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혼성-병풍형 구조의 재귀반사 거울 배열판을 이용한 부양영상 개선 분석
Analysis of Quality Improvement of a Floating Image Using a Hybrid Retroreflective Mirror Array Sheet 원문보기

한국광학회지 = Korean journal of optics and photonics, v.30 no.4, 2019년, pp.142 - 145  

유동일 (인하대학교 정보통신공학과, 고성능 LED 조명모듈 핵심기술 연구센터) ,  백영재 (인하대학교 정보통신공학과, 고성능 LED 조명모듈 핵심기술 연구센터) ,  용현중 (인하대학교 정보통신공학과, 고성능 LED 조명모듈 핵심기술 연구센터) ,  오범환 (인하대학교 정보통신공학과, 고성능 LED 조명모듈 핵심기술 연구센터)

초록
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일반적으로 체적형 방식의 디스플레이에는 큐브-모서리 재귀반사(corner cube retroreflector, CCRR)시트와 반투과 거울판이 사용되며, 이는 광원의 빛을 재귀반사시켜 부양영상(floating image)을 만든다. 이러한 기존 CCRR 방식은 광원의 강도를 1/4로 줄이는 반투막 투과 2회의 광손실과 각 단위 CCRR 크기에 의한 영상의 퍼짐 현상이 있다. 본 연구진이 제안하는 '혼성-병풍형' 구조 재귀반사(hybrid-t(transverse directional)-RRMA)는 광퍼짐을 최소화하여 부양영상의 품질을 향상시킬 뿐만 아니라, 광도를 4배로 높이며, 제작상의 편리함도 제공한다. '선형 v자 홈' (linear v-shaped groove)을 '포물선 v자 홈' (parabolic v-shaped groove)모양으로 조절한 재귀반사로 영상의 퍼짐을 개선하여 부양영상을 최적화하였고, '평면(flat wall) 재귀반사' 대신 '곡면(curved planar wall)-재귀반사' 구조를 적용한 '곡면-병풍형-재귀반사판'을 사용하여 반투과 거울판을 없애 반투막에 의한 광손실을 개선하고, 시스템을 단순화하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Normally, a corner cube retroreflector (CCRR) sheet is used as a retroreflective mirror array (RRMA) in a volumetric display. Each CCRR unit reflects light in the retroreflective direction, which is parallel to the incident light, and it makes a blurred image, as it shifts the position of light with...

주제어

#부양영상   #재귀반사판   #포물선  

표/그림 (3)

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

제안 방법

  • ‘병풍형’ 구조와 ‘포물선 v홈 모양’을 적용한 각 단계마다 의 부양 결상의 정량적 분석을 위하여 광원과 재귀반사판, 그리고 부양영상이 형성될 결상면까지의 거리는 각각 2p (= 200 mm), 광원과 결상 크기는 40 × 40 mm2 , 발산각 7°로 설정하여 설계하고, 전산모사를 진행하였다. 그림 3에는 ‘곡면병풍형’ 구조를 기준으로 Iv 크기에 따른 준가우시안 광퍼짐 변화(σx와 σy)를 구하여 나타내었다.
  • ‘기존 CCRR판’ 방식의 경우 반투과거울막 사용이 필수적이고, 부양 결상 선명도가 떨어지는 문제를 내포하고 있다. 개선안으로 제안하는 ‘곡면-병풍형 재귀반사’ 방식의 개선효과를 파악하고, 단위구조의 Iv 크기에 의존하는 선명도를 정량화하였고, 추가적인 ‘포물선 v홈 모양’의 적용을 통해 Iv 크기의 영향을 최소화하여, 부양결상 선명도를 대폭 개선하는 ‘혼성-병풍형 재귀반사’ 구조를 제안, 설계, 및 검증하였다.
  • 본 논문에서 비교할 기준 구조와 제안 구조는, ‘기존 CCRR 판’ 방식과 구분하여, 병풍 구조를 적용하는 ‘병풍형 재귀반사(t-RRMA)’방식으로 명명하며, 이 ‘병풍형’ 구조는 ‘평면-병풍형’ (flat wall-t)과 ‘곡면-병풍형’ (curved planar wall-t)으로 구분한다. 단, 병풍형 구조가 제대로 동작하기 위해서는 ‘곡면-병풍형’이 필수적임에 유의하자.
  • 그림 1(b)의 최적 영상 이미지는 두 가지 방식(‘선형 홈 모양의 곡면-병풍형 재귀반사’와 ‘혼성 병풍형 재귀반사’ 두 방식)으로 구현이 가능하였으며, 그 중에 ‘선형 홈 모양의 곡면-병풍형 재귀반사’의 경우에는, 단위 재귀반사거울 크기가 수십 미크론 단위까지 작아져야 하였으므로, 실제로는 거울면 제작 공정상의 어려움이 대단히 크다. 본 연구진이 제안한 개선 방안은, 병풍형 곡면거울의 이중촛점 방식을 적용하는 것과, 포물경 재귀반사를 중첩적용하여 해상도를 개선하는 것이므로, ‘선형 홈 모양의 곡면-병풍형 재귀반사’의 영상구현에 있어서 단위거울띠 크기 의존성을 확인하며, 포물경 재귀반사를 함께 적용한 ‘혼성-병풍형 재귀반사’ 방식의 성능과도 비교하며, 각 방식의 영상개선 효과를 분석하고자 한다.
  • 또한 부양 결상을 구현하기 위해서는 반투과거울판(half mirror)이나 광분리기(beam splitter)를 통해 재귀 반사/투과광의 경로조절이 반드시 필요하며, 2회의 필연적 투과/반사에 의한 광도의 저하가 수반된다. 이러한 단점을 개선하기 위해, 단순평면 형태의 CCRR 방식을 대신하여, 타원 및 포물면의 대칭 초점 집광반사를 이용하기 위한 세로축 방향의 ‘곡면(curved planar wall) 병풍형’ 구조 적용 방안과 ‘포물선 v자 홈’ 모양을 동시에 적용하는 ‘혼성병풍형’ 구조의 재귀반사(hybrid-t-RRMA)를 제안하였고, 그 이미지 결상 확인을 위해 전산모사를 진행하였다. 기존 ‘CCRR반사판’ 방식과 비교하여, 중간단계 방식(곡면 병풍형 재귀반사, 곡면벽과 선형 v홈 모양(linear v-shaped groove) t-rr)이 개선된 결과를 보였고, 최종적인 ‘혼성 병풍형’ 재귀반사 방식(곡면벽과 포물선 v홈 모양(parabolic v-shaped groove) t-rr)이 가장 개선된 부양영상을 제공하였다.
  • 재귀반사를 이용하는 체적형 디스플레이 방식 기술 중 ‘기존 CCRR판’ 방식과 ‘병풍형’ 개선구조의 특성 및 장단점을 파악하였다. ‘기존 CCRR판’ 방식의 경우 반투과거울막 사용이 필수적이고, 부양 결상 선명도가 떨어지는 문제를 내포하고 있다.

데이터처리

  • 본 연구는 제기한 이론의 타당성 검증을 위해 광선추적 (ray tracing) 기반의 Light-tools 전산모사를 이용하여 기존 부양영상의 개선결과 뿐 아니라 정량적인 개선지표로서 광퍼짐(σ)도 비교 분석하였다. 다양한 크기와 조건의 병풍형 재귀반사 방식에 대해 부양영상의 선명함이 달라짐을 확인하였고, 이는 정량화된 분석 결과와 일치한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
3D 영상을 구현하는 기술방식으로 인해 나누어지는 2가지 방법은 무엇인가? 3D 영상을 구현하는 기술방식은 스테레오-스코픽 디스플 레이 방식과 3D 디스플레이 방식으로 나눌 수 있다. 3D 디스플레이 방식 중에서도 체적형 방식 디스플레이(volumetric display)는 영상 평면이 아닌 실제 공간에 영상이 놓여있게 되는 부양영상을 나타내는데, 공중에 떠있는 실상이기 때문에 직접적으로 관찰하고 서로 상호작용이 가능하며, 매우 큰 각도로 그 이미지를 볼 수 있다는 장점이 있다.
체적형 방식 디스플레이(volumetric display)의 특징은 무엇인가? 3D 영상을 구현하는 기술방식은 스테레오-스코픽 디스플 레이 방식과 3D 디스플레이 방식으로 나눌 수 있다. 3D 디스플레이 방식 중에서도 체적형 방식 디스플레이(volumetric display)는 영상 평면이 아닌 실제 공간에 영상이 놓여있게 되는 부양영상을 나타내는데, 공중에 떠있는 실상이기 때문에 직접적으로 관찰하고 서로 상호작용이 가능하며, 매우 큰 각도로 그 이미지를 볼 수 있다는 장점이 있다. 이러한 장점 을 응용해 3D 부양영상은 다양하게 응용될 수 있다.
재귀반사(retroreflector, rr)를 이용하는 기술의 단점은 무엇인가?  각각의 CCRR이나 병풍형 재귀반사(t-rr) 단위구조체는 단순 평면 정육면체의 구석면이나 서로 수직한 모서리면으로 이루어져 있기 때문에 개별 단위구조체에서 재귀 반사된 빛은 정초점이 존재하지 않는다. 따라서 부양 결상이 그리 선명하지 않게 보이는 단점이 있다. 또한 부양 결상을 구현하기 위해서는 반투과거울판(half mirror)이나 광분리기(beam splitter) 를 통해 재귀 반사/투과광의 경로조절이 반드시 필요하며, 2회의 필연적 투과/반사에 의한 광도의 저하가 수반된다.
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