KR20190112948A - 공간 영상 투영 장치 - Google Patents

Abstract

공간 영상 투영 장치는 제 1 홀로그램 영상을 출력하는 제 1 영역 및 제 2 홀로그램 영상을 출력하는 제 2 영역을 포함하는 디스플레이 및 디스플레이의 전방에 위치하고, 제 1 홀로그램 영상을 굴절시키는 복수의 제 1 프리즘 어레이 유닛 및 제 2 홀로그램 영상을 굴절시키는 복수의 제 2 프리즘 어레이 유닛을 포함하는 렌즈를 포함할 수 있다.

Description

공간 영상 투영 장치{THREE-DIMENSIONAL IMAGE PROJECTION APPARATUS}

본 발명은 공간 영상 투영 장치에 관한 것이다.

3차원 입체 영상 디스플레이 기술은 2차원 영상에 일정한 깊이 정보를 부가함으로써 3차원 영상을 재구성하는 기술이다.

이러한 3차원 입체 영상 디스플레이 기술은 사람의 양안 시차(binocular disparity) 원리를 이용하여 3차원 영상을 제공하고 있다. 이러한 3차원 입체 영상의 구현 방법에 따르면, 좌안과 우안에 비치는 상이 서로 다르기 때문에 관찰자의 양안에 의한 시차의 지각을 통하여 영상의 입체감 및 돌출감을 제공할 수 있다.

양안 시차를 이용한 좌우 영상을 분리하는 방식에는 안경 방식과 무안경 방식이 있다. 안경 방식은 애너글리프(anaglyph) 방식, 편광 안경 방식, 셔터 안경 방식 등을 포함하고, 무안경 방식에는 렌티큘러(lenticular) 방식, 패럴랙스 배리어(parallax barrier) 방식 및 광학판 방식 등을 포함할 수 있다. 여기서, 안경 방식 중 편광 안경 방식 및 셔터 안경 방식은 가장 오래된 3차원 디스플레이 방식으로 입체 영화, 3D TV 등에 널리 사용되고 있다. 하지만, 편광 안경 방식 및 셔터 안경 방식은 입체 영상용 특수 안경을 착용해야 하는 불편함과 눈의 피로감을 증대시키는 문제점을 갖고 있다. 무안경 방식 중 렌티큘러 방식 및 패럴랙스 배리어 방식은 낮은 휘도와 저해상도의 영상으로 관찰자의 관찰 지점이 고정되어 있으며 관찰자의 지속적인 관찰 시, 두통이나 어지러움을 유발하는 단점을 가지고 있다.

한편, 완전 입체 방식에는 홀로그램 및 체적형 3차원 디스플레이 방식이 있다. 이러한 완전 입체 방식은 고가의 레이저 및 정밀한 광학적 장치를 통해 정지 상태의 입체 영상만이 구현되며 실시간 고화질의 입체 영상은 제공하지 못하고 있다.

최근 들어, 하프 미러, 오목 거울, 프레넬 렌즈, 프리즘 어레이 등을 이용하여 저렴한 비용으로 실시간 입체 영상을 구현하는 방식들이 제안되고 있다. 하지만, 하프 미러를 이용한 방식은 영상이 허상으로 맺히고, 시스템의 물리적인 크기가 큰 문제점이 있고, 오목 거울 및 프레넬 렌즈를 이용한 방식은 제조 비용이 많이 들고, 시야각이 좁다는 문제점이 있다.

이에 대한 해결 방안으로 최근에는 프리즘 어레이를 이용하여 공간상에 허상으로 입체 영상을 형성하는 방법이 제안되고 있다. 이러한 방법은 디스플레이 패널의 전방에 프리즘 어레이가 설치되고, 디스플레이에서 출력되는 영상의 광선이 프리즘 어레이에서 굴절되어 관찰자는 프리즘 어레이의 후방에 투영된 입체 영상을 관찰할 수 있다.

이러한 프리즘 어레이를 이용하는 방법은 공간 투영 영상이 관찰자를 기준으로 프리즘 어레이의 후방에 형성되기 때문에 프리즘 어레이의 전방에 공간 투영 영상이 형성되는 방식에 비해 몰입감이 떨어지고, 실제 공간 투영 영상에서의 터치 등을 통해 유저 인터렉션을 제공함에 있어서 한계가 존재한다.

이와 관련하여, 한국등록특허 제10-1255210호에는 다시점 입체 영상 디스플레이 장치가 개시되어 있다.

본 발명은 복수의 제 1 프리즘 어레이 유닛 및 복수의 제 2 프리즘 어레이 유닛을 포함하는 렌즈를 이용하여 복수의 공간 투영 영상이 투영되는 공간 영상 투영 장치를 제공하고자 한다. 다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제 1 측면에 따른 공간 영상 투영 장치는 제 1 홀로그램 영상을 출력하는 제 1 영역 및 제 2 홀로그램 영상을 출력하는 제 2 영역을 포함하는 디스플레이; 및 상기 디스플레이의 전방에 위치하고, 상기 제 1 홀로그램 영상을 굴절시키는 복수의 제 1 프리즘 어레이 유닛 및 상기 제 2 홀로그램 영상을 굴절시키는 복수의 제 2 프리즘 어레이 유닛을 포함하는 렌즈를 포함할 수 있다.

일예에 있어서, 상기 복수의 제 1 프리즘 어레이 유닛 및 상기 복수의 제 2 프리즘 어레이 유닛은 교호로 번갈아 가며 배치될 수 있다.

일예에 있어서, 상기 제 1 프리즘 어레이 유닛은 원통형 렌즈(Cylindrical lens, 501)를 가공한 유닛일 수 있다.

일예에 있어서, 상기 복수의 제 2 프리즘 어레이 유닛 각각은 베이스, 상기 제 2 홀로그램 영상을 굴절시키는 제 1 패싯 및 제 2 패싯을 포함하고, 상기 베이스와 상기 제 1 패싯이 이루는 제 1 꼭지점의 각도와 상기 베이스와 상기 제 2 패싯이 이루는 제 2 꼭지점의 각도는 상이할 수 있다.

일예에 있어서, 상기 디스플레이는 제 3 홀로그램 영상을 출력하는 제 3 영역을 더 포함할 수 있다.

일예에 있어서, 상기 제 1 홀로그램 영상은 전면용 영상이고, 상기 제 2 홀로그램 영상 및 상기 제 3 홀로그램 영상은 배경용 영상일 수 있다.

일예에 있어서, 상기 디스플레이는 상부에서부터 상기 제 2 영역, 상기 제 1 영역 및 상기 제 3 영역 순으로 배치될 수 있다.

일예에 있어서, 상기 제 1 홀로그램 영상에 대응하는 제 1 공간 투영 영상, 상기 제 2 홀로그램 영상에 대응하는 제 2 공간 투영 영상 및 상기 제 3 홀로그램 영상에 대응하는 제 3 공간 투영 영상은 상기 디스플레이와 상기 렌즈의 사이에 투영될 수 있다.

일예에 있어서, 상기 제 1 홀로그램 영상에 대응하는 제 1 공간 투영 영상은 상기 렌즈의 전방에 투영되고, 상기 제 2 홀로그램 영상에 대응하는 제 2 공간 투영 영상 및 상기 제 3 홀로그램 영상에 대응하는 제 3 공간 투영 영상은 상기 디스플레이와 상기 렌즈의 사이에 투영될 수 있다.

일예에 있어서, 상기 제 1 홀로그램 영상은 상하 또는 좌우가 반전된 영상이고, 상기 제 1 홀로그램 영상에 대응하는 제 1 공간 투영 영상은 상하 또는 좌우가 반전되지 않은 영상일 수 있다.

일예에 있어서, 상기 제 1 프리즘 어레이 유닛은 볼록 렌즈형 또는 오목 렌즈형 프레넬 렌즈일 수 있다.

일예에 있어서, 상기 렌즈는 연이어 배열된 복수의 렌즈 유닛을 포함하고, 상기 복수의 제 1 프리즘 어레이 유닛은 상기 복수의 렌즈 유닛의 제 1 패싯으로 구성되고, 상기 복수의 제 2 프리즘 어레이 유닛은 상기 복수의 렌즈 유닛의 제 2 패싯으로 구성될 수 있다.

일예에 있어서, 상기 제 1 홀로그램 영상은 전면용 영상이고, 상기 제 2 홀로그램 영상은 배경용 영상일 수 있다.

일예에 있어서, 상기 디스플레이는 상부에서부터 상기 제 2 영역 및 상기 제 1 영역 순으로 배치될 수 있다.

일예에 있어서, 상기 제 1 홀로그램 영상에 대응하는 제 1 공간 투영 영상 및 상기 제 2 홀로그램 영상에 대응하는 제 2 공간 투영 영상은 상기 디스플레이와 상기 렌즈의 사이에 투영될 수 있다.

상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본 발명을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.

전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 본 발명은 복수의 제 1 프리즘 어레이 유닛 및 복수의 제 2 프리즘 어레이 유닛을 포함하는 렌즈를 이용함으로써 다중 레이어 상에 복수의 공간 투영 영상을 투영시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 렌즈의 전방 또는 후방에 전면용 영상에 대응하는 공간 투영 영상을 형성하고, 렌즈의 후방에 배경용 영상에 대응하는 공간 투영 영상을 형성함으로써 공간 투영 영상에 대한 입체감과 몰입감을 제공할 수 있다.

도 1a 내지 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 공간 영상 투영 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 내지 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 1에 도시된 렌즈의 제작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 공간 영상 투영 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 3에 도시된 렌즈의 제작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 구형 렌즈 및 원통형 렌즈를 나타낸 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 명세서에 있어서 '부(部)'란, 하드웨어에 의해 실현되는 유닛(unit), 소프트웨어에 의해 실현되는 유닛, 양방을 이용하여 실현되는 유닛을 포함한다. 또한, 1 개의 유닛이 2 개 이상의 하드웨어를 이용하여 실현되어도 되고, 2 개 이상의 유닛이 1 개의 하드웨어에 의해 실현되어도 된다.

이하, 첨부된 구성도 또는 처리 흐름도를 참고하여, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하도록 한다.

도 1a 내지 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 공간 영상 투영 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 1a를 참조하면, 공간 영상 투영 장치는 디스플레이(100)와 렌즈(110)를 포함할 수 있다.

디스플레이(100)는 복수의 홀로그램 영상을 출력할 수 있다. 구체적으로, 디스플레이(100)는 제 1 홀로그램 영상을 출력하는 제 1 영역(130), 제 2 홀로그램 영상을 출력하는 제 2 영역(120) 및 제 3 홀로그램 영상을 출력하는 제 3 영역(140)을 포함할 수 있다. 여기서, 디스플레이(100)의 제 2 영역(120)은 디스플레이(100)의 상부 영역으로 설정되고, 디스플레이(100)의 제 1 영역(130)은 디스플레이(100)의 중간 영역으로 설정되고, 디스플레이(100)의 제 3 영역(140)은 디스플레이(100)의 하부 영역으로 설정될 수 있다. 즉, 디스플레이(100)의 상부에서부터 제 2 영역(120), 제 1 영역(130) 및 제 3 영역(140) 순으로 배치될 수 있다. 여기서, 디스플레이(100)의 복수의 영역에 대한 배치 순서는 복수의 공간 투영 영상(디스플레이(100)의 각 영역에서 출력되는 홀로그램 영상 각각에 대응하는 공간 투영 영상)의 깊이(depth)와 일치하지 않을 수 있다. 이 때, 각 공간 투영 영상 간의 깊이는 디스플레이(100)와 렌즈(110) 간의 광 경로 상 거리에 따라 달라질 수 있다. 예를 들면, 디스플레이(100)의 제 3 영역(140)이 다른 영역(120, 130)보다 렌즈(110)와의 거리가 멀다면 제 3 영역(140)에서 출력되는 홀로그램 영상에 대응되는 공간 투영 영상은 다른 영역에서 출력되는 공간 투영 영상에 비해 뒤쪽 깊이에 위치하게 된다. 디스플레이(100)는 투영시키고자 하는 공간 투영 영상의 사이즈에 따라 제 1 영역(130)의 높이, 제 2 영역(120)의 높이 및 제 3 영역(140)의 높이가 다양하게 조절될 수 있다.

렌즈(110)와 디스플레이(100) 간의 광경로 거리를 다르게 설계할 경우, 렌즈(110)의 초점 거리와 디스플레이(100)의 위치의 관계에 따라 공간 투영 영상의 위치를 조절할 수 있다. 예를 들면, 렌즈(110)와 디스플레이(100) 간 거리에 따라 렌즈(110)의 전방에 홀로그램 영상이 보이도록 하고, 렌즈(110)와 디스플레이(100) 사이에 공간 투영 영상이 형성되도록 구현할 수 있다. 디스플레이(100)는 제 1 영역(130)을 통해 제 1 홀로그램 영상으로서 전면용 영상을 출력시키고, 제 2 영역(120)을 통해 제 2 홀로그램 영상으로서 배경용 영상을 출력시키고, 제 3 영역(140)을 통해 제 3 홀로그램 영상으로서 배경용 영상을 출력시킬 수 있다.

이러한 디스플레이(100)는 2차원 영상을 출력할 수 있는 LCD(Liquid Crystal Display) 디스플레이, OLED(Organic Light Emitting Diode) 디스플레이, 퀀텀닷(Quantum Dot) 디스플레이 중 하나를 포함할 수 있다. 또는, 프로젝션 방식이 디스플레이(100)를 대신하거나 연출에 따라 사물(실물)이 대신할 수 있다.

다른 예를 들면, 디스플레이(100)는 3차원 영상을 출력할 수 있는 패럴렉스 배리어(Parallax Barrier), 렌티큘러(Lenticular Lens) 및 프리즘 어레이(Prism Array)를 포함하는 3D 디스플레이 중 하나를 포함할 수 있다. 또 다른 예를 들면, 디스플레이(100)는 3차원 체적 영상을 출력할 수 있는 집적 영상 디스플레이, 홀로그램 디스플레이, 회전 스크린 기반 체적 디스플레이, 다층 구조 기반의 체적 디스플레이 등을 포함할 수 있다.

렌즈(110)는 디스플레이(100)의 전방에 위치하고, 나란히 배열된 복수의 제 1 프리즘 어레이 유닛(112) 및 복수의 제 2 프리즘 어레이 유닛(114)을 포함할 수 있다. 이 때, 복수의 제 1 프리즘 어레이 유닛(112)과 복수의 제 2 프리즘 어레이 유닛(114)은 교호로 번갈아 가며 배치될 수 있다. 다른 예로, 렌즈(110)는 복수의 제 1 프리즘 어레이 유닛(112)과 복수의 제 2 프리즘 어레이 유닛(114) 각각의 패싯을 믹싱하여 제작될 수 있다. 예를 들면, 제 1 프리즘 어레이 유닛(112)의 제 1 패싯과 제 2 프리즘 어레이 유닛(114)의 제 2 패싯을 믹스한 복수의 유닛을 포함하는 렌즈(110)를 구성할 수 있다.

렌즈(110)의 제 1 프리즘 어레이 유닛(112)의 제 2 패싯(14)과 베이스(10)가 이루는 각도는 직각을 이루도록 구성될 수 있고, 도 1b와 같이, 제 1 프리즘 어레이 유닛(116)의 제 2 패싯(14)과 베이스(10)가 이루는 각도는 소정의 각도를 이루도록 구성될 수도 있다.

여기서, 복수의 제 1 프리즘 어레이 유닛(112)은 예를 들어, 복수의 볼록 렌즈형 또는 오목 렌즈형 프레넬 렌즈이다. 잠시 도 5를 참조하면, 복수의 제 1 프리즘 어레이 유닛(112)은 구형 렌즈(Spherical lens, 503)가 아닌 원통형 렌즈(Cylindrical lens, 501)를 가공한 유닛으로 유닛의 결 방향에 따라 상하 또는 좌우가 반전될 수 있다.

복수의 제 2 프리즘 어레이 유닛(114) 각각은 광선이 입사되는 광학적 평면인 베이스(10), 제 3 홀로그램 영상(디스플레이(100)의 제 3 영역(140)에서 출력되는 영상)의 광선을 굴절시키는 광학적 평면인 제 1 패싯(facet)(12) 및 제 2 홀로그램 영상(디스플레이(100)의 제 2 영역(120)에서 출력되는 영상)의 광선을 굴절시키는 광학적 평면인 제 2 패싯(14)을 포함한다. 복수의 제 2 프리즘 어레이 유닛(114) 각각은 베이스(10)와 제 1 패싯(12)이 이루는 제 1 꼭지각의 각도(16)와, 베이스(10)와 제 2 패싯(14)이 이루는 제 2 꼭지각의 각도(18)가 상이하도록 구성된다.

이에 따라, 제 1 패싯(12)에 의해 굴절되어 투영된 제 3 공간 투영 영상(160, 제 3 홀로그램 영상에 대응하는 투영 영상)과 제 2 패싯(14)에 의해 굴절되어 투영된 제 2 공간 투영 영상(170, 제 2 홀로그램 영상에 대응하는 투영 영상) 간에 깊이 차이가 형성된다.

제 1 꼭지각의 각도(16)와 제 2 꼭지각의 각도(18) 간의 차이가 클수록 굴절 각도의 차이 및 광 경로의 길이 차이로 인해 제 2 공간 투영 영상(170)과 제 3 공간 투영 영상(160) 간의 깊이 차이는 더욱 커지게 된다. 이러한 깊이 차이의 발생으로 인하여 관찰자는 입체감을 느끼게 된다.

잠시 도 2a 내지 2d를 참조하여 렌즈(110)의 제작 방법을 설명하기로 한다.

도 2a를 참조하면, 렌즈(110)는 구면 수차에 의한 영상의 왜곡을 방지하기 위해 구면을 수정해 광학 설계한 렌즈이다. 이를 위해, 원통형 렌즈(20)의 하프(Half) 상단 렌즈(22)과, 하프 하단 렌즈(24)의 피치(pitch)를 작게 하여 평면으로 제작한다.

원통형 렌즈(20)의 하프 상단 렌즈(22)를 가공한 제 1 프레넬 렌즈(26)를 이루는 복수의 유닛 각각의 제 1 패싯(201)과 원통형 렌즈(20)의 하프 하단 렌즈(24)를 가공한 제 2 프레넬 렌즈(28)을 이루는 복수의 유닛 각각의 제 2 패싯(203)을 결합하여 제 1 프리즘 어레이 유닛(112)을 이루는 복수의 유닛(205)을 제작할 수 있다.

제 1 프리즘 어레이 유닛(112)는 복수의 삼각기둥 형태의 일부 영역을 갖되 서로 반대로 배치된 제 1 프레넬 렌즈(26)와 제 2 프레넬 렌즈(28)가 비대칭 각도의 꼭지각을 갖도록 가공된 광학 소자이다.

한편, 제 1 프리즘 어레이 유닛(112)가 평면과 곡면이 믹스된 렌즈인 경우, 영상이 많이 표현되고, 노이즈가 적으며 정밀한 표현을 원하는 쪽을 곡면으로 정밀하게 제작하는 방식이 적용될 수 있다.

도 2b를 참조하면, 관측자(200)는 제 1 프레넬 렌즈(26)를 통해 디스플레이에서 출력된 포그라운드(foreground) 영역에 해당하는 홀로그램 영상을 보게 되며, 제 1 프레넬 렌즈(26)의 효과에 따라 확대된 공간 투영 영상을 보게 된다. 렌즈 공식인 [수학식 1]을 통해 제 1 프레넬 렌즈(26)의 초점 거리, 제 1 프레넬 렌즈(26)로부터 홀로그램 영상까지의 거리 및 제 1 프레넬 렌즈(26)로부터 공간 투영 영상까지의 거리에 대한 공식이 도출될 수 있다.

[수학식 1]

1/a + 1/b = 1/f

여기서, a는 제 1 프레넬 렌즈(26)로부터 홀로그램 영상까지의 거리이고, b는 제 1 프레넬 렌즈(26)로부터 공간 투영 영상까지의 거리이고, f는 제 1 프레넬 렌즈(26)의 초점 길이임

[수학식 1]에 a=f/2를 대입하면, b=f가 도출될 수 있다. 홀로그램 영상이 제 1 프레넬 렌즈(26)로부터 f/2(207)인 거리에 위치하면, 공간 투영 영상은 제 1 프레넬 렌즈(26)로부터 f(209)인 거리에 위치하게 된다. 이 때, b/a를 계산하면, 공간 투영 영상이 얼마나 확대되는지 알 수 있다.

광을 추적(Ray Tracing)하면, 홀로그램 영상과 공간 투영 영상의 최하단은 동일한 평면에서 보이게 되며 제 1 프레넬 렌즈(26)의 상단으로 이동하면서 굴절이 많이 되면서 공간 투영 영상이 확대되어 보이는 효과가 있다.

도 2c를 참조하면, 관측자(200)는 도 2b에서와 같이 제 2 프레넬 렌즈(28)를 통해 디스플레이에서 출력된 백그라운드(background) 영역에 해당하는 홀로그램 영상을 보게 되며, 제 2 프레넬 렌즈(28)의 효과에 따라 확대된 공간 투영 영상을 보게 된다.

[수학식 1]에 a=3f/5를 대입하면, b=3f/2가 도출될 수 있다. 홀로그램 영상이 제 2 프레넬 렌즈(28)로부터 3f/5(211)인 거리에 위치하면, 공간 투영 영상은 제 2 프레넬 렌즈(28)로부터 3f/2(213)인 거리에 위치하게 된다. 이 때, b/a를 계산하면, 공간 투영 영상이 얼마나 확대되는지 알 수 있다.

도 2a 및 2d를 참조하면, 하프 상단 렌즈(22)를 가공한 제 1 프레넬 렌즈(26)와 하프 하단 렌즈(24)를 가공한 제 2 프레넬 렌즈(28)를 결합한 제 1 프리즘 어레이 유닛(112)을 통해 제 1 공간 투영 영상 및 제 2 공간 투영 영상이 형성되고, 제 1 공간 투영 영상 및 제 2 공간 투영 영상은 서로 다른 레이어 상에 형성된다. 가령, 프레넬 렌즈(26)로부터 f/2(207)인 거리에 위치한 홀로그램 이미지와 제 2 프레넬 렌즈(28)로부터 3f/5(211)인 거리에 위치한 홀로그램 이미지를 하나의 디스플레이에 표시하는 제 1 프레넬 렌즈(26)와 제 2 프레넬 렌즈(28)를 결합한 제 1 프리즘 어레이 유닛(112)를 제작하면, 도 2d의 최하단의 그림처럼 확대된 듀얼 레이어 영상을 얻게되며 이 경우 제 1 프레넬 렌즈(26)와 제 2 프레넬 렌즈(28)의 초점거리는 f_1/2 = 3f_2/5 조건을 갖는다.

이와 같이, 본 발명은 제 1 프리즘 어레이 유닛(112)를 통해 제 1 공간 투영 영상 및 제 2 공간 투영 영상 간 깊이 차이를 제공할 수 있고, 제 1 프리즘 어레이 유닛(112)를 통해 확대된 제 1 공간 투영 영상 및 제 2 공간 투영 영상을 제공할 수 있다.

기존의 일반 프리즘시트를 이용할 경우, 공간 투영 영상의 확대/축소가 없으나, 제 1 프리즘 어레이 유닛(112)을 이용할 경우, 공간 투영 영상을 확대할 수 있으므로 일반 평면 프리즘시트에 비해 더 큰 듀얼 레이어 이미지를 볼 수 있다.

또한, 제 1 프리즘 어레이 유닛(112)와 홀로그램 영상 간의 거리를 제 1 프리즘 어레이 유닛(112)의 초점 길이보다 길게 배치함으로써 제 1 프레넬 렌즈(26) 앞쪽의 영상이 실상으로 보여지게 할 수 있다.

다시 도 1로 돌아오면, 렌즈(110)에 포함된 복수의 제 2 프리즘 어레이 유닛(114)에 의해 굴절된 제 2 홀로그램 영상의 광선은 제 2 공간 투영 영상(170)을 형성하고, 복수의 제 2 프리즘 어레이 유닛(114)에 굴절된 제 3 홀로그램 영상의 광선은 제 3 공간 투영 영상(160)을 형성할 수 있다. 구체적으로, 디스플레이(100)의 제 2 영역(120)에서 출력되는 제 2 홀로그램 영상은 복수의 제 2 프리즘 어레이 유닛(114)의 제 2 패싯(14)을 통과하여 굴절되고, 디스플레이 제 3 영역(140)에서 출력되는 제 3 홀로그램 영상은 복수의 제 2 프리즘 어레이 유닛(114)의 제 1 패싯(12)을 통과하여 굴절된다.

렌즈(110)에 포함된 복수의 제 1 프리즘 어레이 유닛(112)에 의해 굴절된 제 1 홀로그램 영상(디스플레이(100)의 제 1 영역(130)에서 출력된 영상)의 광선은 제 1 홀로그램 영상에 대응하는 제 1 공간 투영 영상(180)을 형성할 수 있다.

디스플레이(100)와 렌즈(110) 간의 거리에 따라 공간 투영 영상의 위치가 달라질 수 있다. 예를 들면, 디스플레이(100)와 렌즈(110) 간의 거리가 기설정된 거리 이상되는 경우, 도 1과 같이 제 1 홀로그램 영상에 대응하는 제 1 공간 투영 영상(180), 제 2 홀로그램 영상에 대응하는 제 2 공간 투영 영상(170) 및 제 3 홀로그램 영상에 대응하는 제 3 공간 투영 영상(160) 모두가 디스플레이(100)와 렌즈(110) 사이에 투영될 수 있다.

다른 예로, 디스플레이(100)와 렌즈(110) 간의 거리가 초점 거리 이상인 경우, 제 1 홀로그램 영상에 대응하는 제 1 공간 투영 영상(180)은 렌즈(110)의 전방에 투영되고, 제 2 홀로그램 영상에 대응하는 제 2 공간 투영 영상(170) 및 제 3 홀로그램 영상에 대응하는 제 3 공간 투영 영상(160)은 디스플레이(100)와 렌즈(110) 사이에 투영될 수 있다. 이때, 디스플레이(100)의 제 1 영역(130)에서 출력되는 제 1 홀로그램 영상은 상하 또는 좌우가 반전된 영상이고, 상하 또는 좌우가 반전된 영상은 복수의 제 1 프리즘 어레이 유닛(112)에 의해 다시 상하 또는 좌우가 반전되어 상하 또는 좌우가 반전되지 않은 영상(즉, 정상적인 영상)에 대응하는 제 1 공간 투영 영상(180)이 투영될 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 공간 영상 투영 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 공간 영상 투영 장치는 디스플레이(300)와 렌즈(310)를 포함할 수 있다.

디스플레이(300)는 제 1 홀로그램 영상을 출력하는 제 1 영역(330) 및 제 2 홀로그램 영상을 출력하는 제 2 영역(320)을 포함할 수 있다. 여기서, 디스플레이(300)의 제 1 영역(330)은 디스플레이(300)의 하부 영역으로 설정되고, 디스플레이(300)의 제 2 영역(320)은 디스플레이(300)의 상부 영역으로 설정될 수 있다. 즉, 디스플레이(300)의 상부에서부터 제 2 영역(320) 및 제 1 영역(330) 순으로 배치될 수 있다. 여기서, 디스플레이(300)의 복수의 영역에 대한 배치 순서는 복수의 공간 투영 영상(디스플레이(300)의 각 영역에서 출력되는 홀로그램 영상 각각에 대응하는 공간 투영 영상)의 깊이와 일치하지 않을 수 있다. 이 때, 각 공간 투영 영상 간의 깊이는 디스플레이(300)와 렌즈(310) 간의 광 경로 상 거리에 따라 달라질 수 있다. 예를 들면, 디스플레이(300)의 제 1 영역(330)이 제 2 영역(320)보다 렌즈(310)와의 거리가 멀다면 제 1 영역(330)에서 출력되는 홀로그램 영상에 대응되는 공간 투영 영상은 제 2 영역(320)에서 출력되는 공간 투영 영상에 비해 뒤쪽 깊이에 위치하게 된다.

디스플레이(300)는 제 1 영역(330)을 통해 제 1 홀로그램 영상으로서 전면용 영상을 출력시키고, 제 2 영역(320)을 통해 제 2 홀로그램 영상으로서 배경용 영상을 출력시킬 수 있다. 렌즈(310)는 디스플레이(300)의 전방에 위치하고, 연이어 배열된 복수의 렌즈 유닛을 포함할 수 있다.

도 4를 참조하면, 렌즈(310)에서의 복수의 렌즈 유닛의 제 1 패싯(312)은 제 1 프리즘 어레이(24)에 포함된 복수의 제 1 프리즘 어레이 유닛으로 구성되고, 렌즈(310)에서의 복수의 렌즈 유닛의 제 2 패싯(314)은 제 2 프리즘 어레이(26)에 포함된 복수의 제 2 프리즘 어레이 유닛으로 구성될 수 있다.

여기서, 제 1 프리즘 어레이 유닛은 블록 렌즈형 또는 오목 렌즈형 프레넬 렌즈이다. 이 때, 복수의 렌즈 유닛의 제 1 패싯(312)과 베이스(316)가 이루는 꼭지각의 각도(30)는 각 렌즈 유닛의 위치에 따라 상이하도록 제작되며 복수의 렌즈 유닛의 제 2 패싯(314)과 베이스(316)가 이루는 꼭지각의 각도(32)는 일정한 각도를 갖도록 제작될 수 있다.

렌즈(310)의 제 1 패싯(312)은 디스플레이(300)의 제 1 영역(330)에서 출력되는 제 1 홀로그램 영상의 광선을 굴절시키고, 렌즈(310)의 제 2 패싯(314)은 디스플레이(300)의 제 2 영역(320)에서 출력되는 제 2 홀로그램 영상의 광선을 굴절시킬 수 있다.

제 1 홀로그램 영상의 광선이 렌즈(310)의 제 1 패싯(312)에 의해 굴절되면, 제 1 홀로그램 영상에 대응되는 제 1 공간 투영 영상(350)이 형성되고, 제 2 홀로그램 영상의 광선이 렌즈(310)의 제 2 패싯(314)에 의해 굴절되면, 제 2 홀로그램 영상에 대응되는 제 2 공간 투영 영상(340)이 형성될 수 있다.

디스플레이(300)와 렌즈(310) 간의 거리에 따라 공간 투영 영상의 위치가 달라질 수 있다. 예를 들면, 디스플레이(300)와 렌즈(310) 간의 거리가 초점 거리 이하가되는 경우, 도 3과 같이 제 1 홀로그램 영상에 대응하는 제 1 공간 투영 영상(350) 및 제 2 홀로그램 영상에 대응하는 제 2 공간 투영 영상(340)은 디스플레이(300)와 렌즈(310)의 사이에 투영될 수 있다.

다른 예로, 디스플레이(300)와 렌즈(310) 간의 거리가 초점 거리 이상인 경우, 제 1 홀로그램 영상에 대응하는 제 1 공간 투영 영상(350)은 렌즈(310)의 전방에 투영되고, 제 2 홀로그램 영상에 대응하는 제 2 공간 투영 영상(340)은 디스플레이(300)와 렌즈(310)의 사이에 투영될 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100, 300: 디스플레이
110, 310: 렌즈
180, 350: 제 1 공간 투영 영상
170, 340: 제 2 공간 투영 영상
160: 제 3 공간 투영 영상

Claims (16)

1. 공간 영상 투영 장치에 있어서,
   제 1 홀로그램 영상을 출력하는 제 1 영역 및 제 2 홀로그램 영상을 출력하는 제 2 영역을 포함하는 디스플레이; 및
   상기 디스플레이의 전방에 위치하고, 상기 제 1 홀로그램 영상을 굴절시키는 복수의 제 1 프리즘 어레이 유닛 및 상기 제 2 홀로그램 영상을 굴절시키는 복수의 제 2 프리즘 어레이 유닛을 포함하는 렌즈
   를 포함하는 것인, 공간 영상 투영 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 복수의 제 1 프리즘 어레이 유닛 및 상기 복수의 제 2 프리즘 어레이 유닛은 교호로 번갈아 가며 배치된 것인, 공간 영상 투영 장치.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 프리즘 어레이 유닛은 원통형 렌즈(Cylindrical lens, 501)를 가공한 유닛인 것인, 공간 영상 투영 장치.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 복수의 제 2 프리즘 어레이 유닛 각각은 베이스, 상기 제 2 홀로그램 영상을 굴절시키는 제 1 패싯 및 제 2 패싯을 포함하고,
   상기 베이스와 상기 제 1 패싯이 이루는 제 1 꼭지점의 각도와 상기 베이스와 상기 제 2 패싯이 이루는 제 2 꼭지점의 각도는 상이한 것인, 공간 영상 투영 장치.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 디스플레이는 제 3 홀로그램 영상을 출력하는 제 3 영역을 더 포함하는 것인, 공간 영상 투영 장치.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 제 1 홀로그램 영상은 전면용 영상이고, 상기 제 2 홀로그램 영상 및 상기 제 3 홀로그램 영상은 배경용 영상인 것인, 공간 영상 투영 장치.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 디스플레이는 상부에서부터 상기 제 2 영역, 상기 제 1 영역 및 상기 제 3 영역 순으로 배치된 것인, 공간 영상 투영 장치.
   
8. 제 5 항에 있어서,
   상기 제 1 홀로그램 영상에 대응하는 제 1 공간 투영 영상, 상기 제 2 홀로그램 영상에 대응하는 제 2 공간 투영 영상 및 상기 제 3 홀로그램 영상에 대응하는 제 3 공간 투영 영상은 상기 디스플레이와 상기 렌즈의 사이에 투영되는 것인, 공간 영상 투영 장치.
   
9. 제 5 항에 있어서,
   상기 제 1 홀로그램 영상에 대응하는 제 1 공간 투영 영상은 상기 렌즈의 전방에 투영되고, 상기 제 2 홀로그램 영상에 대응하는 제 2 공간 투영 영상 및 상기 제 3 홀로그램 영상에 대응하는 제 3 공간 투영 영상은 상기 디스플레이와 상기 렌즈의 사이에 투영되는 것인, 공간 영상 투영 장치.
   
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 홀로그램 영상은 상하 또는 좌우가 반전된 영상이고,
    상기 제 1 홀로그램 영상에 대응하는 제 1 공간 투영 영상은 상기 상하 또는 좌우 반전되지 않은 영상인 것인, 공간 영상 투영 장치.
    
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 프리즘 어레이 유닛은 볼록 렌즈형 또는 오목 렌즈형 프레넬 렌즈인 것인, 공간 영상 투영 장치.
    
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈는 연이어 배열된 복수의 렌즈 유닛을 포함하고,
    상기 복수의 제 1 프리즘 어레이 유닛은 상기 복수의 렌즈 유닛의 제 1 패싯으로 구성되고,
    상기 복수의 제 2 프리즘 어레이 유닛은 상기 복수의 렌즈 유닛의 제 2 패싯으로 구성된 것인, 공간 영상 투영 장치.
    
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 홀로그램 영상은 전면용 영상이고, 상기 제 2 홀로그램 영상은 배경용 영상인 것인, 공간 영상 투영 장치.
    
14. 제 12 항에 있어서,
    상기 디스플레이는 상부에서부터 상기 제 2 영역 및 상기 제 1 영역 순으로 배치된 것인, 공간 영상 투영 장치.
    
15. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 홀로그램 영상에 대응하는 제 1 공간 투영 영상 및 상기 제 2 홀로그램 영상에 대응하는 제 2 공간 투영 영상은 상기 디스플레이와 상기 렌즈의 사이에 투영되는 것인, 공간 영상 투영 장치.
    
16. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 프리즘 어레이 유닛은 볼록 렌즈형 또는 오목 렌즈형 프레넬 렌즈인 것인, 공간 영상 투영 장치.

Images