프리즘 시트(410), 렌즈 시트(420), 확산판(430) 등은 모두 구비되지 않아도 무방하다. 프리즘 시트(410), 렌즈 시트(420) 및 확산판(430) 중 어느 하나만 구비하는 경우, 도 4의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)에 입사되는 물체광(440)을 발산하는 광의 형태로 생성하기 위해 확산판(430)을 구비할 수 있다. 또한 프리즘 시트(410), 렌즈 시트(420) 및 확산판(430) 중 2개를 선택적으로 구비하는 경우, 확산판(430)과 더불어 프리즘 시트(410)와 렌즈 시트(420) 중 어느 하나를 구비할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 홀로그래픽 광학 소자 생성 방법을 설명하기 위한 제2 실시예 예시도이다.
먼저 물체광(440)과 참조광(450)을 동시에 프리즘 시트(410), 렌즈 시트(420), 확산판(430) 등에 순차적으로 입사시킨다. 이때의 물체광(440)과 참조광(450)은 프리즘 시트(410)의 동일면에 대해 서로 다른 입사각을 가진다.
이후 물체광(440)과 참조광(450)이 프리즘 시트(410), 렌즈 시트(420), 확산판(430) 등을 차례대로 통과하면 물체광(440)과 참조광(450)을 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)에 입사시켜 물체광(440)과 참조광(450) 사이의 간섭으로 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)에 제2 패턴(322b)을 형성시킨다.
도 5의 제1 실시예에 따라 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)에 형성되는 제1 패턴(322a)과 도 6의 제2 실시예에 따라 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)에 형성되는 제2 패턴(322b)는 참조광(450)이 입사되는 대상(도 5의 경우 제1 홀로그래픽 광학 소자(320), 도 6의 경우 프리즘 시트(410))이 다르기 때문에 서로 다른 형태를 가진다. 다만 도 5와 도 6에 도시된 바와 같이 각각의 패턴들(122a, 122b)은 일정한 주기와 일정한 분포 비율을 가짐에 유의한다.
이상 도 5 및 도 6을 참조하여 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)를 생성하기 위한 제1 실시예 및 제2 실시예를 설명하였다. 도 5의 제1 실시예는 물체광(440)이 발산하는 광의 형태로 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)에 입사되고 참조광(450)이 평행하는 광의 형태로 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)에 입사되는 경우의 예시이다(도 4의 (a) 참조). 반면 도 6의 제2 실시예는 물체광(440)과 참조광(450)이 모두 발산하는 광의 형태로 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)에 입사되는 경우의 예시이다(도 4의 (b) 참조).
다시 도 3을 참조하여 설명한다.
제1 홀로그래픽 광학 소자(320)는 베이스 필름(base film; 321)과 이 베이스 필름(321) 상에 형성된 제1 홀로그램 패턴(322)을 포함한다.
제1 홀로그램 패턴(322)은 물체광(440)과 참조광(450)에 의한 간섭 패턴에 따라 노광될 때 모노머(monomer)가 작용기(functional group)와 결합하여 폴리머화(polymerized)되면서 특정 형태가 정렬되어 형성되는 것이다.
도 3에 도시된 제1 홀로그램 패턴(322)의 형태는 하나의 예시에 불과하며, 본 발명에서 제1 홀로그램 패턴(322)의 형태는 이에 한정되지 않는다. 제1 홀로그램 패턴(322)은 확산판(430)과 제1 홀로그래픽 광학 소자(320) 사이의 거리에 따라 다양한 형태를 가질 수 있다.
확산판(430)과 제1 홀로그래픽 광학 소자(320) 사이의 거리는 광 효율의 균일도, 시야각 등 제1 스크린 장치(300)의 특성에 따라 변화시킬 수 있다. 즉 확산판(430)과 제1 홀로그래픽 광학 소자(320) 사이의 거리를 좁게 설정하면 광 효율의 균일도를 감소시키면서 시야각을 확대시킬 수 있으며, 확산판(430)과 제1 홀로그래픽 광학 소자(320) 사이의 거리를 넓게 설정하면 광 효율의 균일도를 증가시키면서 시야각을 수축시킬 수 있다. 상기에서 확산판(430)과 제1 홀로그래픽 광학 소자(320) 사이의 거리는 도 5의 경우 물체광(440)이 확산판(430)에 의해 다중 발산한 뒤 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)에 도달하기까지 이동한 거리를 의미하며, 도 6의 경우 물체광(440)과 참조광(450)의 결합광이 확산판(430)에 의해 다중 발산한 뒤 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)에 도달하기까지 이동한 거리를 의미한다.
다음으로 반사형 홀로그램 기록 방법에 따라 제조되는 VHOE 필름을 구비하는 투명 스크린에 대하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 스크린 장치의 내부 구조를 보여주는 단면도이다.
제2 실시예에 따른 스크린 장치, 즉 제2 스크린 장치(500)는 서로 다른 방향에서 입사되는 물체광과 참조광을 기초로 반사형 홀로그램 기록 방법에 따라 홀로그램 패턴이 형성되는 홀로그래픽 광학 소자, 즉 제2 홀로그래픽 광학 소자(520)를 구비한다.
제2 홀로그래픽 광학 소자(520)는 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)와 마찬가지로 빔 프로젝터 스크린과 같은 투명 스크린 장치에 적합하며, 넓은 시야각과 고휘도의 특성을 가진다. 또한 제2 홀로그래픽 광학 소자(520)는 빔 프로젝터에 의한 투사각이 큰 경사각을 가지더라도 영상을 효과적으로 투영하는 것이 가능하며, 풀 칼라 표현도 가능하다. 이하 도 7을 참조하여 본 발명을 자세하게 설명한다.
도 7에 따르면, 제2 스크린 장치(500)는 투명 소자(310) 및 제2 홀로그래픽 광학 소자(510)를 포함한다. 본 발명에서 제2 스크린 장치(500)도 제1 스크린 장치(300)와 마찬가지로 빔 프로젝터 스크린으로 이용될 수 있다.
제2 홀로그래픽 광학 소자(510)는 사전에 설계된 방향으로 회절되는 볼륨 회절 소자들을 포함하는 회절판으로서, 서로 다른 파장 대역을 갖는 광들을 같은 방향으로 투과 및 회절시키는 기능을 한다. 이러한 제2 홀로그래픽 광학 소자(510)는 단일 계층으로 형성되어 투명 소자(310)의 저면에 적층될 수 있다.
제2 홀로그래픽 광학 소자(510)는 라미네이션(lamination) 방법을 이용하여 투명 소자(310)의 저면에 적층될 수 있다. 제2 스크린 장치(500)는 코팅층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 투명 소자(310)의 저면에 제2 홀로그래픽 광학 소자(510)가 적층되는 경우, 코팅층은 투명 소자(310)의 상면에 적층될 수 있다. 본 발명에서 코팅층은 AR(Anti-Reflection) 코팅층(coating layer)으로 형성될 수 있다.
제2 홀로그래픽 광학 소자(510)는 반사형 홀로그램 기록 방법을 이용하여 VHOE(Volume Holographic Optical Element) 필름에 패턴을 형성시킴으로써 생성될 수 있다. 반사형 홀로그램 기록 방법에 대한 자세한 설명은 도 9를 참조하여 후술한다.
제2 홀로그래픽 광학 소자(510)는 넓은 각을 가지는 다중 발산광을 물체광으로 이용하여 VHOE 필름에 기록함으로써 생성될 수 있다. 자세하게는, 백색 광을 주변 광원으로 이용하여 VHOE 필름 상에서 R, G, B 등 각각의 컬러 광들을 분산 및 회절시킴으로써 본 발명에서 제안하는 제2 홀로그래픽 광학 소자(510)를 생성할 수 있다. 또한 분산 및 회절된 컬러 광들이 중첩되어 발산되도록 함으로써 제2 홀로그래픽 광학 소자(510)를 투명 스크린 기능을 수행하는 소자로 생성할 수 있다.
제2 홀로그래픽 광학 소자(510)는 어떠한 파장 대역의 광이 입사되더라도 투명 스크린 기능을 수행할 수 있도록 적색 광(red beam), 녹색 광(green beam), 청색 광(blue beam) 등을 정해진 순서에 따라 차례대로 투과시켜 생성될 수 있다. 적색 광, 녹색 광, 청색 광 등을 차례대로 이용하여 제2 홀로그래픽 광학 소자(510)를 생성하는 방법은 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)의 경우와 동일하므로, 여기서는 그 자세한 설명을 생략한다.
또한 제2 홀로그래픽 광학 소자(510)를 대형으로 제작하는 경우도 제1 홀로그래픽 광학 소자(320)의 경우와 동일하므로, 여기서는 자세한 설명을 생략한다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 홀로그래픽 광학 소자를 생성하는 데에 이용되는 물체광과 참조광의 입사 형태를 보여주는 참고도이다.
물체광(610)은 도 8의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 발산하는 광의 형태로 제2 홀로그래픽 광학 소자(510)의 일측면에 입사된다. 반면 참조광(620)은 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 평행하는 광의 형태로 제2 홀로그래픽 광학 소자(510)의 타측면에 입사되거나, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이 발산하는 광의 형태로 제2 홀로그래픽 광학 소자(510)의 타측면에 입사될 수 있다. 본 발명에서는 보다 넓은 시야각을 얻기 위해 물체광(610)과 더불어 참조광(620)도 발산하는 광의 형태로 제2 홀로그래픽 광학 소자(510)에 입사시키는 것이 바람직하다.
제2 홀로그래픽 광학 소자(510)는 최적화된 넓은 시야각(FOV)를 얻기 위해 렌즈 시트(lens sheet), 프리즘 시트(prism sheet), 확산판(light diffusion plate) 등을 이용하여 생성될 수 있다. 이하 이에 대해 설명한다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 홀로그래픽 광학 소자를 제조하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
먼저 프리즘 시트(410), 렌즈 시트(420), 확산판(430), 제2 홀로그래픽 광학 소자(510), 미러(mirror) 조립체(710) 등을 순차적으로 배치시킨다(STEP A).
이후 평행광 형태의 물체광(610)을 프리즘 시트(410)로 입사시킨다(STEP B). 프리즘 시트(410)로 입사된 물체광(610)은 프리즘 시트(410), 렌즈 시트(420), 확산판(430) 등을 차례대로 거쳐서 평행광 형태에서 발산광 형태(다중 발산하는 빔의 형태)로 변환되어 제2 홀로그래픽 광학 소자(510)로 입사된다(STEP C). 본 발명에서는 프리즘 시트(410), 렌즈 시트(420), 확산판(430) 등을 이용하여 물체광(610)을 다중 발산하는 빔으로 형성함으로써 투명성을 확보할 수 있다.
한편 본 발명에서 제2 홀로그래픽 광학 소자(510)를 생성할 때 프리즘 시트(410), 렌즈 시트(420), 확산판(430) 등은 모두 구비되지 않아도 무방하다. 프리즘 시트(410), 렌즈 시트(420) 및 확산판(430) 중 어느 하나만 구비하는 경우, 도 8의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 제2 홀로그래픽 광학 소자(510)에 입사되는 물체광(610)을 발산하는 광의 형태로 생성하기 위해 확산판(430)을 구비할 수 있다. 또한 프리즘 시트(410), 렌즈 시트(420) 및 확산판(430) 중 2개를 선택적으로 구비하는 경우, 확산판(430)과 더불어 프리즘 시트(410)와 렌즈 시트(420) 중 어느 하나를 구비할 수 있다.
참조광(620)은 제2 홀로그래픽 광학 소자(510)로 입사될 때 물체광(610)과 다른 입사각으로 입사되는 것이다. 제2 홀로그래픽 광학 소자(510)로 입사된 물체광(610)이 제2 홀로그래픽 광학 소자(510)를 통과하여 외부로 출력되면, 이 물체광(610)은 미러(mirror) 조립체(340)에 의해 제2 홀로그래픽 광학 소자(510)로 반사된다(STEP D). 본 발명에서는 이렇게 반사된 광을 참조광(620)으로 이용한다.
미러 조립체(340)는 광을 반사시키는 기능을 하는 것으로서, 본 발명에서 일면에 마이크로 미러 어레이(341)를 구비할 수 있다. 마이크로 미러 어레이(341)는 필름을 투과한 광을 되돌려서 설계된 경사각으로 빔을 반사시키는 역할을 하는 소자로서, 복수개의 오목 미러들로 구성될 수 있으며, 홀로그래픽 광학 소자(120)의 전면에 참조광이 골고루 입사될 수 있도록 일방향으로 미리 정해진 각도 기울어진(경사진) 복수개의 오목 미러들로 구성될 수 있다.
미러 조립체(340)는 광을 반사시키는 기능을 수행할 수 있다면 복수개의 오목 미러들로 구성되는 마이크로 미러 어레이(341) 외에 다른 것(ex. 복수개의 오목 렌즈들로 구성되는 마이크로 렌즈 어레이)을 구비하는 것도 가능하다.
마이크로 미러 어레이(341)는 앞서 설명한 바와 같이 복수개의 오목 미러들로 구성될 수 있다. 이때 경사진 방향은 참조 입사빔이 수직으로 입사될 때 투과한 광이 상측 방향에서 하측 방향으로, 그리고 좌측 방향에서 우측 방향으로 경사져서 반사되도록 하고, 이와 같이 설계된 시야각으로 발산하는 빔으로 미러 어레이들이 설계된다. 단, 기록 시스템에 따라 경사 방향은 바뀔 수 있다. 경사 각도는 30 ~ 70도 안에서 경사 반사되도록 기록 각도에 따라 각각 선택될 수 있다. 발산하는 각도는 응용되는 빔 프로젝트의 발산각에 의존한다.
오목 미러의 크기는 이론적으로는 100 마이크로 이하가 되어야 하나, 현재 1mm ~ 10mm가 반사형 기록 패턴을 설계한 대로 생산될 수 있는 실제 크기가 된다.
미러 어레이에서 반사되는 광이 참조광이 되며, 30 ~ 70 도 범위에서 기울기 값을 가진다.
미러 조립체(710)에 의해 반사된 광이 참조광(620)으로써 제2 홀로그래픽 광학 소자(510)로 입사되면, 물체광(610)과 참조광(620) 사이의 간섭으로 제2 홀로그래픽 광학 소자(510)에 소정의 홀로그램 패턴(712)을 형성시킨다(STEP E).
본 발명에서는 준비된 광학 시스템(410, 420, 430)에 물체광(610)을 평행광으로 입사시켜 다중 발산되는 광에 의해 중첩되는 파면이 얻어지면, 이 파면과 참조광(620) 사이의 간섭 패턴을 광학 회절판에 기록하여 제2 홀로그래픽 광학 소자(510)에 소정의 홀로그램 패턴(512)을 형성시킨다. 이렇게 형성된 홀로그램 패턴(512)은 일정한 주기와 일정한 분포 비율을 가지는 것이다.
이상 도 9를 참조하여 제2 홀로그래픽 광학 소자(510)를 제조하는 방법에 대하여 설명하였다. 도 9의 실시예는 물체광(610)이 발산하는 광의 형태로 제2 홀로그래픽 광학 소자(510)의 일측면에 입사되고 참조광(620)이 평행하는 광의 형태로 제2 홀로그래픽 광학 소자(510)의 타측면에 입사되는 경우의 예시이다.
한편 본 발명에서 미러 조립체(710)는 복수개의 오목 미러들을 포함하는 마이크로 미러 어레이(711) 대신에 복수개의 볼록 미러들을 포함하는 마이크로 미러 어레이, 복수개의 볼록 렌즈들을 포함하는 마이크로 렌즈 어레이 등을 구비하는 것도 가능하다. 본 발명에서는 이러한 구성들을 통하여 참조광(620)을 물체광(610)과 마찬가지로 발산하는 광의 형태로 제2 홀로그래픽 광학 소자(510)에 입사시킬 수 있다.
이상 도 9를 참조하여 설명한 제2 홀로그래픽 광학 소자(510)의 제조 방법은 반사형으로 기록할 때 풀 컬러(full color)로 기록되는 확산 필름 기술로서, 색 분산(color dispersion)을 보상하면서 투명하면서도 풀 컬러 홀로그래픽 확산 필름을 구현하는 기술이다.
본 발명에서 제안하는 방법은 정반대 방향에서 입사되는 두개의 빔을 가지고 홀로그램을 기록해야 하는데, 기존과 같이 두개의 빔을 쓰지 않고 투과되는 빔을 미러로 반사시켜 간섭을 일으키는 구조이다. 이 구조는 데니슈크 타입의 반사형 홀로그램 기록 원리를 바탕으로 하고 있으나, 기존의 데니슈크와는 달리 반사된 빔을 참조빔으로 사용하는 구조이다. 따라서 기존 구조는 순수 홀로그램 기록으로서 색 분산을 회피할 수 없으나, 본 발명 기술은 그 문제를 해결할 수 있는 구조이다.
본 발명 기술은 대형으로 기록하는 것도 가능해진다. 프로젝션할 때 전면 투사형으로 구성되어 투과형은 기본적으로 뒤편의 많은 공간이 필요하지만, 반사형일 경우는 기본적인 프로젝션 디스플레이의 공간이 벽면에 밀착되는 장점을 가지고 있다.
다시 도 7을 참조하여 설명한다.
제2 홀로그래픽 광학 소자(510)는 베이스 필름(base film; 511)과 이 베이스 필름(511) 상에 형성된 제2 홀로그램 패턴(512)을 포함한다.
제2 홀로그램 패턴(512)은 물체광(610)과 참조광(620)에 의한 간섭 패턴에 따라 노광될 때 모노머(monomer)가 작용기(functional group)와 결합하여 폴리머화(polymerized)되면서 특정 형태가 정렬되어 형성되는 것이다.
도 7에 도시된 제2 홀로그램 패턴(512)의 형태는 하나의 예시에 불과하며, 본 발명에서 제2 홀로그램 패턴(512)의 형태는 이에 한정되지 않는다. 제2 홀로그램 패턴(512)은 확산판(430)과 제2 홀로그래픽 광학 소자(510) 사이의 거리, 제2 홀로그래픽 광학 소자(510)로 입사되는 참조광(620)의 형태(ex. 발산광, 평행광 등) 등에 따라 다양한 형태를 가질 수 있다.
확산판(430)과 제2 홀로그래픽 광학 소자(510) 사이의 거리는 물체광(610)이 확산판(430)에 의해 다중 발산한 뒤 제2 홀로그래픽 광학 소자(510)에 도달하기까지 이동한 거리를 의미한다.
확산판(430)과 제2 홀로그래픽 광학 소자(510) 사이의 거리는 광 효율의 균일도, 시야각 등 제2 스크린 장치(500)의 특성에 따라 변화시킬 수 있다. 확산판(430)과 제2 홀로그래픽 광학 소자(510) 사이의 거리를 좁게 설정하면 광 효율의 균일도를 감소시키면서 시야각을 확대시킬 수 있다. 반면 확산판(430)과 제2 홀로그래픽 광학 소자(510) 사이의 거리를 넓게 설정하면 광 효율의 균일도를 증가시키면서 시야각을 수축시킬 수 있다.
이상 도 1 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 일실시 형태에 대하여 설명하였다. 이하에서는 이러한 일실시 형태로부터 추론 가능한 본 발명의 바람직한 형태에 대하여 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 사용자 인식 기반 영상 표시 제어 시스템은 투명 스크린, 사용자 정보 획득부 및 영상 출력 제어부를 포함한다.
투명 스크린은 필름 형태의 홀로그래픽 광학 소자(Holographic Optical Elements)를 구비하는 것이다. 투명 스크린은 도 2의 투명 스크린(240)에 대응하는 개념이다.
투명 스크린은 지면에 대해 수평 방향으로 길이 형성된 제1 평판과 이 제1 평판의 일단면으로부터 지면에 대해 수직 방향으로 길이 형성된 제2 평판을 포함하는 지지 구조체를 이용하여 지면 위의 공간 상에 위치할 수 있다.
사용자 정보 획득부는 투명 스크린을 기준으로 사용자와 서로 다른 측에 위치한다. 이러한 사용자 정보 획득부는 투명 스크린을 통하여 사용자 손의 위치를 포함하는 사용자 정보를 획득하는 기능을 수행한다. 사용자 정보 획득부는 도 2의 3D 센서부(210)에 대응하는 개념이다.
사용자 정보 획득부는 3차원 깊이 카메라를 이용하여 사용자 정보를 획득할 수 있다.
영상 출력 제어부는 사용자 정보 획득부에 의해 획득된 사용자 정보를 기초로 투명 스크린에 영상을 출력하는 기능을 수행한다. 영상 출력 제어부는 도 2의 영상 제어부(230)에 대응하는 개념이다.
영상 출력 제어부는 사용자 정보 획득부와 같은 측에 위치하는 프로젝터를 이용하여 영상을 출력할 수 있다.
이상 설명한 영상 표시 제어 시스템은 키오스크에 탑재될 수 있다.
다음으로 투명 스크린에 대하여 설명한다. 이하에서는 투과형 홀로그램 기록 방법에 따라 제조되는 투명 스크린을 제1 투명 스크린으로 정의하고, 반사형 홀로그램 기록 방법에 따라 제조되는 투명 스크린을 제2 투명 스크린으로 정의한다.
제1 투명 스크린은 투명 소자 및 제1 홀로그래픽 광학 소자를 포함한다. 제1 투명 스크린은 도 3의 제1 스크린 장치(300)에 대응하는 개념이다.
투명 소자는 투명 소재로 형성되는 것이다.
제1 홀로그래픽 광학 소자는 베이스 필름(base film)에 형성된 것으로서, 다중 발산하는 물체광(object beam)과 참조광(reference beam) 사이의 간섭을 기초로 형성되는 제1 홀로그램 패턴을 포함한다. 제1 홀로그래픽 광학 소자는 투명 소자의 일면에 적층될 수 있다.
제1 홀로그래픽 광학 소자는 참조광으로 발산하는 광을 이용하는 홀로그램 기록 방법, 마스크 시프팅(mask shifting)을 이용하는 다중 기록 방식의 홀로그램 기록 방법, 및 패턴이 형성된 미리 정해진 크기의 필름을 대상으로 타일링(tiling)을 수행하는 홀로그램 기록 방법 중 적어도 하나의 홀로그램 기록 방법을 기초로 기준보다 큰 형태로 제조될 수 있다.
제1 홀로그래픽 광학 소자는 빔 프로젝터에 의해 출력되는 광이 평행광인지 여부에 따라 형태가 다른 참조광을 이용하여 제1 홀로그램 패턴을 형성시킬 수 있다.
제1 홀로그래픽 광학 소자는 빔 프로젝터에 의해 출력되는 광이 평행광이면 평행하게 나아가는 참조광을 이용하여 제1 홀로그램 패턴을 형성시키며, 빔 프로젝터에 의해 출력되는 광이 평행광이 아니면 발산하는 참조광을 이용하여 제1 홀로그램 패턴을 형성시킬 수 있다.
제1 홀로그램 패턴은 조합하여 화이트(white)를 생성하는 색상들과 관련된 광들을 차례대로 물체광으로 이용하여 형성될 수 있다.
제1 홀로그램 패턴은 조합하여 화이트를 생성하는 색상들과 관련된 광들로 적색과 관련된 광, 녹색과 관련된 광 및 청색과 관련된 광을 이용할 수 있다. 이때 적색과 관련된 광, 녹색과 관련된 광 및 청색과 관련된 광은 서로 다른 입사각으로 베이스 필름에 투과될 수 있다. 적색과 관련된 광의 입사각은 녹색과 관련된 광의 입사각 및 청색과 관련된 광의 입사각보다 큰 값을 가질 수 있다.
제1 홀로그램 패턴은 적색과 관련된 광, 녹색과 관련된 광 및 청색과 관련된 광의 순서로 물체광으로 이용하여 형성될 수 있다.
제1 홀로그램 패턴은 참조광으로 발산광 또는 평행광을 이용하여 형성될 수 있다.
제1 홀로그램 패턴은 물체광을 다중 발산시키는 소자와 베이스 필름 사이의 거리, 또는 참조광이 입사되는 대상에 따라 형태가 변화될 수 있다.
제1 홀로그래픽 광학 소자에 제1 홀로그램 패턴을 형성시킬 때에, 물체광은 프리즘 시트(prism sheet), 렌즈 시트(lens sheet) 및 확산판(diffusion plate) 중 적어도 하나를 투과하여 다중 발산할 수 있다. 상기에서 렌즈 시트는 직경 대비 초점 거리가 상대적으로 짧은 렌즈들을 포함할 수 있다.
물체광은 프리즘 시트, 렌즈 시트 및 확산판을 모두 투과하는 경우 프리즘 시트, 렌즈 시트 및 확산판의 순서에 따라 차례대로 투과할 수 있다.
참조광이 발산광인 경우 프리즘 시트, 렌즈 시트 및 확산판 중 적어도 하나를 투과할 수 있다.
제1 투명 스크린은 코팅층을 더 포함할 수 있다.
코팅층은 투명 소자의 타면에 적층되는 것이다.
다음으로 제2 투명 스크린에 대하여 설명한다.
제2 투명 스크린은 투명 소자 및 제2 홀로그래픽 광학 소자를 포함한다. 제2 투명 스크린은 도 7의 제2 스크린 장치(500)에 대응하는 개념이다.
제2 홀로그래픽 광학 소자는 베이스 필름에 형성되는 것으로서, 베이스 필름의 일측면으로 입사되는 물체광과 베이스 필름의 타측면으로 입사되는 참조광 사이의 간섭을 기초로 형성되는 제2 홀로그램 패턴을 포함한다. 제2 홀로그래픽 광학 소자는 투명 소자의 일면에 적층될 수 있다.
제2 홀로그래픽 광학 소자는 발산광을 참조광으로 이용하는 홀로그램 기록 방법, 마스크 시프팅(mask shifting)을 이용하는 다중 기록 방식의 홀로그램 기록 방법, 및 패턴이 형성된 미리 정해진 크기의 필름을 대상으로 타일링(tiling)을 수행하는 홀로그램 기록 방법 중 적어도 하나의 홀로그램 기록 방법을 기초로 기준보다 큰 형태로 제조될 수 있다.
제2 홀로그래픽 광학 소자는 빔 프로젝터에 의해 출력되는 광이 평행광인지 여부에 따라 형태가 다른 참조광을 이용하여 제2 홀로그램 패턴을 형성시킬 수 있다.
제2 홀로그램 패턴은 물체광과 다른 각도로 입사되는 참조광을 기초로 형성될 수 있다.
제2 홀로그램 패턴은 베이스 필름을 통과한 뒤 반사되는 반사광을 참조광으로 이용하여 형성될 수 있다.
제2 홀로그램 패턴은 광을 반사시키는 반사 유닛을 이용하여 반사광으로 형성되는 참조광을 기초로 형성될 수 있다.
제2 홀로그램 패턴은 일측면에 오목 미러 어레이가 형성되어 있는 반사 유닛을 이용하여 형성될 수 있다.
제2 홀로그램 패턴은 일측면에 미리 정해진 각도 기울어진 오목 미러 어레이가 형성되어 있는 반사 유닛을 이용하여 형성될 수 있다.
제2 홀로그램 패턴은 물체광으로 다중 발산광을 이용하여 형성될 수 있다.
제2 홀로그램 패턴은 광을 다중 발산시키는 확산 유닛을 이용하여 다중 발산광으로 생성되는 물체광을 기초로 형성될 수 있다.
제2 홀로그램 패턴은 프리즘 시트, 렌즈 시트 및 확산 유닛을 차례대로 통과하여 다중 발산광으로 생성되는 물체광을 기초로 형성될 수 있다.
제2 홀로그램 패턴은 조합하여 화이트(white)를 생성하는 색상들과 관련된 광들을 차례대로 물체광으로 이용하여 형성될 수 있다.
제2 홀로그램 패턴은 적색과 관련된 광, 녹색과 관련된 광 및 청색과 관련된 광을 차례대로 물체광으로 이용하여 형성될 수 있다. 이때 적색과 관련된 광, 녹색과 관련된 광 및 청색과 관련된 광은 서로 다른 입사각으로 베이스 필름에 입사될 수 있다. 적색과 관련된 광의 입사각은 녹색과 관련된 광의 입사각 및 청색과 관련된 광의 입사각보다 큰 값을 가질 수 있다.
제2 홀로그램 패턴은 물체광을 다중 발산시키는 확산 유닛과 베이스 필름 사이의 거리, 및 참조광의 입사 형태 중 적어도 하나를 기초로 서로 다른 모양을 가질 수 있다.
제2 투명 스크린은 투명 소자의 타면에 적층되는 코팅층을 더 포함할 수 있다.
다음으로 사용자 인식 기반 영상 표시 제어 시스템의 작동 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 필름 형태의 홀로그래픽 광학 소자(Holographic Optical Elements)를 구비하는 투명 스크린을 기준으로 사용자와 서로 다른 측에 위치하는 사용자 정보 획득부가 투명 스크린을 통하여 사용자 손의 위치를 포함하는 사용자 정보를 획득한다(STEP A).
이후 영상 출력 제어부가 사용자 정보를 기초로 투명 스크린에 영상을 출력한다(STEP B).
이상에서 설명한 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 또한, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 USB 메모리, CD 디스크, 플래쉬 메모리 등과 같은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 기록매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체 등이 포함될 수 있다.
또한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 상세한 설명에서 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 필름 형태의 홀로그래픽 광학 소자(Holographic Optical Elements)를 구비하는 투명 스크린;
    상기 투명 스크린을 기준으로 사용자와 서로 다른 측에 위치하며, 상기 투명 스크린을 통하여 사용자 손의 위치를 포함하는 사용자 정보를 획득하는 사용자 정보 획득부; 및
    상기 사용자 정보를 기초로 상기 투명 스크린에 영상을 출력하는 영상 출력 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 인식 기반 영상 표시 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 사용자 정보 획득부는 3차원 깊이 카메라를 이용하여 상기 사용자 정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 사용자 인식 기반 영상 표시 제어 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상 출력 제어부는 상기 사용자 정보 획득부와 같은 측에 위치하는 프로젝터를 이용하여 상기 영상을 출력하는 것을 특징으로 하는 사용자 인식 기반 영상 표시 제어 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명 스크린은 지면에 대해 수평 방향으로 길이 형성된 제1 평판과 상기 제1 평판의 일단면으로부터 지면에 대해 수직 방향으로 길이 형성된 제2 평판을 포함하는 지지 구조체를 이용하여 지면 위의 공간 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 사용자 인식 기반 영상 표시 제어 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상 표시 제어 시스템은 키오스크에 탑재되는 것을 특징으로 하는 사용자 인식 기반 영상 표시 제어 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명 스크린은,
    투명 소재로 형성되는 투명 소자; 및
    베이스 필름(base film); 및 상기 베이스 필름에 형성된 것으로서, 다중 발산하는 물체광(object beam)과 참조광(reference beam) 사이의 간섭을 기초로 형성되는 제1 홀로그램 패턴을 포함하는 제1 홀로그래픽 광학 소자
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 인식 기반 영상 표시 제어 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명 스크린은,
    투명 소재로 형성되는 투명 소자; 및
    베이스 필름; 및 상기 베이스 필름에 형성되는 것으로서, 상기 베이스 필름의 일측면으로 입사되는 물체광과 상기 베이스 필름의 타측면으로 입사되는 참조광 사이의 간섭을 기초로 형성되는 제2 홀로그램 패턴을 포함하는 제2 홀로그래픽 광학 소자
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 인식 기반 영상 표시 제어 시스템.
  8. 사용자 정보 획득부, 영상 출력 제어부 및 투명 스크린을 포함하는 사용자 인식 기반 영상 표시 제어 시스템의 작동 방법에 있어서,
    필름 형태의 홀로그래픽 광학 소자(Holographic Optical Elements)를 구비하는 상기 투명 스크린을 기준으로 사용자와 서로 다른 측에 위치하는 상기 사용자 정보 획득부가 상기 투명 스크린을 통하여 사용자 손의 위치를 포함하는 사용자 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 영상 출력 제어부가 상기 사용자 정보를 기초로 상기 투명 스크린에 영상을 출력하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 인식 기반 영상 표시 제어 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 획득하는 단계는 3차원 깊이 카메라를 이용하여 상기 사용자 정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 사용자 인식 기반 영상 표시 제어 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 출력하는 단계는 상기 사용자 정보 획득부와 같은 측에 위치하는 프로젝터를 이용하여 상기 영상을 출력하는 것을 특징으로 하는 사용자 인식 기반 영상 표시 제어 방법.
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