KR20200001123A - 공간 영상 투영 장치 - Google Patents

Abstract

공간 영상 투영 장치는 전면 홀로그램 영상을 출력하는 제 1 영역 및 후면 홀로그램 영상을 출력하는 제 2 영역을 포함하는 디스플레이 및 디스플레이의 전방에 위치하고, 전면 홀로그램 영상의 광선만을 관찰자의 방향으로 굴절시키는 제 1 프리즘 영역 및 전면 홀로그램 영상의 광선 및 후면 홀로그램 영상의 광선을 관찰자의 방향으로 굴절시키는 제 2 프리즘 영역을 포함하는 프리즘 어레이를 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.

한편, 공간영상 투영 장치로 가장 많이 사용되고 있는 방식인 페퍼스 고스트 기법은 투명반사필름을 이용한 반사식 유사 홀로그램 기법이다.

이러한, 페퍼스 고스트 기법은 PET(polyethylene terephthalate)과 같이 빛 투과율이 높은 소재에 반사율이 높아지도록 광택 코딩을 하여 소재 뒷면의 투과 빛과, 소재 앞면의 반사 빛을 동시에 볼 수 있도록 하고, 소재 앞면의 이미지가 마치 뒷배경과 공간 상에 함께 존재하는 듯한 효과를 제공할 수 있다.

페퍼스 고스트 기법이 적용된 공간영상 투영 장치는 스크린(또는 디스플레이)에 대해 45도 기울어진 평면 형태의 투명필름을 설치함으로써 스크린에서 출력된 광선을 굴절시켜 플로팅 홀로그램 효과를 제공할 수 있다.

이러한, 페퍼스 고스트 기법이 적용된 공간영상 투영 장치는 45도 기울어진 투명필름 설치로 인해, 시스템 크기가 커지게 되고, 시청위치에 따라 스크린이 직접 보이는 문제점이 있으며, 단일 레이어의 공간영상만을 제공하게 된다.

이에 대한 대안으로, 도 1과 같은 프리즘 어레이를 이용한 공간영상 투영 장치가 제안되었다.

도 1의 (a)는 종래의 프리즘 어레이를 이용한 공간 영상 투영 장치를 도시한 도면이고, 도 1의 (b)는 종래의 프리즘 어레이를 이용한 공간 영상 투영 장치를 통해 투영된 공간 영상을 도시한 도면이다.

도 1의 (a)를 참조하면, 프리즘 어레이(100)를 이용한 공간 영상 투영 장치는 프리즘 어레이(100)를 디스플레이(110)의 전면에 설치하여, 빛이 굴절되어 보여지도록 하는 방식을 사용한다.

프리즘 어레이(100)를 이용한 공간 영상 투영 장치는 프레임 어레이(100)를 구성하는 복수의 프레임 어레이 유닛의 제 1 패싯(20) 및 제 2 패싯(10)을 통해 서로 다른 위치에 형성되는 공간 영상들을 제공할 수 있다.

이러한, 공간 영상 투영 장치에서 프레임 어레이(100)는 전면 홀로그램 영상 및 후면 홀로그램 영상을 시청하기 위한 영역 구분없이 동일한 복수의 프리즘 어레이 유닛으로만으로 구성된다. 이 때, 복수의 프리즘 어레이 유닛은 예를 들면, 제 1 패싯(20)과 베이스(30)가 이루는 각도(50)가 제 1 각도이고, 제 2 패싯(10)과 베이스(30)가 이루는 각도(40)가 제 2 각도를 갖는다.

이 때, 제 1 패싯(20)으로 입사한 광선(빨간색 화살표)은 아래쪽으로 굴절되고, 제 2 패싯(10)으로 입사한 광선(파란색 화살표)은 위쪽으로 굴절되면서 2개의 공간 영상이 형성될 수 있다.

이러한 성질을 이용하여, 프레임 어레이(100) 후방에 디스플레이(110)를 배치하면, 도 1의 (b)와 같이, 공간감이 표현된 이중 레이어의 전면 공간 영상(140) 및 후면 공간 영상(142)을 제공할 수 있다.

하지만, 이러한 종래의 공간 영상 투영 장치는 프레임 어레이(100)의 굴절 성질에 따라 특정 영역에서 전면 공간 영상(140)과 동일한 영상(144)이 중복되어 투영되기 때문에 홀로그램 효과가 저하되는 문제점이 있었다.

이를 해결하기 위해서 디스플레이(110)의 일부 영역의 전면에 시역 조절 필터(120)가 설치되는 것을 고려할 수 있다. 여기서, 시역 조절 필터(120)는 일정각도로 격벽이 배치되어 있는 광학소자로 구성되며, 방향성을 가지고 있어 특정 각도의 광선만 통과시킨다.

시역 조절 필터(120)가 디스플레이(110)에 설치되면, 디스플레이(110)에서 출력된 광선 중 제 1 패싯(20)으로 향하는 광선은 시역 조절 필터(120)에서 차단되기 때문에 전면 공간 영상(140)과 동일한 영상(144)이 파란색 점선 부분처럼 눈에 보이지 않게 된다.

하지만, 시역 조절 필터(120)를 사용하게 되면 단말 비용이 상승하게 되고, 시역 조절 필터(120)를 통과한 광선의 세기가 일정비율 감소하게 되어 광선의 밝기가 약해질 수 밖에 없고, 시역 조절 필터(120)가 존재하는 디스플레이(110)의 제 1 영역(112)과 시역 조절 필터(120)가 존재가 존재하지 않는 디스플레이(110)의 제 2 영역(114) 간의 광선의 밝기차가 발생하게 되는 문제점이 있었다.

한국등록특허 제10-1691298호 (2016.12.23. 등록)

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 제 1 프리즘 영역 및 제 2 프리즘 영역으로 구성된 프리즘 어레이를 통해 디스플레이의 전면에 시역 조절을 위한 필터를 설치하지 않더라도 시역 조절 기능을 제공할 수 있는 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 전면 홀로그램 영상을 출력하는 제 1 영역 및 후면 홀로그램 영상을 출력하는 제 2 영역을 포함하는 디스플레이 및 상기 디스플레이의 전방에 위치하고, 상기 전면 홀로그램 영상의 광선만을 관찰자의 방향으로 굴절시키는 제 1 프리즘 영역 및 상기 전면 홀로그램 영상의 광선 및 상기 후면 홀로그램 영상의 광선을 상기 관찰자의 방향으로 굴절시키는 제 2 프리즘 영역을 포함하는 프리즘 어레이를 포함할 수 있다.

일예에 있어서, 상기 제 1 프리즘 영역은 제 1 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛으로 구성된 영역이고, 상기 제 2 프리즘 영역은 제 2 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛으로 구성된 영역일 수 있다.

일예에 있어서, 상기 제 1 종 및 제 2 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛 각각은 베이스, 제 1 패싯 및 제 2 패싯을 포함하고, 상기 제 1 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛의 상기 제 1 패싯과 상기 베이스가 이루는 각도 및 상기 제 2 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛의 상기 제 1 패싯과 상기 베이스가 이루는 각도는 상이하도록 제작될 수 있다.

일예에 있어서, 상기 제 1 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛의 제 2 패싯과 상기 베이스가 이루는 각도 및 상기 제 2 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛의 제 2 패싯과 상기 베이스가 이루는 각도는 동일하도록 제작될 수 있다.

일예에 있어서, 상기 프리즘 어레이는 상기 프리즘 어레이의 상부가 상기 디스플레이 영역을 향하도록 소정의 각도로 기울어지도록 구성될 수 있다.

일예에 있어서, 상기 제 1 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛의 상기 제 1 패싯과 상기 베이스가 이루는 각도는 상기 프리즘 어레이의 내부 전반사가 일어나지 않는 각도로 설정될 수 있다.

일예에 있어서, 상기 프리즘 어레이의 내부 전반사가 일어나지 않는 각도는 75도 내지 84도일 수 있다.

일예에 있어서, 상기 제 1 프리즘 영역은 상기 프리즘 어레이의 상부 영역에 해당되고, 상기 제 2 프리즘 영역은 상기 프리즘 어레이의 하부 영역에 해당될 수 있다.

일예에 있어서, 상기 디스플레이와 상기 프리즘 어레이 간의 각도 및 상기 관찰자의 관찰 위치에 기초하여 상기 제 1 프리즘 영역에서 상기 후면 홀로그램 영상의 광선에 대한 내부 전반사가 일어나지 않도록 상기 제 1 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛의 상기 제 1 패싯과 상기 베이스가 이루는 각도가 설정될 수 있다.

일예에 있어서, 상기 제 1 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛의 상기 제 1 패싯과 상기 베이스가 이루는 각도는 상기 관찰자의 시선 각도 이하일 수 있다.

일예에 있어서, 상기 디스플레이 및 상기 프리즘 어레이 간의 각도에 기초하여 상기 제 2 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛의 제 1 패싯에 의해 상기 후면 홀로그램 영상에 대응하는 후면 공간 영상이 투영되도록 상기 제 2 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛의 제 1 패싯과 상기 베이스가 이루는 각도가 설정될 수 있다.

일예에 있어서, 상기 제 1 프리즘 영역은 상기 프리즘 어레이의 하부 영역에 해당되고, 상기 제 2 프리즘 영역은 상기 프리즘 어레이의 상부 영역에 해당될 수 있다.

일예에 있어서, 상기 복수의 프리즘 어레이 유닛 각각은 베이스, 제 1 패싯 및 제 2 패싯을 포함하고, 상기 제 2 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛의 제 1 패싯과 상기 베이스가 이루는 각도 및 상기 제 1 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛의 제 1 패싯과 상기 베이스가 이루는 각도가 동일하도록 제작될 수 있다.

일예에 있어서, 상기 제 2 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛의 상기 제 2 패싯과 상기 베이스가 이루는 각도 및 상기 제 1 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛의 상기 제 2 패싯과 상기 베이스가 이루는 각도가 상이하도록 제작될 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 제 1 프리즘 영역 및 제 2 프리즘 영역으로 구성된 프리즘 어레이만으로 시역을 조절하고, 다중 레이어 상에 복수의 공간 투영 영상을 투영시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 시역 조절을 위한 시역 조절 필터를 사용하지 않기 때문에 홀로그램 단말의 제작 비용을 줄일 수 있고, 기존의 시역 조절 필터로 인한 홀로그램 영상의 밝기가 감쇄되는 문제점을 해결할 수 있다.

또한, 본 발명은 시역 조절 필터를 사용하지 않기 때문에 기존의 시역 조절 필터를 통과하는 홀로그램 영상과 시역 조절 필터를 통과하지 않는 홀로그램 영상 간의 밝기차가 생기는 사이드 이펙트(side effect) 문제점을 해결할 수 있다.

도 1은 종래의 프리즘 어레이를 이용한 공간 영상 투영 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 공간 영상 투영 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 프리즘 어레이의 내부 전반사가 일어나지 않는 각도를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 공간 영상 투영 장치를 설명하기 위한 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 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 공간 영상 투영 장치를 설명하기 위한 도면이다. 여기서, 도 2의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른, 공간 영상 투영 장치를 도시한 도면이고, 도 2의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른, 공간 영상 투영 장치를 통해 투영된 공간 영상을 도시한 도면이다.

도 2의 (a) 및 (b)를 참조하면, 공간 영상 투영 장치는 프리즘 어레이(200)와 디스플레이(210)를 포함할 수 있다.

디스플레이(210)는 복수의 홀로그램 영상을 출력할 수 있다. 구체적으로, 디스플레이(210)는 전면 홀로그램 영상을 출력하는 제 1 영역(212) 및 후면 홀로그램 영상을 출력하는 제 2 영역(214)을 포함할 수 있다.

여기서, 디스플레이(210)의 제 1 영역(212)은 디스플레이(210)의 상부 영역이고, 디스플레이(210)의 제 2 영역(214)은 디스플레이(210)의 하부 영역일 수 있다. 이 때, 디스플레이(210)의 복수의 영역에 대한 배치 순서는 복수의 공간 투영 영상(디스플레이(210)의 각 영역에서 출력되는 홀로그램 영상 각각에 대응하는 공간 투영 영상)의 깊이(depth)와 일치하지 않을 수 있다.

각 공간 투영 영상 간의 깊이는 디스플레이(210)와 프리즘 어레이(200) 간의 광 경로 상의 거리에 따라 달라질 수 있다. 예를 들면, 디스플레이(210)의 제 2 영역(214)이 제 1 영역(212)보다 프리즘 어레이(200)로부터의 거리가 멀다면 제 2 영역(214)에서 출력되는 후면 홀로그램 영상에 대응되는 후면 공간 투영 영상(222)은 제 1 영역(212)에서 출력되는 전면 홀로그램 영상에 대응하는 전면 공간 투영 영상(220)에 비해 뒤에 위치하게 된다. 따라서, 투영시키고자 하는 공간 투영 영상의 사이즈에 따라 제 1 영역(212)의 높이 및 제 2 영역(214)의 높이를 다양하게 조절하면 된다.

이러한 디스플레이(210)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(210)를 대신하거나 연출에 따라 사물(실물)이 대신할 수도 있다.

다른 예를 들면, 디스플레이(210)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(210)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.

프리즘 어레이(200)는 디스플레이(210)의 전방에 위치하고, 제 1 프리즘 영역(202) 및 제 2 프리즘 영역(204)을 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 프리즘 영역(202)은 프리즘 어레이(200)의 상부 영역에 해당하고, 제 2 프리즘 영역(204)은 프리즘 어레이(200)의 하부 영역에 해당할 수 있다.

여기서, 제 1 프리즘 영역(202)은 디스플레이(210)의 제 1 영역(212)에서 출력된 전면 홀로그램 영상의 광선만을 관찰자의 방향으로 굴절시키는 제 1 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛(230)으로 구성될 수 있다.

구체적으로, 제 1 프리즘 영역(202)은 제 1 패싯(20) 및 베이스(24)가 이루는 꼭지점의 제 1 각도(26)와 제 2 패싯(22) 및 베이스(24)가 이루는 꼭지점의 제 2 각도(28)를 갖는 제 1 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛(230)으로 구성될 수 있다.

제 2 프리즘 영역(204)은 디스플레이(210)의 제 1 영역(212)에서 출력된 전면 홀로그램 영상의 광선 및 제 2 영역(214)에서 출력된 후면 홀로그램 영상의 광선을 관찰자의 방향으로 굴절시키는 제 2 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛(232)으로 구성될 수 있다.

구체적으로, 제 2 프리즘 영역(204)은 제 1 패싯(30) 및 베이스(34)가 이루는 꼭지점의 제 3 각도(36)와 제 2 패싯(32) 및 베이스(34)가 이루는 꼭지점의 제 4 각도(38)를 갖는 제 2 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛(232)으로 구성될 수 있다.

후면 홀로그램 영상에 대응하는 후면 공간 투영 영상(222)이 전면 홀로그램 영상에 대응하는 전면 공간 투영 영상(220)에 겹쳐서 투영되는 것을 방지하기 위해 제 1 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛(230)의 제 1 패싯(20) 및 베이스(24)가 이루는 각도인 제 1 각도(26)와, 제 2 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛(232)의 제 1 패싯(30) 및 베이스(34)가 이루는 각도인 제 3 각도(36)가 상이하도록 제작될 수 있다.

여기서, 제 1 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛(230)의 제 1 패싯(20)과 베이스(24)가 이루는 각도인 제 1 각도(26)는 프리즘 어레이(200)의 내부 전반사가 일어나지 않는 각도로 설정될 수 있다. 예를 들면, 프리즘 어레이(200)의 내부 전반사가 일어나지 않는 각도는 거의 수직에 가까운 75도 내지 84도 사이가 될 수 있다. 이 경우, 제 1 종의 프리즘 어레이 유닛(230)의 제 1 패싯(20)에서 굴절되는 제 1 광선(회색 광선)을 살펴보면, 제 1 각도(26)의 굴절각이 높기 때문에 프레넬 방정식에 따라 제 1 패싯(20)에 의해 굴절된 제 1 광선은 거의 보이지 않을 정도로 감쇄되며, 제 1 광선이 약하게 관찰되더라도 바닥쪽으로 향하는 광경로를 갖기 때문에 관찰자의 시야에는 홀로그램 영상이 보이지 않게 된다.

따라서, 제 1 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛(230)의 제 1 패싯(20)과 베이스(24)가 이루는 각도가 수직에 가까운 각도를 갖게 되면, 제 1 패싯(20)에 의해 굴절되는 후면 홀로그램 영상의 광선이 차단되는 효과(즉, 시역 조절 필터를 가질 경우의 효과)를 얻을 수 있다. 이를 통해, 전면 홀로그램 영상에 대응하는 전면 공간 투영 영상(220)과 후면 홀로그램 영상에 대응하는 후면 공간 투영 영상(222)이 중복되어 겹쳐 보이는 것을 차단할 수 있다.

잠시 도 3을 참조하면서 프리즘 어레이(200)의 내부 전반사가 일어나지 않는 각도에 대하여 설명하기로 한다. 여기서, 도 3의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른, 공간 영상 투영 장치를 도시한 도면이고, 도 3의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른, 공간 영상 투영 장치를 통해 투영된 공간 영상을 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 관찰자(40)가 최하단 시청위치에서 프리즘 어레이(200)의 최상단에 위치하는 제 1 종의 프리즘 어레이 유닛(230)를 바라볼 때, 최상단에 위치하는 제 1 종의 프리즘 어레이 유닛(230)의 제 1 패싯(20)이 수평으로 보이는 제 1 각도(26)를 살펴보기로 한다. 여기서, 관찰자(40)의 최하단 시청위치란 일반 성인이 어디에도 올라가지 않은 상태에서(즉, 공간 영상 투영 장치가 설치된 바닥에 서서) 공간 영상 투영 장치를 바라보는 시청위치를 말한다.

제 1 각도(26)가 83도를 갖는 경우, 프리즘 어레이의 굴절 공식에 따르면, 제 1 종의 프리즘 어레이 유닛(230)의 제 1 패싯(20)으로 입사되는 광선의 굴절각(편이각)은 대략 80도로 계산되고, 해당 광선(도 3에서의 빨간색 점선에 해당하는 광선)의 입사각은 87도로 계산된다. 이 경우, 프레넬 방정식 곡선을 참조하면, 해당 광선의 투과율은 거의 0에 가깝게 광선의 세기가 감쇄되며, 관찰자(40)의 시야로 해당 광선은 관찰되지 않는다.

제 1 각도(26)가 84도를 초과하는 경우, 제 1 종의 프리즘 어레이 유닛(230)의 제 1 패싯(20)으로 입사한 광선이 프리즘 어레이(200)의 내부 전반사를 일으키게 된다.

또한, 최하단 시청위치에서 관찰자(40)가 프리즘 어레이(200)를 바라보는 각도가 제 1 패싯(20)의 바닥면을 바라보는 시청 각도가 되면, 내부 전반사 광선이 관찰되므로 프레넬 방정식에서 굴절 광선의 세기가 충분히 작은 값을 갖는 75도 이상의 값을 갖도록 제 1 각도(26)를 조절해야 한다.

다시 도 2로 돌아오면, 제 1 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛(230)의 제 1 패싯(20)과 베이스(24)가 이루는 각도가 수직에 가까운 각도를 갖게 되면 제 1 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛(230)의 제 2 패싯(22)의 넓이가 커져 제 2 패싯(22)으로 많은 양의 전면 홀로그램 영상의 광선이 통과되기 때문에 전면 홀로그램 영상에 대응하는 전면 공간 영상의 밝기 및 해상도가 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

제 1 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛(230)의 제 2 패싯(22) 및 베이스(24)가 이루는 각도인 제 2 각도(28)와, 제 2 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛(232)의 제 2 패싯(32) 및 베이스(34)가 이루는 각도인 제 4 각도(38)가 동일하도록 제작될 수 있다.

제 1 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛(230)의 제 2 각도(28)와 제 2 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛(232)의 제 4 각도(38)가 동일한 각도로 제작되기 때문에 관찰자는 전면 홀로그램 영상에 대응하는 전면 공간 투영 영상(220)을 관찰할 수 있다.

프리즘 어레이(200)는 프리즘 어레이(200)의 상부가 디스플레이(210)를 향하도록 소정의 각도로 기울어지도록 구성될 수 있다. 이 경우, 디스플레이(210)와 프리즘 어레이(200) 간의 각도 및 관찰자의 관찰 위치에 기초하여 제 1 프리즘 영역(202)에서 후면 홀로그램 영상의 광선에 대한 내부 전반사가 일어나지 않도록 제 1 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛(230)의 제 1 패싯(20)과 베이스(24)가 이루는 제 1 각도(26)가 설정될 수 있다. 이 때, 제 1 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛(230)의 제 1 패싯(20)과 베이스(24)가 이루는 제 1 각도(26)는 관찰자의 시선 각도 이하로 설정될 수 있다.

또한, 디스플레이(210)와 프리즘 어레이(200) 간의 각도에 기초하여 제 2 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛(232)의 제 1 패싯(30)에 의해 후면 홀로그램 영상에 대응하는 후면 공간 영상(222)이 투영되도록 제 2 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛(232)의 제 1 패싯(30)과 베이스(34)가 이루는 제 3 각도(30)가 설정될 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 공간 영상 투영 장치를 설명하기 위한 도면이다. 여기서, 도 4의 (a)는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 공간 영상 투영 장치를 도시한 도면이고, 도 4의 (b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 공간 영상 투영 장치를 통해 투영된 공간 영상을 도시한 도면이다.

도 4의 (a) 및 (b)를 참조하면, 공간 영상 투영 장치는 프리즘 어레이(408)와 디스플레이(410)를 포함할 수 있다.

디스플레이(410)는 전면 홀로그램 영상을 출력하는 제 1 영역(414) 및 후면 홀로그램 영상을 출력하는 제 2 영역(412)을 포함할 수 있다. 여기서, 디스플레이(410)의 제 1 영역(414)은 디스플레이(410)의 하부 영역이고, 디스플레이(410)의 제 2 영역(412)은 디스플레이(410)의 상부 영역일 수 있다.

프리즘 어레이(408)는 디스플레이(410)의 전방에 위치하고, 프리즘 영역제 1 프리즘 영역(404) 및 프리즘 영역제 2 프리즘 영역(402)을 포함할 수 있다. 여기서, 프리즘 영역제 1 프리즘 영역(404)은 프리즘 어레이(408)의 하부 영역에 해당하고, 프리즘 영역제 2 프리즘 영역(402)은 프리즘 어레이(408)의 상부 영역에 해당할 수 있다.

프리즘 영역제 1 프리즘 영역(404)은 제 1 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛(432)으로 구성된 영역이고, 프리즘 영역제 2 프리즘 영역(402)은 제 2 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛(430)으로 구성된 영역일 수 있다.

제 2 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛(430)의 제 1 패싯(40)과 베이스(44)가 이루는 각도(46) 및 제 1 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛(432)의 제 1 패싯(50)과 베이스(54)가 이루는 각도(56)는 동일하도록 제작될 수 있다.

이에 반해, 제 2 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛(430)의 제 2 패싯(42)과 베이스(44)가 이루는 각도(48) 및 제 1 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛(432)의 제 2 패싯(52)과 베이스(54)가 이루는 각도(58)는 상이하도록 제작될 수 있다.

도 4의 (a)에서의 프리즘 영역제 1 프리즘 영역(404) 및 프리즘 영역제 2 프리즘 영역(402)에 대한 배치 방식을 도 2의 (a)의 제 1 프리즘 영역(202) 및 제 2 프리즘 영역(204)의 배치 방식과 반대로 구성함으로써 전면 공간 투영 영상(420) 및 후면 공간 투영 영상(422)의 크기를 다르게 형성할 수 있다. 도 2의 (a)의 경우, 전면 공간 투영 영상(220)의 크기를 크게 하고, 후면 공간 투영 영상(222)의 크기를 작게 구성하는 반면, 도 4의 (a)의 경우, 전면 공간 투영 영상(420)의 크기를 작게 하고, 후면 공간 투영 영상(422)의 크기를 크게 구성할 수 있다. 예를 들면, 도 2의 (a)와 같이 공간 영상 투영 장치를 설계하는 경우, 전면 공간 투영 영상(220)으로 메인 객체(예컨대, 캐릭터 등)을 표현하고, 후면 공간 투영 영상(222)으로 보조 영상(예컨대, 배경 등)을 제공할 수 있고, 도 4의 (a)와 같이, 공간 영상 투영 장치를 설계하는 경우, 후면 공간 투영 영상(422)으로 메인 객체를 표현하고, 전면 공간 투영 영상(420)으로 보조 영상을 제공하는 연출에 활용할 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.

200, 408: 프리즘 어레이
210, 410: 디스플레이
220, 420: 전면 공간 투영 영상
222, 422: 후면 공간 투영 영상

Claims (14)

1. 공간 영상 투영 장치에 있어서,
   전면 홀로그램 영상을 출력하는 제 1 영역 및 후면 홀로그램 영상을 출력하는 제 2 영역을 포함하는 디스플레이; 및
   상기 디스플레이의 전방에 위치하고, 상기 전면 홀로그램 영상의 광선만을 관찰자의 방향으로 굴절시키는 제 1 프리즘 영역 및 상기 전면 홀로그램 영상의 광선 및 상기 후면 홀로그램 영상의 광선을 상기 관찰자의 방향으로 굴절시키는 제 2 프리즘 영역을 포함하는 프리즘 어레이
   를 포함하는 것인, 공간 영상 투영 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 프리즘 영역은 제 1 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛으로 구성된 영역이고,
   상기 제 2 프리즘 영역은 제 2 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛으로 구성된 영역인 것인, 공간 영상 투영 장치.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제 1 종 및 제 2 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛 각각은 베이스, 제 1 패싯 및 제 2 패싯을 포함하고,
   상기 제 1 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛의 상기 제 1 패싯과 상기 베이스가 이루는 각도 및 상기 제 2 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛의 상기 제 1 패싯과 상기 베이스가 이루는 각도는 상이하도록 제작된 것인, 공간 영상 투영 장치.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제 1 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛의 제 2 패싯과 상기 베이스가 이루는 각도 및 상기 제 2 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛의 제 2 패싯과 상기 베이스가 이루는 각도는 동일하도록 제작된 것인, 공간 영상 투영 장치.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 프리즘 어레이는 상기 프리즘 어레이의 상부가 상기 디스플레이를 향하도록 소정의 각도로 기울어지도록 구성되는 것인, 공간 영상 투영 장치.
   
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 제 1 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛의 상기 제 1 패싯과 상기 베이스가 이루는 각도는 상기 프리즘 어레이의 내부 전반사가 일어나지 않는 각도로 설정되는 것인, 공간 영상 투영 장치.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 프리즘 어레이의 내부 전반사가 일어나지 않는 각도는 75도 내지 84도인 것인, 공간 영상 투영 장치.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 제 1 프리즘 영역은 상기 프리즘 어레이의 상부 영역에 해당되고,
   상기 제 2 프리즘 영역은 상기 프리즘 어레이의 하부 영역에 해당되는 것인, 공간 영상 투영 장치.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 디스플레이와 상기 프리즘 어레이 간의 각도 및 상기 관찰자의 관찰 위치에 기초하여 상기 제 1 프리즘 영역에서 상기 후면 홀로그램 영상의 광선에 대한 내부 전반사가 일어나지 않도록 상기 제 1 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛의 상기 제 1 패싯과 상기 베이스가 이루는 각도가 설정되는 것인, 공간 영상 투영 장치.
   
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛의 상기 제 1 패싯과 상기 베이스가 이루는 각도는 상기 관찰자의 시선 각도 이하인 것인, 공간 영상 투영 장치.
    
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 디스플레이 및 상기 프리즘 어레이 간의 각도에 기초하여 상기 제 2 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛의 제 1 패싯에 의해 상기 후면 홀로그램 영상에 대응하는 후면 공간 영상이 투영되도록 상기 제 2 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛의 제 1 패싯과 상기 베이스가 이루는 각도가 설정되는 것인, 공간 영상 투영 장치.
    
12. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 프리즘 영역은 상기 프리즘 어레이의 하부 영역에 해당되고,
    상기 제 2 프리즘 영역은 상기 프리즘 어레이의 상부 영역에 해당되는 것인, 공간 영상 투영 장치.
    
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 복수의 프리즘 어레이 유닛 각각은 베이스, 제 1 패싯 및 제 2 패싯을 포함하고,
    상기 제 2 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛의 제 1 패싯과 상기 베이스가 이루는 각도 및 상기 제 1 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛의 제 1 패싯과 상기 베이스가 이루는 각도가 동일하도록 제작된 것인, 공간 영상 투영 장치.
    
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 2 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛의 상기 제 2 패싯과 상기 베이스가 이루는 각도 및 상기 제 1 종의 복수의 프리즘 어레이 유닛의 상기 제 2 패싯과 상기 베이스가 이루는 각도가 상이하도록 제작된 것인, 공간 영상 투영 장치.

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