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KR102019393B1 - 다면 공간 영상 투영 장치 - Google Patents

다면 공간 영상 투영 장치 Download PDF

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KR102019393B1
KR102019393B1 KR1020170064779A KR20170064779A KR102019393B1 KR 102019393 B1 KR102019393 B1 KR 102019393B1 KR 1020170064779 A KR1020170064779 A KR 1020170064779A KR 20170064779 A KR20170064779 A KR 20170064779A KR 102019393 B1 KR102019393 B1 KR 102019393B1
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김승철
김종흠
양태길
한상훈
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주식회사 케이티
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Abstract

다면에서 홀로그램 영상의 관측이 가능한 다면 공간 영상 투영 장치는 복수의 측면과 상면 및 하면을 갖는 다각형 기둥 형상의 하우징, 하우징의 내부에 설치되고, 복수의 측면에 대응하는 복수의 디스플레이 및 복수의 측면에 형성되고, 복수의 디스플레이 각각으로부터 출력된 홀로그램 영상의 광선을 굴절시켜 입체 영상을 하우징 내부에 형성하는 복수의 프리즘 어레이를 포함하고, 복수의 디스플레이 각각은 대응하는 프리즘 어레이와 소정의 각도로 기울어진 것일 수 있다.

Description

다면 공간 영상 투영 장치{POLYHEDRON IMAGE PROJECTION APPARATUS}
본 발명은 다면 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 시청자의 관찰 지점이 고정되어 있으며 시청자의 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 전방의 상단에 프리즘 어레이가 설치되고, 프리즘 어레이의 후방에 입체 영상이 투영된다.
한편, 3차원 입체 영상 디스플레이 기술이 광고, 전시 등에 사용되기 위해서는 관찰자가 다양한 방향에서 입체 영상을 관측할 수 있도록 구현될 필요가 있다.
하지만, 기존의 하프 미러를 이용한 방식으로 다방향에서 입체 영상을 볼 수 있도록 구현하게 되면 영상 크기에 비해 시스템이 비대해지는 문제가 있다. 도 1은 기존의 하프 미러를 이용한 공간 영상 투영 장치가 하프 미러를 통해 영상을 반사시켜 공간상에 허상으로 맺히게 하는 장치를 도시한 도면이다. 이러한 하프 미러를 이용한 공간 영상 투영 장치는 하프 미러를 45도 각도로 설치하고, 아래 또는 위쪽에 설치된 디스플레이에서 출력된 영상을 하프 미러에 반사시켜 공간상에 영상을 투영시킨다. 단면의 영상만 표현하고자 할 때는, 도면 부호 100과 같이, 하프 미러의 전체 영역을 사용하여 영상을 투영시킬 수 있다. 하지만, 투영시키고자 하는 영상의 면이 많아지게 되면 하프 미러의 설치 각도를 좁혀야해서 하프 미러의 구조는 다면뿔의 형태로 구성되어야 한다.
4면의 영상을 표현하고자 할 경우에는 도면 부호 110과 같이, 사각뿔 형태의 하프 미러를 통해 디스플레이에서 출력되는 영상을 투영시킬 수 있다. 이 때, 투영되는 영상은 하프 미러를 통해서 보이기 때문에 사각뿔 형태의 하프 미러 안쪽에 영상이 투영된다. 하지만 외곽으로 갈수록 투영 공간의 높이가 낮아지기 때문에 실질적으로는 하프 미러의 중간 공간에서 영상을 투영하게 된다.
한편, 프리즘 어레이를 이용한 방식으로 구현하게 되면, 시스템의 측면 또는 후면에서 입체 영상이 거꾸로 출력되는 문제가 발생하게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서, 고속 디스플레이 장치 등이 필요하지만 실질적인 사용에는 어려움이 있다.
이와 관련하여, 등록특허 10-1365449에는 입체 영상을 디스플레이하는 입체 영상 디스플레이 장치가 개시되어 있다.
다면에서 홀로그램 영상의 관측이 가능한 다면 공간 영상 투영 장치를 제공하고자 한다. 구체적으로, 다면 공간 영상 투영 장치 내에 복수의 측면에 대응하는 복수의 디스플레이를 배치하고, 각 디스플레이로부터 출력되는 홀로그램 영상의 광선을 각 디스플레이에 대응되어 설치된 프리즘 어레이를 통해 굴절시켜 다면에서 입체 영상을 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 다면에서 홀로그램 영상의 관측이 가능한 다면 공간 영상 투영 장치는 복수의 측면과 상면 및 하면을 갖는 다각형 기둥 형상의 하우징; 상기 하우징의 내부에 설치되고, 상기 복수의 측면에 대응하는 복수의 디스플레이; 및 상기 복수의 측면에 형성되고, 상기 복수의 디스플레이 각각으로부터 출력된 홀로그램 영상의 광선을 굴절시켜 입체 영상을 상기 하우징 내부에 형성하는 복수의 프리즘 어레이를 포함하고, 상기 복수의 디스플레이 각각은 대응하는 프리즘 어레이와 소정의 각도로 기울어진 것일 수 있다.
본 발명의 제 2 측면에 따른 다면에서 홀로그램 영상의 관측이 가능한 다면 공간 영상 투영 장치는 복수의 측면과 상면 및 하면을 갖는 다각형 기둥 형상의 하우징; 및 상기 복수의 측면을 통해 입체 영상을 제공하는 복수의 홀로그램 모듈을 포함하고, 상기 복수의 홀로그램 모듈 각각은 디스플레이 및 프리즘 어레이를 포함하고, 상기 디스플레이는 상기 프리즘 어레이와 소정의 각도로 기울어진 것일 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, 다면에서 홀로그램 영상의 관측이 가능한 다면 공간 영상 투영 장치를 제공할 수 있다. 구체적으로, 다면 공간 영상 투영 장치 내에 복수의 측면에 대응하는 복수의 디스플레이를 배치하고, 각 디스플레이로부터 출력되는 홀로그램 영상의 광선을 각 디스플레이에 대응되어 설치된 프리즘 어레이를 통해 굴절시켜 다면에서 입체 영상을 제공할 수 있다.
도 1은 기존의 하프 미러를 이용한 공간 영상 투영 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 프리즘 어레이의 공간 영상 투영 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 다면 공간 영상 투영 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 내지 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 다면 공간 영상 투영 장치의 평면도 및 디스플레이의 배치 각도를 나타낸 도면이다.
도 5a 내지 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다면 공간 영상 투영 장치의 평면도 및 디스플레이의 배치 각도를 나타낸 도면이다.
도 6a 내지 6d는 본 발명의 일 실시예에 따른 다면 공간 영상 투영 장치의 홀로그램 모듈의 구조, 홀로그램 영상의 광경로 및 입체 영상을 나타낸 도면이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 시역 조절 필터에 사용되는 복수의 배리어를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른, 편광 특성을 이용하여 홀로그램 모듈의 이중상 제거 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9a 내지 9b는 기존의 대화면의 공간 영상 투영 장치와 본 발명의 대화면 공간 영상 투영 장치의 구성 방법을 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 프리즘 어레이의 공간 영상 투영 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 디스플레이 패널(200)에서 출력된 홀로그램 영상의 광선 중 제 1 방향으로 프리즘 어레이(202)에 입사되는 제 1 광선(204)은 프리즘 어레이(202) 에서 굴절된다. 이 때, 관찰자(206)는 프리즘 어레이(202)의 후방에 허상으로 투영된 입체 영상(208)을 관찰할 수 있다.
한편, 실 공간으로부터 제 2 방향으로 프리즘 어레이(202)로 입사되는 배경 영상의 광선(210)은 프리즘 어레이(202)에서 굴절되어 관찰자(206)에게 향하게 된다.
다시 말해, 디스플레이 패널(200)에서 출력된 제 1 광선(204)은 프리즘의 제 1 패싯(212)을 통과하며 굴절되고, 배경 광선(210)은 프리즘의 제 2 패싯(214)을 통과하여 굴절되어 입체 영상(208)과 실제 배경 영상이 함께 투영된다.
하지만, 위와 같은 원리를 이용한 기존의 프리즘 어레이 기반의 공간 영상 투영 기법은 대칭형 프리즘의 사용으로 인해 이중상이 생기는 문제가 있다. 이러한 이중상이 생기는 문제를 방지하기 위하여 프리즘 어레이와 디스플레이가 충분한 거리를 가지거나 시청 각도를 제한할 필요가 있었고, 이로 인해, 시스템의 크기가 커지는 문제점이 있었다.
이하에서는 이중상의 문제가 없는 다면 공간 영상 투영 장치를 구성하는 방법을 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 다면 공간 영상 투영 장치(30)를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 다면 공간 영상 투영 장치(30)는 하우징(300) 및 복수의 디스플레이(310) 및 복수의 프리즘 어레이(320)를 포함할 수 있다. 다만, 이러한 도 3의 다면 공간 영상 투영 장치(30)는 본 발명의 일 실시예에 불과하므로 도 3을 통해 본 발명이 한정 해석되는 것은 아니며, 본 발명의 다양한 실시예들에 따라 도 3과 다르게 구성될 수도 있다.
하우징(300)은, 예를 들어, 복수의 측면과 상면 및 하면으로 구성된 다각형 기둥 형상으로 형성될 수 있다. 하우징(300)의 내부에는 홀로그램 영상을 출력시키는 복수의 디스플레이(310)가 각각 설치되어 있고, 하우징(300)의 복수의 측면에는 입체 영상을 형성하는 복수의 프리즘 어레이(320)가 설치될 수 있다.
하우징(300)의 복수의 측면 각각에 대응하여 설치된 각 프리즘 어레이(320)와 각 프리즘 어레이(320)에 대응되는 각 디스플레이(310)는 복수의 홀로그램 모듈 중 어느 하나에 포함될 수 있다. 예를 들면, 제 1 홀로그램 모듈은 하우징(300)의 제 1 측면에 대응하는 제 1 프리즘 어레이와 제 1 디스플레이를 포함하고, 제 2 홀로그램 모듈은 하우징(300)의 제 2 측면에 대응하는 제 2 프리즘 어레이와 제 2 디스플레이를 포함할 수 있다.
복수의 디스플레이(310)는 하우징(300)의 복수의 측면 각각에 대응되게 설치되고, 각 측면을 기준으로 기설정된 각도로 설치될 수 있다. 구체적으로, 복수의 디스플레이(310) 각각은 각 디스플레이에 대응하는 각 프리즘 어레이와 소정의 각도로 기울어진 상태로 하우징(300)의 내부에 설치될 수 있다.
예를 들면, 복수의 디스플레이(310)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. 다른 예를 들면, 복수의 디스플레이(310)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, 복수의 디스플레이(310)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. 또 다른 예를 들면, 복수의 디스플레이(310)는 시역을 조절할 수 있는 시역 조절 소자를 포함할 수 있다. 여기서, 시역 조절 소자에는 패럴랙스 배리어를 이용한 시역필터, 회절광학소자(DOE, Diffractive Optical Element) 또는 홀로그램 광학 소자(HOE, Hologram Optical Element)가 포함될 수 있다. 또한 각 디스플레이(310)의 후면에 시역 조절 광학계를 추가하여 디스플레이의 시역을 조절할 수도 있다.
복수의 프리즘 어레이(320) 각각은 복수의 디스플레이(310) 각각에 대응하여 하우징(300)의 각 측면에 형성될 수 있다. 이러한, 복수의 프리즘 어레이(320)는 복수의 디스플레이(310) 각각으로부터 출력된 홀로그램 영상의 광선을 굴절시켜 홀로그램 영상에 대응하는 입체 영상을 형성할 수 있다.
다면 공간 영상 투영 장치(30)는 복수의 프리즘 어레이(320) 간의 각도 조절을 통하여 측면의 수를 다양하게 조절함으로써 보다 컴팩트하게 제작될 수 있다.
잠시 도 4a 내지 도 5b를 참조하여 5면으로 이루어진 다면 공간 영상 투영 장치(30)에서의 복수의 디스플레이와 복수의 프리즘 어레이의 배치 방법을 설명하기로 한다.
도 4a 내지 도 5b에는 5면으로 이루어진 다면 공간 영상 투영 장치(30)가 도시되었으나, 다면 공간 영상 투영 장치(30)의 면수는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 공간 영상 투영 장치(30)는 5면보다 더 많거나 더 적은 면의 수를 가지도록 구성될 수 있다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 5면으로 이루어진 다면 공간 영상 투영 장치(30)의 단면을 도시한 도면이다.
도 4a를 참조하면, 각 디스플레이(311 내지 319)는 서로 맞물리지 않게 소정의 규칙으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 제 1 디스플레이(311)는 제 1 디스플레이(311)의 일단(331)과 타단(333)을 연결하는 선이 제 2 디스플레이(313)를 통과하지 않도록 제 1 디스플레이(311) 및 제 2 디스플레이(313)가 배치될 수 있다. 또한, 제 3 디스플레이(315), 제 4 디스플레이(317) 및 제 5 디스플레이(319)도 동일한 방식으로 배치될 수 있다.
예를 들어, 각 디스플레이(311 내지 319)와 각 프리즘 어레이(321 내지 329)가 이루는 각도는 도 4b와 같이 구성될 수 있다. 도 4b를 참조하면, 제 1 디스플레이(311)의 일단(331)과 제 1 프리즘 어레이(321)의 일꼭지점(335)을 연결하는 선이 제 1 프리즘 어레이(321)의 면과 이루는 제 1 각도(400)는 제 1 디스플레이(311)의 타단(333)과 제 1 프리즘 어레이(321)의 타꼭지점(337)을 연결하는 선이 제 1 프리즘 어레이(321)의 면과 이루는 제 2 각도(410)와 동일하게 설정될 수 있다.
도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 5면으로 이루어진 다면 공간 영상 투영 장치(30)의 단면을 도시한 도면이다. 도 5a를 참조하면, 복수의 프리즘 어레이(321 내지 329)는 하우징의 5면을 형성하는 5개의 프리즘 어레이를 포함하고, 복수의 디스플레이(311 내지 319)는 5개의 프리즘 어레이 각각에 대응하는 5개의 디스플레이를 포함할 수 있다.
복수의 디스플레이는 제 1 디스플레이(311), 제 1 디스플레이(311)와 이웃하는 제 2 디스플레이(313), 제 2 디스플레이(313)와 이웃하는 제 3 디스플레이(315), 제 3 디스플레이(315)와 이웃하는 제 4 디스플레이(317), 제 4 디스플레이(317)와 이웃하는 제 5 디스플레이(319)를 포함할 수 있다.
복수의 프리즘 어레이는 제 1 디스플레이(311)로부터 출력된 홀로그램 영상의 광선을 굴절시켜 입체 영상을 형성하는 제 1 프리즘 어레이(321), 제 2 디스플레이(313)로부터 출력된 홀로그램 영상의 광선을 굴절시켜 입체 영상을 형성하는 제 2 프리즘 어레이(323), 제 3 디스플레이(315)로부터 출력된 홀로그램 영상의 광선을 굴절시켜 입체 영상을 형성하는 제 3 프리즘 어레이(325), 제 4 디스플레이(317)로부터 출력된 홀로그램 영상의 광선을 굴절시켜 입체 영상을 형성하는 제 4 프리즘 어레이(327) 및 제 5 디스플레이(319)로부터 출력된 홀로그램 영상의 광선을 굴절시켜 입체 영상을 형성하는 제 5 프리즘 어레이(329)를 포함할 수 있다.
여기서, 각 디스플레이(311 내지 319)는 서로 맞물리게 배치되어 내부 공간을 최소화할 수 있다. 예를 들어, 제 1 디스플레이(311)는 제 1 디스플레이(311)의 일단(331)과 타단(333)을 연결하는 선이 제 2 디스플레이(313)를 통과하도록 제 1 디스플레이(311) 및 제 2 디스플레이(313)가 배치될 수 있다. 또한, 제 3 디스플레이(315), 제 4 디스플레이(317) 및 제 5 디스플레이(319)도 동일한 방식으로 배치될 수 있다.
예를 들어, 각 디스플레이(311 내지 319)와 각 프리즘 어레이(321 내지 329)가 이루는 각도는 도 5b와 같이 구성될 수 있다. 도 5b를 참조하면, 제 1 디스플레이(311)의 일단(331)과 제 1 프리즘 어레이(321)의 일꼭지점(335)을 연결하는 선이 제 1 프리즘 어레이(321)의 면과 이루는 제 1 각도(500)는 제 1 디스플레이(311)의 타단(333)과 제 1 프리즘 어레이(321)의 타꼭지점(337)을 연결하는 선이 제 1 프리즘 어레이(321)의 면과 이루는 제 2 각도(510)보다 작게 설정될 수 있다.
위와 같이, 제 1 각도(500)와 제 2 각도(510)가 다른 비대칭형의 홀로그램 모듈을 이용하는 경우, 보다 더 컴팩트한 다면 공간 영상 투영 장치(30)를 제작할 수 있다.
상술한 바와 같이 복수의 홀로그램 모듈을 통해 컴팩트하면서 사이즈가 큰 입체 영상을 형성하기 위해서는 제 1 각도(500)를 작게 설정할 필요가 있다. 하지만, 제 1 각도(500)를 일정한 각도 이하로 설정하게 되면, 이중상이 생기는 문제가 발생하게 된다.
예를 들어, 도 6a를 참조하면, 제 1 디스플레이(311)에서 제 1 디스플레이(311)의 정면 방향으로 출력되는 홀로그램 영상의 제 1 광선(620)은 제 1 프리즘 어레이(321)의 전 영역으로 향하여 제 1 프리즘 어레이(321)의 제 1 패싯(facet)에서 굴절되어 입체 영상을 형성하게 된다.
동시에 제 1 디스플레이(311)에서 제 1 광선(620)과 다른 방향으로 출력되는 제 2 광선(630)은 제 1 프리즘 어레이(321)의 일측으로 향하며 제 1 프리즘 어레이(321)의 제 2 패싯에서 굴절되어 입체 영상을 형성하게 된다.
이로 인해, 도 6b와 같이, 제 1 프리즘 어레이(321)의 제 1 패싯 및 제 2 패싯에서 굴절된 각 입체 영상에 따른 이중상이 발생하게 된다. 관찰자는 다면 공간 영상 투영 장치(30)의 중앙에 형성된 입체 영상 이외에 오른쪽에 수평 방향으로 압축되어 표현된 이중상이 함께 형성된 것을 관찰하게 된다.
이와 같이 보다 더 컴팩트한 다면 공간 영상 투영 장치(30)를 구성할 경우에 발생하는 이중상의 문제를 해결할 필요가 있다.
이중상을 제거하기 위한 방법으로서, 제 1 각도(500)를 크게 설정하는 것이 고려될 수 있다. 하지만, 이 경우, 입체 영상의 폭이 좁아지고, 시역이 줄어들게 되는 문제가 생긴다.
또한, 제 1 각도(500)가 커지면 제 2 각도(510)도 함께 커질 수 밖에 없기 때문에, 복수의 홀로그램 모듈을 이용한 컴팩트한 다면 공간 영상 투영 장치(30)를 구성하기 어려운 문제점이 있다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 복수의 디스플레이 각각에 시역 조절 필터가 추가로 설치될 수 있다. 예를 들어, 복수의 디스플레이 각각의 전면에 시역 조절 필터가 부착될 수 있다.
여기서, 시역 조절 필터는 디스플레이에서 출력된 홀로그램 영상의 광선 중 소정 범위의 각도로 출력되는 광선을 차단하는 필터이다.
예를 들어, 도 6c를 참조하면, 제 1 디스플레이(311)에서 제 1 디스플레이(311)의 정면 방향으로 출력되는 홀로그램 영상의 제 1 광선(620)은 시역 조절 필터를 통과하고, 제 1 프리즘 어레이(321)의 제 1 패싯(facet)에서 굴절되어 입체 영상을 형성하지만, 제 1 광선(620)과 다른 방향으로 출력되는 제 2 광선(630)은 시역 조절 필터에 의해 차단된다. 이 때, 관찰자는 도 6d와 같이, 이중상이 제거된 제 1 패싯에 의해 굴절된 입체 영상만을 관찰할 수 있다.
잠시, 도 7a 내지 도 7c를 참조하여 시역 조절 필터를 설명하기로 한다.
도 7a를 참조하면, 시역 조절 필터는 상면(701) 및 하면(703)을 포함하고, 상면(701) 및 하면(703)을 가로지르는 방향으로 연장된 복수의 배리어(711)를 포함할 수 있다.
복수의 배리어(711)는 하면(703)으로부터 상면(701)을 향해 수직 방향으로 돌출되어 있으며, 관찰자가 다면 공간 투영 영상 장치(30)를 바라볼 때 종방향을 따라 간격을 두고 배치될 수 있다.
복수의 배리어(711)의 높이(705)가 Ph이고, 복수의 배리어(711) 간의 배치 간격(707)이 Pw라고 할 때, 시역 조절 필터를 통과할 수 있는 홀로그램 영상의 광선의 통과 각도(709)는 수학식 1과 같다.
[수학식 1]
Figure 112017050051621-pat00001
도 7b를 참조하면, 시역 조절 필터는 복수의 배리어(711)의 높이 및 배치 간격(707) 중 적어도 하나를 변경함으로써 광선이 통과되는 각도 및 차단되는 각도를 조절할 수 있다. 예를 들면, 도면 부호 713은 복수의 배리어(711)의 제 1 배치 형태로서, 광선의 특정 각도 이내의 광선만을 통과시켜 특정 방향에서만 입체 영상을 볼 수 있다.
또한, 도면 부호 715는 복수의 배리어(711)의 제 2 배치 형태로서, 배리어(711)의 높이를 비교적 높게 설정함으로써 광선의 통과 각도를 좁게 조절할 수 있다.
또한, 도면 부호 717은 복수의 배리어(711)의 제 3 배치 형태로서, 배리어(711)의 높이를 낮게 설정함으로써 광선의 통과 각도를 넓게 조절할 수도 있다. 또한, 도면 부호 719 및 721와 같이, 복수의 배리어(711)의 배치 간격을 넓게 또는 좁게 설정함으로써 광선의 통과 각도를 넓게 또는 좁게 조절할 수도 있다.
도 7c를 참조하면, 디스플레이과 프리즘 어레이의 각도, 프리즘 어레이의 프리즘 꼭지각 등의 특성에 따라서 홀로그램 모듈의 좌우 시야각에 차이가 생길 수 있다. 이를 해결하기 위한 방법으로, 복수의 배리어(711)가 소정 각도(
Figure 112017050051621-pat00002
)로 기울어진 시역 조절 필터를 사용할 수 있다.
여기서, 복수의 배리어(711)는 소정 각도(
Figure 112017050051621-pat00003
)로 기울어져 돌출되어 있으며, 관찰자가 다면 공간 투영 영상 장치(30)를 바라볼 때 종방향을 따라 간격을 두고 배치될 수 있다.
복수의 배리어(711)가 경사진 상태로 배치되기 때문에 각 배리어(711)와 대략 평행을 이루는 광선만이 시역 조절 필터를 통과할 수 있다.
복수의 배리어(711)의 배치 간격(707)이 Pw이고, 높이(705)가 Ph이고, 각 배리어(711)의 기울어진 각도(713)가
Figure 112017050051621-pat00004
라고 하면, 시역 조절 필터를 통과하는 광선의 통과 각도는 수학식 2와 같다.
[수학식 2]
Figure 112017050051621-pat00005
따라서 시역 조절 필터는 복수의 배리어(711)의 높이(705), 배치 간격(707) 및 각도(배리어(711)의 기울어진 정도, 713)를 조절하여 광선의 출력 방향 및 통과 각도를 조절할 수 있게 된다.
다시 도 3으로 돌아오면, 입체 영상의 이중상을 제거하는 다른 방법으로서, 다면 공간 영상 투영 장치(30)의 복수의 디스플레이(310) 각각에 제 1 종의 편광 필름을 부착하고, 각 프리즘 어레이(230)의 제 1 패싯에 제 1 종의 편광 필름을 부착하고, 제 2 패싯에 제 2 종의 편광 필름을 부착함으로써 입체 영상의 이중상을 제거할 수 있다. 이 때, 제 2 종의 편광 필름은 제 1 종의 편광 필름과 수직인 편광 특성을 가지는 필름이다.
잠시 도 8을 참조하면, 제 1 디스플레이(311)의 화면에 제 1 종의 편광 필름(800)이 부착되고, 제 1 프리즘 어레이(321)의 복수의 패싯 중, 제 1 디스플레이(311)와 마주보고 있는 제 1 패싯(810)에 제 1 종의 편광 필름(800)이 부착되고, 제 1 패싯(810)와 반대 편의 제 2 패싯(820)에 제 1 종의 편광 필름(800)과 서로 직교하는 방향을 갖는 제 2 종의 편광 필름(850)이 부착될 수 있다.
여기서, 제 1 디스플레이(311)에서 홀로그램 영상을 출력하는 경우, 제 1 디스플레이(311)에서 출력된 홀로그램 영상의 제 1 광선(830)은 제 1 디스플레이(311)에 부착된 제 1 종의 편광 필름(800)을 통과하면서 특정 방향의 편광 특성을 갖게 된다. 제 1 프리즘 어레이(321)에 도달한 제 1 광선(830)은 제 1 패싯(810)에서 굴절되어 제 1 패싯(810)을 통과하게 된다. 이 때, 제 1 광선(830)의 이동 방향은 제 1 패싯(810)에 부착된 제 1 종의 편광 필름(800)과 같은 방향이기 때문에 제 1 광선(830)은 제 1 패싯(810)에 부착된 제 1 종의 편광 필름(800)을 그대로 통과하고, 제 1 광선(830)에 대응하는 입체 영상을 형성하게 된다.
하지만 제 1 디스플레이(311)에서 출력되는 복수의 광선 중 이중상 문제를 일으키는 제 2 패싯(820)으로 향하는 제 2 광선(840)은 제 2 패싯(820)에 부착된 제 2 종의 편광 필름(850)과 서로 직교하는 편광 특성을 가지기 때문에 통과하지 못하고 차단된다.
도 9a 내지 9b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 공간 영상 투영 장치의 구성 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9a를 참조하면, 종래에는 대형 프리즘 어레이(321) 및 대형 디스플레이(311)를 이용하여 대화면의 공간 영상 투영 장치를 제작하였다. 이러한 제작 방법은 대형 프리즘 어레이(321)의 제작상의 어려움 및 단가 상승, 대형 디스플레이(311)의 사용으로 인한 단가 상승, 대형 프리즘 어레이(321)와 대형 디스플레이(311) 간의 거리 증가로 인한 화질 저하 등의 문제를 가져왔고, 전체 공간 영상 투영 장치의 크기가 커지는 문제가 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 다면 공간 영상 투영 장치(30)의 각 프리즘 어레이에 대응하는 비교적 작은 디스플레이를 복수개 배치할 수 있다.
도 9b를 참조하면, 프리즘 어레이(321)에 대응하는 복수의 디스플레이(910, 920, 930)을 수평방향으로 연결하도록 다면 공간 영상 투영 장치(30)를 구성하는 경우, 도 9a와 같은 크기의 영상을 표현할 수 있으면서, 공간상에 투영되는 입체 영상의 화질 저하를 막을 수 있게 된다.
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.
30: 다면 공간 영상 투영 장치
300: 다각형 기둥 형상의 하우징
310: 복수의 디스플레이
320: 복수의 프리즘 어레이

Claims (20)

  1. 다면에서 홀로그램 영상의 관측이 가능한 다면 공간 영상 투영 장치에 있어서,
    복수의 측면과 상면 및 하면을 갖는 다각형 기둥 형상의 하우징;
    상기 하우징의 내부에 설치되고, 상기 복수의 측면에 대응하는 복수의 디스플레이; 및
    상기 복수의 측면에 형성되고, 상기 복수의 디스플레이 각각으로부터 출력된 홀로그램 영상의 광선을 굴절시켜 입체 영상을 상기 하우징 내부에 형성하는 복수의 프리즘 어레이를 포함하고,
    상기 복수의 디스플레이 각각은 대응하는 프리즘 어레이와 소정의 각도로 기울어지고,
    상기 복수의 디스플레이 각각은 홀로그램 영상의 광선 중 소정 범위의 각도로 출력되는 광선을 차단하는 시역 조절 필터를 포함하는 것인, 다면 공간 영상 투영 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 디스플레이는 제 1 디스플레이 및 상기 제 1 디스플레이와 이웃하는 제 2 디스플레이를 포함하고,
    상기 제 1 디스플레이의 일단과 타단을 연결하는 선은 상기 제 2 디스플레이를 통과하도록 상기 제 1 디스플레이와 상기 제 2 디스플레이가 배치되는 것인, 다면 공간 영상 투영 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 디스플레이는 제 1 디스플레이 및 상기 제 1 디스플레이와 이웃하는 제 2 디스플레이를 포함하고,
    상기 제 1 디스플레이의 일단과 타단을 연결하는 선은 상기 제 2 디스플레이를 통과하지 않도록 상기 제 1 디스플레이와 상기 제 2 디스플레이가 배치되는 것인, 다면 공간 영상 투영 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 디스플레이는 제 1 디스플레이를 포함하고,
    상기 복수의 프리즘 어레이는 상기 제 1 디스플레이로부터 출력된 홀로그램 영상의 광선을 굴절시켜 입체 영상을 형성하는 제 1 프리즘 어레이를 포함하고,
    상기 제 1 디스플레이의 일단과 상기 제 1 프리즘 어레이의 일꼭지점을 연결하는 선이 상기 제 1 프리즘 어레이의 면과 이루는 제 1 각도와 상기 제 1 디스플레이의 타단과 상기 제 1 프리즘 어레이의 타꼭지점을 연결하는 선이 상기 제 1 프리즘 어레이의 면과 이루는 제 2 각도는 동일한 것인, 다면 공간 영상 투영 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 디스플레이는 제 1 디스플레이를 포함하고,
    상기 복수의 프리즘 어레이는 상기 제 1 디스플레이로부터 출력된 홀로그램 영상의 광선을 굴절시켜 입체 영상을 형성하는 제 1 프리즘 어레이를 포함하고,
    상기 제 1 디스플레이의 일단과 상기 제 1 프리즘 어레이의 일꼭지점을 연결하는 선이 상기 제 1 프리즘 어레이의 면과 이루는 제 1 각도는 상기 제 1 디스플레이의 타단과 상기 제 1 프리즘 어레이의 타꼭지점을 연결하는 선이 상기 제 1 프리즘 어레이의 면과 이루는 제 2 각도보다 큰 것인, 다면 공간 영상 투영 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 측면은 5면이고,
    상기 복수의 프리즘 어레이는 상기 하우징의 5면을 형성하는 5개의 프리즘 어레이를 포함하고,
    상기 복수의 디스플레이는 상기 5개의 프리즘 어레이에 대응하는 5개의 디스플레이를 포함하는 것인, 다면 공간 영상 투영 장치.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 시역 조절 필터는 상면 및 하면을 포함하고, 상기 상면 및 하면을 가로지르는 방향으로 연장된 복수의 배리어
    를 포함하는 것인, 다면 공간 영상 투영 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 시역 조절 필터는 상기 복수의 배리어의 높이 및 배치 간격 중 적어도 하나를 변경함으로써 상기 소정 범위의 각도를 제어하도록 구성된 것인, 다면 공간 영상 투영 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 디스플레이 각각은 제 1 종의 편광 필름을 포함하는 것인, 다면 공간 영상 투영 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수의 프리즘 어레이의 각각에 있어서, 대응하는 디스플레이와 마주보는 제 1 패싯은 상기 제 1 종의 편광 필름을 포함하고, 제 2 패싯은 상기 제 1 종의 편광 필름과 수직인 편광 특성을 가지는 제 2 종의 편광 필름을 포함하는 것인, 다면 공간 영상 투영 장치.
  12. 다면에서 홀로그램 영상의 관측이 가능한 다면 공간 영상 투영 장치에 있어서,
    복수의 측면과 상면 및 하면을 갖는 다각형 기둥 형상의 하우징; 및
    상기 복수의 측면을 통해 입체 영상을 제공하는 복수의 홀로그램 모듈을 포함하고,
    상기 복수의 홀로그램 모듈 각각은 디스플레이 및 프리즘 어레이를 포함하고,
    상기 디스플레이는 상기 프리즘 어레이와 소정의 각도로 기울어지고,
    상기 디스플레이는 출력되는 홀로그램 영상의 광선 중 소정 범위의 각도로 입사된 광선을 차단하는 시역 조절 필터를 포함하는 것인, 다면 공간 영상 투영 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 디스플레이의 일단과 타단을 연결하는 선은 이웃하는 디스플레이를 통과하도록 상기 디스플레이가 배치되는 것인, 다면 공간 영상 투영 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 디스플레이의 일단과 타단을 연결하는 선은 이웃하는 디스플레이를 통과하지 않도록 상기 디스플레이가 배치되는 것인, 다면 공간 영상 투영 장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 디스플레이의 일단과 상기 프리즘 어레이의 일꼭지점을 연결하는 선이 상기 프리즘 어레이의 면과 이루는 제 1 각도와 상기 디스플레이의 타단과 상기 프리즘 어레이의 타꼭지점을 연결하는 선이 상기 프리즘 어레이의 면과 이루는 제 2 각도는 동일한 것인, 다면 공간 영상 투영 장치.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 디스플레이의 일단과 상기 프리즘 어레이의 일꼭지점을 연결하는 선이 상기 프리즘 어레이의 면과 이루는 제 1 각도는 상기 디스플레이의 타단과 상기 프리즘 어레이의 타꼭지점을 연결하는 선이 상기 프리즘 어레이의 면과 이루는 제 2 각도보다 큰 것인, 다면 공간 영상 투영 장치.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 복수의 측면은 5면이고,
    상기 복수의 홀로그램 모듈은 상기 하우징의 5면에 각각 대응하는 5개의 홀로그램 모듈을 포함하는 것인, 다면 공간 영상 투영 장치.
  18. 삭제
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 디스플레이는 제 1 종의 편광 필름을 포함하는 것인, 다면 공간 영상 투영 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 프리즘 어레이의 상기 디스플레이와 마주보는 제 1 패싯은 상기 제 1 종의 편광 필름을 포함하고, 제 2 패싯은 상기 제 1 종의 편광 필름과 수직인 편광 특성을 가지는 제 2 종의 편광 필름을 포함하는 것인, 다면 공간 영상 투영 장치.
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