KR102211618B1 - A retroreflective micromirror array for a 3-dimensional floating image - Google Patents
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Abstract
프레임; 상기 프레임의 일면에 배열되는 복수의 마이크로 반사체 구조물; 및 상기 반사체 구조물 표면에 형성된 보호층;을 포함하며, 상기 마이크로 반사체 구조물은 임의의 꼭지점으로부터 형성된 제1 포물선이 일 방향으로 신장된 제1 포물면과 상기 꼭지점으로부터 형성된 제2 포물선이 타 방향으로 신장된 제2 포물면으로 이루어진 반사면을 갖고, 상기 제1 및 제2 포물면은 각 포물면의 초점을 공유하고, 상기 꼭지점에서 상호 수직하며, 상기 보호층의 굴절률은 1 이상인 3차원 플로팅 이미지 구현 장치용 역반사 마이크로 미러 어레이가 제공된다. 본 발명의 일 측면에서 제공되는 3차원 플로팅 이미지 구현 장치용 역반사 마이크로 미러 어레이는 각종 영상장비에 적용되어 개선된 화질을 제공할 수 있으며, 보호층에 의하여 반사체 구조물의 보호가 가능하고, 광도를 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.frame; A plurality of micro reflector structures arranged on one surface of the frame; And a protective layer formed on the surface of the reflector structure, wherein the micro reflector structure includes a first parabola formed from an arbitrary vertex extending in one direction and a second parabolic surface formed from the vertex extending in the other direction. It has a reflective surface made of a second parabolic surface, the first and second parabolic surfaces share the focal point of each parabolic surface, are mutually perpendicular at the vertices, and the refractive index of the protective layer is 1 or more. A micro mirror array is provided. The retroreflective micromirror array for a device for realizing a 3D floating image provided in one aspect of the present invention can be applied to various imaging equipment to provide improved image quality, and the reflector structure can be protected by a protective layer, and the light intensity can be reduced. There is an effect that it can be improved.
Description
3차원 플로팅 이미지 구현 장치용 역반사 마이크로 미러 어레이에 관한 것이다.It relates to a retroreflective micromirror array for a device for realizing a 3D floating image.
3차원(3D) 이미지(image)를 구현하는 기술방식은 스테레오-스코픽 디스플레이방식과 3D 디스플레이 방식으로 나눌 수 있다. Technology methods for realizing a three-dimensional (3D) image can be divided into a stereo-scopic display method and a 3D display method.
스테레오-스코픽 디스플레이 방식 중 안경 방식은 안경을 착용해야 하고 이미지가 어둡고 특수 스크린이 필요하다는 단점이 있다. 또한, 무안경 방식은 안경을 착용하지 않는 대신 정해진 위치에서 관찰해야 하기 때문에 유효시야가 상당히 좁다는 단점이 있다. Among the stereo-scopic display methods, the glasses method has the disadvantage that glasses must be worn, the image is dark, and a special screen is required. In addition, the no-glasses method has a disadvantage in that the effective field of view is considerably narrow because it is necessary to observe from a predetermined position instead of wearing glasses.
한편, 3D 디스플레이 방식은 스테레오-스코픽 방식과 달리 이미지의 확인에 있어서 안경의 착용이 요구되지 않아 실제적인 관찰이 가능하며 추가적인 여러 장점을 가진다. 그 중, 체적형 디스플레이(Volumetric display) 방식은 가상현실이 아닌 실제 세계에 이미지가 놓여있게 되는 플로팅 이미지(floating image)를 나타내는데 이러한 3D 플로팅 이미지는 공중에 떠있는 실상이기 때문에 직접적으로 관찰하며 서로 상호작용이 가능하며, 매우 큰 각도로 이미지를 볼 수 있다는 장점이 있다. On the other hand, the 3D display method, unlike the stereo-scopic method, does not require wearing glasses to check an image, so that practical observation is possible and has additional advantages. Among them, the volumetric display method represents a floating image in which an image is placed in the real world, not in virtual reality. Since these 3D floating images are real images floating in the air, they are observed directly and mutually It can be operated and has the advantage of being able to see the image from a very large angle.
한편, 이미지 개선장치와 관련하여 한국등록특허 제10-0206689호(이하 '선행기술'이라 약칭함)는 코너 큐브가 면 배열된 평판으로서 각각의 코너 큐브에서 반사된 반사광이 입사광의 진행 방향을 역으로 되돌아 나가는 특성을 갖는 홀로그래픽 스크린이 개시되었다. 다만, 선행기술과 같이 체적형 디스플레이 방식을 구현하기 위해 코너 큐브 역반사체(Corner Cube Reflector: CCR)로 이루어진 어레이는 단순평면 육면체의 구성만으로 이루어져 있어 개별 CCR마다 회귀반사된 빛은 정초점이 존재하지 않으며, 가상 이미지(virtual image)가 선명하지 않고 뿌옇게 보이는 단점이 있다. On the other hand, with regard to the image enhancement device, Korean Patent Registration No. 10-0206689 (hereinafter abbreviated as'prior technology') is a flat plate in which the corner cubes are arranged, and the reflected light reflected from each corner cube reverses the direction of the incident light. A holographic screen having the property of returning to is disclosed. However, as in the prior art, in order to implement a volumetric display method, the array consisting of a corner cube reflector (CCR) consists only of a simple planar hexahedron, so the light reflected back for each CCR does not have a correct focus point. , There is a disadvantage that the virtual image is not clear and looks blurry.
본 발명의 일 측면에서의 목적은 포물면 형태의 반사체 구조물에 굴절률이 상이한 보호층을 형성함으로써, 반사면의 보호 및 부양영상의 광도 개선이 가능한 마이크로 미러 어레이를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a micromirror array capable of protecting a reflective surface and improving the light intensity of a buoyant image by forming a protective layer having a different refractive index on a parabolic reflector structure.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에서In order to achieve the above object, in one aspect of the present invention
프레임; 상기 프레임의 일면에 배열되는 복수의 마이크로 반사체 구조물; 및 상기 반사체 구조물 표면에 형성된 보호층;을 포함하며,frame; A plurality of micro reflector structures arranged on one surface of the frame; And a protective layer formed on the surface of the reflector structure,
상기 마이크로 반사체 구조물은 임의의 꼭지점으로부터 형성된 제1 포물선이 일 방향으로 신장된 제1 포물면과 상기 꼭지점으로부터 형성된 제2 포물선이 타 방향으로 신장된 제2 포물면으로 이루어진 반사면을 갖고,The micro-reflector structure has a reflective surface comprising a first parabolic surface in which a first parabolic formed from a vertex extends in one direction and a second parabolic surface in which a second parabolic formed from the vertex extends in the other direction,
상기 제1 및 제2 포물면은 각 포물면의 초점을 공유하고, 상기 꼭지점에서 상호 수직하며,The first and second parabolic surfaces share the focal point of each parabolic surface, and are mutually perpendicular at the vertices,
상기 보호층의 굴절률은 1 이상인 3차원 플로팅 이미지 구현 장치용 역반사 마이크로 미러 어레이가 제공된다.A retroreflective micromirror array for an apparatus for realizing a 3D floating image having a refractive index of the protective layer of 1 or more is provided.
본 발명의 일 측면에서 제공되는 3차원 플로팅 이미지 구현 장치용 역반사 마이크로 미러 어레이는 각종 영상장비에 적용되어 개선된 화질을 제공할 수 있으며, 보호층에 의하여 반사체 구조물의 보호가 가능하고, 광도를 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.The retroreflective micromirror array for a device for realizing a 3D floating image provided in one aspect of the present invention can be applied to various imaging equipment to provide improved image quality, and the reflector structure can be protected by a protective layer, and the light intensity can be reduced. There is an effect that it can be improved.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 역반사 마이크로 미러를 보여주는 모식도이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 역반사 마이크로 미러 어레이를 보여주는 모식도이고,
도 4는 본 발명의 실시예의 역반사 마이크로 미러 어레이의 구현 원리를 보여주는 모식도이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 곡률이 결합된 포물면 방식의 역반사 마이크로 미러 어레이를 보여주는 모식도이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 곡률이 결합된 포물면 방식의 역반사 마이크로 미러 어레이를 보여주는 평면도 및 측면도이고,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라서 보호층의 굴절률을 고려하여 설계하였는지 여부에 따른 역반사 마이크로 미러 어레이의 이미지 플로팅 결과를 나타내는 것이고,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 두 포물선이 수직으로 만났을 경우 및 그러지 않았을 경우 빛의 집광 여부를 보여주는 모식도이고,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 굴절률 n의 보호층이 적용되었을 경우의 초점거리 계산을 보여주는 모식도이고,
도 10은 본 발명의 일 실시예 및 일 비교예에 따라 보호층 유무에 따른 재귀반사의 과정을 보여주는 모식도이고,
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 미러 어레이의 설계를 보여주는 모식도이고,
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 미러 어레이의 포물선의 설계를 보여주는 모식도이고,
도 13은 본 발명의 일 실시예 및 일 비교예에 따라 보호층 유무에 따른 광도 개선 효과를 비교하여 보여주는 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다.1 and 2 are schematic diagrams showing a retroreflective micromirror according to an embodiment of the present invention,
3 is a schematic diagram showing a retroreflective micromirror array according to an embodiment of the present invention,
4 is a schematic diagram showing a principle of implementation of a retroreflective micromirror array according to an embodiment of the present invention,
5 is a schematic diagram showing a parabolic retroreflective micromirror array in which curvatures are combined according to an embodiment of the present invention,
6 is a plan view and a side view showing a parabolic retroreflective micromirror array in which curvature is combined according to an embodiment of the present invention.
7 shows an image plotting result of a retroreflective micromirror array according to whether or not it is designed in consideration of the refractive index of a protective layer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic diagram showing whether light is condensed when two parabolas meet vertically and when not, according to an embodiment of the present invention,
9 is a schematic diagram showing a focal length calculation when a protective layer having a refractive index n is applied according to an embodiment of the present invention,
10 is a schematic diagram showing a process of retroreflection according to the presence or absence of a protective layer according to an embodiment and a comparative example of the present invention,
11 is a schematic diagram showing a design of a micro mirror array according to an embodiment of the present invention,
12 is a schematic diagram showing a parabolic design of a micromirror array according to an embodiment of the present invention,
13 shows simulation results comparing and showing the effect of improving light intensity according to the presence or absence of a protective layer according to an embodiment and a comparative example of the present invention.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the contents described in the accompanying drawings. However, the present invention is not limited or limited by the exemplary embodiments. The same reference numerals shown in each drawing indicate members that perform substantially the same function.
본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해 질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. Objects and effects of the present invention may be naturally understood or more apparent by the following description, and the objects and effects of the present invention are not limited only by the following description. In addition, in describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.
본 발명의 일 측면에서In one aspect of the present invention
프레임; 상기 프레임의 일면에 배열되는 복수의 마이크로 반사체 구조물; 및 상기 반사체 구조물 표면에 형성된 보호층;을 포함하며,frame; A plurality of micro reflector structures arranged on one surface of the frame; And a protective layer formed on the surface of the reflector structure,
상기 마이크로 반사체 구조물은 임의의 꼭지점으로부터 형성된 제1 포물선이 일 방향으로 신장된 제1 포물면과 상기 꼭지점으로부터 형성된 제2 포물선이 타 방향으로 신장된 제2 포물면으로 이루어진 반사면을 갖고,The micro-reflector structure has a reflective surface comprising a first parabolic surface in which a first parabolic formed from a vertex extends in one direction and a second parabolic surface in which a second parabolic formed from the vertex extends in the other direction,
상기 제1 및 제2 포물면은 각 포물면의 초점을 공유하고, 상기 꼭지점에서 상호 수직하며,The first and second parabolic surfaces share the focal point of each parabolic surface, and are mutually perpendicular at the vertices,
상기 보호층의 굴절률은 1 이상인 3차원 플로팅 이미지 구현 장치용 역반사 마이크로 미러 어레이가 제공된다.A retroreflective micromirror array for an apparatus for realizing a 3D floating image having a refractive index of the protective layer of 1 or more is provided.
이하, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 역반사 마이크로 미러 어레이를 각 구성별로 상세히 설명한다.Hereinafter, a retroreflective micromirror array provided in an aspect of the present invention will be described in detail for each configuration.
먼저, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 역반사 마이크로 미러 어레이는 프레임 및 상기 프레임의 일면에 배열되는 복수의 마이크로 반사체 구조물을 포함한다.First, the retroreflective micromirror array provided in one aspect of the present invention includes a frame and a plurality of micro reflector structures arranged on one surface of the frame.
상기 프레임의 일면에 복수의 마이크로 반사체 구조물이 배열될 수 있다.A plurality of micro reflector structures may be arranged on one surface of the frame.
상기 마이크로 반사체 구조물은 임의의 꼭지점으로부터 형성된 제1 포물선이 일 방향으로 신장된 제1 포물면과 꼭지점으로부터 형성된 제2 포물선이 타 방향으로 신장된 제2 포물면으로 이루어진 반사면을 갖는다.The micro reflector structure has a reflective surface comprising a first parabolic surface in which a first parabolic formed from a vertex extends in one direction and a second parabolic surface in which a second parabolic formed from a vertex extends in the other direction.
상기 제1 포물면 및 제2 포물면은 프레임보다 작거나 같은 길이까지 신장될 수 있다.The first and second parabolic surfaces may extend to a length less than or equal to the frame.
상기 제1 및 제2 포물면은 영상 초점을 공유할 수 있다. 이를 도 2에서 확인할 수 있다.The first and second parabolic surfaces may share an image focus. This can be seen in FIG. 2.
일 실시예에서, 제1 포물면으로 입사된 광은 영상 초점으로 집속될 수 있다. 또한, 제2 포물면으로 입사된 광은 영상 초점으로 집속될 수 있다. 이처럼 2 개의 포물면으로 구성된 반사면은 각각의 포물면이 영상 초점을 공유할 수 있다. 즉, 동일한 반사면에 포함된 각 포물면으로 입사된 광이 역반사되어 동일한 지점으로 영상 초점이 형성되어, 플로팅 이미지를 나타내는 경우 이미지의 화질이 향상될 수 있다.In an embodiment, light incident on the first parabolic surface may be focused to the image focus. Also, light incident on the second parabolic surface may be focused to the image focal point. In this way, in the reflective surface composed of two parabolic surfaces, each parabolic surface can share an image focus. That is, light incident on each parabolic surface included in the same reflective surface is retroreflected to form an image focal point at the same point, so that when a floating image is displayed, image quality may be improved.
상기 제1 및 제2 포물면은 꼭지점에서 상호 직교한다. 도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 반사면의 단면은 상이한 포물선이 꼭지점에서 교차함을 확인할 수 있다. 즉, 상이한 2개의 포물면을 포함하는 반사면에서는 포물면이 접하는 부분이 접점이 아닌 접선을 유지하게 되며, 해당 접선에서 각 포물면의 단면은 제1 포물선 및 제2 포물선이 꼭지점에서 수직상태로 만나는 것을 확인할 수 있다.The first and second parabolic surfaces are orthogonal to each other at a vertex. It can be seen that the cross sections of the reflective surfaces shown in FIGS. 1, 2, and 3 intersect different parabolic lines at the vertices. In other words, in the reflective surface including two different parabolic surfaces, the part in contact with the parabolic surface maintains a tangent line rather than a contact point, and the cross section of each parabolic surface at the corresponding tangent line confirms that the first and second parabola meet vertically at the vertex I can.
포물면의 기본적인 성질은 초점에서 나온 빛이 평행광으로 반사되어 나오거나 입사된 평행광을 초점에 모으는 것이다. 하지만 두 포물면이 초점을 공유하더라도 마주보지 않으면 초점으로 빛이 돌아오질 않게 되며, 공유된 초점 조건에서 다시 돌아오는 조건은 두 포물선이 반드시 마주봐야 한다. 이를 도 8을 통하여 확인할 수 있다. 이와 같이 두 포물선이 마주하는 경우 교차점에서의 각도가 자연스럽게 수직이 되게 된다.The basic property of a parabolic surface is that the light from the focal point is reflected as parallel light, or the incident collimated light is collected into the focus. However, even if the two parabolic planes share the focal point, if they do not face each other, the light does not return to the focal point, and the condition to return from the shared focal condition is that the two parabolas must face each other. This can be confirmed through FIG. 8. In this way, when the two parabolic lines face each other, the angle at the intersection is naturally perpendicular.
상기 프레임은 평면 형태 또는 곡면 형태로 제공될 수 있다.The frame may be provided in a flat or curved shape.
또한, 상기 프레임은 원기둥 또는 타원기둥의 곡면 형태로 제공될 수 있다.In addition, the frame may be provided in the shape of a cylindrical or elliptical cylindrical curved surface.
또한, 상기 프레임이 곡면 형태로 제공되며, 상기 곡면의 중심에서부터 상기 광원까지의 거리 및 상기 광원이 역반사된 초점까지의 거리가 동일하게 설정될 수 있다.In addition, the frame is provided in a curved shape, and a distance from the center of the curved surface to the light source and a distance to a focal point at which the light source is retroreflected may be set equally.
또한, 상기 곡면의 중심에서부터 상기 광원까지의 거리 및 상기 광원이 역반사된 초점까지의 거리는 상기 곡면의 곡률반경과 동일하게 설정될 수 있다.In addition, a distance from the center of the curved surface to the light source and a distance to a focal point from which the light source is retroreflected may be set equal to the radius of curvature of the curved surface.
다음으로, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 역반사 마이크로 미러 어레이는 상기 반사체 구조물 표면에 형성된 보호층을 포함한다.Next, the retroreflective micromirror array provided in one aspect of the present invention includes a protective layer formed on the surface of the reflector structure.
상기 보호층의 굴절률은 1 이상일 수 있다.The refractive index of the protective layer may be 1 or more.
상기 보호층의 굴절률이 1 이상이 됨에 따라, 프레임에 대하여 수직에 가깝게 입사할 수 있으며, 이 경우 빛의 최대 수광 각도가 개선되므로, 보호층이 없는 경우에 비하여 광도가 향상될 수 있다.As the refractive index of the protective layer becomes 1 or more, it may be incident to the frame close to perpendicular, and in this case, the maximum light-receiving angle of light is improved, and thus the luminous intensity may be improved compared to the case without the protective layer.
즉, 도 10의 좌측 도면을 통하여 확인할 수 있는 바와 같이, 보호층이 형성되지 않은 경우 수직에 가깝게 입사한 빛은 RRMA의 가장자리에 입사 시 2번째 반사면에서 반사가 가능하지만, 경사각이 일정한 한계를 넘어 입사되는 경우, 재귀 반사가 일어나지 않게 된다.That is, as can be seen through the left drawing of FIG. 10, when the protective layer is not formed, light incident close to the vertical can be reflected from the second reflective surface when incident on the edge of the RRMA, but the inclination angle has a certain limit. In the case of incident beyond, retroreflection does not occur.
반면, 도 10의 우측 도면과 같이 굴절률을 가지는 보호층 물질을 적용하면, 적절한 범위에서 재귀 반사 각도와 범위 영역을 확장하게 되며, 굴절율에 따라 변화하지만, 5% 내지 15% 정도의 효율 개선을 얻을 수 있다.On the other hand, when a protective layer material having a refractive index as shown in the right drawing of FIG. 10 is applied, the retroreflective angle and the range area are expanded within an appropriate range, which varies depending on the refractive index, but an efficiency improvement of about 5% to 15% is obtained. I can.
보호층의 적용으로 인하여 그 굴절률이 증가함에 따라, 스넬의 법칙에 의하여 빛의 진행방향이 변경될 수 있으며, 이에 따라 상기 빛이 모이는 초점의 위치가 변경될 수 있다.As the refractive index increases due to the application of the protective layer, the traveling direction of light may be changed according to Snell's law, and accordingly, the position of the focal point at which the light is collected may be changed.
예를 들어, 상기 보호층의 굴절률이 n이라고 한다면, 포물선의 준선 값이 2p' 일 때 빛이 역반사되어 모이는 초점은 꼭지점으로부터 2p'/n의 위치에 형성될 수 있다.For example, if the refractive index of the protective layer is n, when the parabola has a quasi-linear value of 2p', the focal point at which light is reflected back and gathered may be formed at a position of 2p'/n from the vertex.
상기 보호층의 두께는 상기 반사체 포물면 사이의 틈을 충분히 채울 수 있는 두께임이 바람직하고, 덜 채워지는 경우 반사체의 보호 및 광도 개선 효과를 충분히 얻을 수 없다는 문제점이 있다.The thickness of the protective layer is preferably a thickness that can sufficiently fill the gaps between the reflector parabolic surfaces, and if it is less filled, there is a problem that the effect of sufficiently protecting the reflector and improving light intensity cannot be sufficiently obtained.
보호층의 두께가 두꺼워지는 경우, 빛의 투과율이 낮아질 수 있다는 문제점이 있으며, 보호층의 투명도가 높다면 투과도 측면에서 두께가 두꺼워지는 것은 크게 문제되지 않으나, 재료가 낭비되며 중량이 무거워진다는 점에서 비효율적이라는 문제가 있다.When the thickness of the protective layer becomes thick, there is a problem that the transmittance of light may be lowered, and if the transparency of the protective layer is high, it is not a problem that the thickness becomes thick in terms of transmittance, but the material is wasted and the weight becomes heavy. There is a problem that it is inefficient in
상기 보호층은 반사체 구조물을 물리적, 화학적으로 보호함으로써, 반사체 구조물의 손상을 방지할 수 있고, 반사체 구조물의 수명을 향상시킬 수 있다.The protective layer physically and chemically protects the reflector structure, thereby preventing damage to the reflector structure and improving the lifespan of the reflector structure.
상기 보호층은 투명한 광학 소재면 제한되지 않고 사용될 수 있으며, 예를 들어, 플라스틱 렌즈의 소재로서 CR-39, 아크릴, 폴리카보네이트 또는 PS 등이 사용될 수 있다.The protective layer may be used without limitation as long as it is a transparent optical material, and for example, CR-39, acrylic, polycarbonate, or PS may be used as a material for a plastic lens.
이하, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 역반사 마이크로 미러 어레이의 설계 원리를 상세히 설명한다.Hereinafter, a design principle of a retroreflective micromirror array provided in an aspect of the present invention will be described in detail.
상기 프레임은 원기둥 또는 타원기둥의 곡면 형태일 경우, 곡면의 곡률반경이 R이라면, 상기 포물선은 하기 수학식 1을 이용하여 설계될 수 있다.When the frame has a curved shape of a cylinder or an elliptical cylinder, if the radius of curvature of the curved surface is R, the parabolic may be designed using
<수학식1><
d = 2p'/n = Rd = 2p'/n = R
여기서 d는 '광원에서 영상 초점까지의 진행경로의 반'을 의미하며, 도 4에서는 곡면의 중심에서 광원까지의 거리에 해당한다.Here, d means'half the path of progress from the light source to the focus of the image', and in FIG. 4, it corresponds to the distance from the center of the curved surface to the light source.
또한, 2p'은 설계된 포물선의 준선 값에 해당한다.Also, 2p' corresponds to the quasi-linear value of the designed parabola.
즉, 설계된 포물선의 준선 값을 n으로 나눈 값이 d 및 R과 일치하도록 설계되어야 하는 것이다.That is, the value obtained by dividing the quasi-linear value of the designed parabola by n should be designed to coincide with d and R.
이를 상세히 설명하면, 회귀광의 상하방향의 재집광을 위한 진행방향과 거리는 반사체의 곡면중심에서 광원까지의 거리가 기준이며, 이는 좌우방향의 회귀와 정확하게 결맞아야 한다.To explain this in detail, the traveling direction and distance for recondensing of the return light in the vertical direction is based on the distance from the center of the curved surface of the reflector to the light source, and this must be accurately matched with the return in the left and right directions.
상하방향의 재집광은 타원(이중 초점)의 성질을 이용하여 광원의 빛을 다른 초점에 모으는 원리인데, 다만, 이중초점이 가까운 경우 제작상의 편의를 위하여 원으로 근사할 수 있으므로, 타원의 곡률을 원기둥 곡률 R로 근사시켜 적용할 수 있다.Re-condensing in the vertical direction is a principle of collecting light from a light source at a different focus by using the property of an ellipse (double focus). It can be applied by approximating it with the cylindrical curvature R.
이 때, 이중 초점 간에 광선의 이동거리를 최적으로 설계하기 위하여는 d = R인 조건을 만족하여야 한다.At this time, in order to optimally design the moving distance of the light beam between the bifocals, the condition of d = R must be satisfied.
또한, 앞서 설명한 바와 같이, 좌우방향의 재집광은 초점에서 나온 빛이 평행광으로 반사되어 나오거나 입사된 평행광을 초점이 모이는 포물선의 성질을 이용하여, 기 설정된 초점거리에 빛을 모으는 원리이다.In addition, as described above, recondensing in the left and right directions is a principle of collecting light at a preset focal length using the property of a parabolic in which light from the focus is reflected as parallel light or the incident parallel light is focused. .
따라서, 상하방향의 회귀는 좌우방향의 회귀와도 결맞아야 하므로, 좌우방향의 재집광에 따른 초점거리와 상하방향 재집광에 따라 설정된 d 및 R이 일치하여야 한다.Therefore, since the regression in the vertical direction should be consistent with the recursion in the left and right directions, the focal length according to the recondensation in the left and right direction and d and R set according to the recondensation in the vertical direction must match.
다만, 도 9에서 확인할 수 있는 바와 같이, 보호층의 적용으로 인하여 그 굴절률이 증가함에 따라, 스넬의 법칙에 의하여 빛의 진행방향은 변경되게 되며, 이에 따라 설계되어야 하는 포물면의 준선 값 또한 변경되게 된다.However, as can be seen in FIG. 9, as the refractive index increases due to the application of the protective layer, the light traveling direction is changed according to Snell's law, and the parabolic value of the parabolic surface to be designed is changed accordingly. do.
포물선의 준선 값을 2p' = 2np로 설정한다면, 보호층이 없다면(즉 굴절률은 1)에 빛이 모이는 초점은 2np의 거리에 위치하겠지만, 굴절률 n인 보호층이 적용되었을 때에는, 그 진행 경로가 변경됨에 따라 2p의 위치에 초점이 위치하게 된다. 즉, 굴절률 n을 고려하여, 설정한 초점거리의 n배가 되는 포물선의 준선 값을 갖도록 포물면을 설계하여야 하며, 예를 들어 초점이 2p의 위치에 형성되기 위해서는 포물선의 준선 값 2p' = 2np가 되도록 포물면을 설계하여야 한다.If you set the parabolic parabola's parabolic value to 2p' = 2np, if there is no protective layer (i.e., the refractive index is 1), the focus of light will be at a distance of 2np, but when a protective layer with a refractive index of n is applied, the path As it changes, the focus is located at the position of 2p. That is, in consideration of the refractive index n, the parabolic surface should be designed to have a parabolic parabolic value that is n times the set focal length.For example, to form a focal point at the position of 2p, the parabolic
따라서, 상기 수학식 1과 같이, d = R = 초점거리를 만족하여야 하며, 포물선의 준선 값이 2p'이라면 초점거리는 2p'/n 이므로, d = R = 2p'/n 을 만족하여야 한다.Therefore, as shown in
즉, 보호층의 굴절률 n을 고려하여 포물선을 설계하여 좌우방향의 회귀를 고려하고, 이를 상하방향의 회귀와도 일치시킬 수 있도록 프레임의 곡면을 설정함으로써, 화질 및 광도가 개선된 3차원 플로팅 이미지를 얻을 수 있다.That is, a 3D floating image with improved image quality and luminosity by designing a parabola in consideration of the refractive index n of the protective layer to consider the regression in the left and right directions, and setting the curved surface of the frame to match the regression in the vertical direction. Can be obtained.
<실시예 1> 역반사 마이크로 미러 어레이의 제조 1<Example 1>
곡면 형태의 프레임의 일면에 배열되는 복수의 마이크로 반사체 구조물을 형성하였고, 상기 반사체 구조물 표면에 보호층을 형성하였다.A plurality of micro reflector structures arranged on one surface of the curved frame was formed, and a protective layer was formed on the surface of the reflector structure.
반사체의 중심에서 광원까지의 거리 d = 200 mm로 설정하였으며, 이는 곡면의 곡률 R과 동일하게 설정하였다.The distance from the center of the reflector to the light source was set to d = 200 mm, which was set equal to the curvature R of the curved surface.
상기 마이크로 반사체 구조물은 초점을 공유하며 일 꼭지점에서 상호 수직하는 두 포물면을 포함하며, 상기 보호층의 굴절률 n은 1보다 큰 값인 1.3으로 설정하였으며, 초점거리 2p = 200 mm로 설정한 후, 보호층을 고려하여 포물선의 준선 값 2p' = 260 mm 으로 적용하여 설계하였다.The micro reflector structure includes two parabolic surfaces that share a focal point and are perpendicular to each other at one vertex, and the refractive index n of the protective layer is set to 1.3, which is a value greater than 1, and the focal length is set to 2p = 200 mm, and then the protective layer Considering the parabolic line, the parabola was designed by applying 2p' = 260 mm.
즉 d = 2p'/n = R을 만족하도록 설계하였다. 이는 도 11 및 도 12를 통하여 이해할 수 있다.That is, it was designed to satisfy d = 2p'/n = R. This can be understood through FIGS. 11 and 12.
<실시예 2> 역반사 마이크로 미러 어레이의 제조 1<Example 2>
상기 실시예 1과 동일하게 역반사 마이크로 미러 어레이를 제조하되, 보호층을 고려하여 포물선을 설계하지 않고, 포물선의 준선 값을 초점거리 2p = 200 mm 와 동일한 값으로 설정하여 설계하였다.A retroreflective micromirror array was manufactured in the same manner as in Example 1, but the parabolic was not designed in consideration of the protective layer, and the parabolic was designed by setting the parabola to a value equal to the
<비교예 1> 보호층이 없는 역반사 마이크로 미러 어레이의 제조<Comparative Example 1> Preparation of retroreflective micromirror array without protective layer
상기 실시예 2와 동일하게, 포물선의 준선 값을 초점거리 2p = 200 mm 와 동일한 값으로 설정하여 설계하되, 보호층을 형성하지 않았다.In the same manner as in Example 2, the parabola was designed by setting the parabola to a value equal to the
<실험예 1><Experimental Example 1>
실시예 1 및 실시예 2에 대한 역반사 마이크로 미러 어레이의 이미지 플로팅 결과를 도 7에 나타내었다.Fig. 7 shows the image plotting results of the retroreflective micromirror arrays for Examples 1 and 2.
도 7에서 확인할 수 있는 바와 같이, 보호층의 굴절률 n을 고려하여 역반사 마이크로 미러 어레이를 설계하는 경우 화질이 현저히 개선되는 것을 확인할 수 있다.As can be seen in FIG. 7, when designing the retroreflective micromirror array in consideration of the refractive index n of the protective layer, it can be seen that image quality is remarkably improved.
<실험예 2><Experimental Example 2>
실시예 1 및 비교예 1에 대하여 형성초점에 형성된 수신면 입사 광선의 수(샘플 수)를 시뮬레이션 결과로 확인하여 도 13에 나타내었다.For Example 1 and Comparative Example 1, the number (number of samples) of incident rays on the receiving surface formed at the formation focus was confirmed as a simulation result, and is shown in FIG. 13.
도 13에서 확인할 수 있는 바와 같이, 보호층이 있는 경우, 보호층이 없는 경우에 비하여 샘플 수가 3000 이상 증가되었는 바, 광도가 개선되었음을 확인할 수 있다.As can be seen in FIG. 13, when the protective layer is present, the number of samples is increased by 3,000 or more compared to the case without the protective layer, and thus it can be seen that the luminous intensity is improved.
Claims (7)
상기 마이크로 반사체 구조물은 임의의 꼭지점으로부터 형성된 제1 포물선이 일 방향으로 신장된 제1 포물면과 상기 꼭지점으로부터 형성된 제2 포물선이 타 방향으로 신장된 제2 포물면으로 이루어진 반사면을 갖고,
상기 제1 및 제2 포물면은 각 포물면의 초점을 공유하고, 상기 꼭지점에서 상호 수직하며,
상기 보호층의 굴절률은 1 이상이고,
상기 프레임은 곡면 형태로 제공되며, 상기 곡면의 중심에서 광원까지의 거리 및 상기 곡면의 중심에서 상기 광원이 역반사된 초점까지의 거리가 동일하며,
상기 곡면의 중심에서 광원까지의 거리 및 상기 곡면의 중심에서 상기 광원이 역반사된 초점까지의 거리는 상기 곡면의 곡률반경과 동일한,
3차원 플로팅 이미지 구현 장치용 역반사 마이크로 미러 어레이.
frame; A plurality of micro reflector structures arranged on one surface of the frame; And a protective layer formed on the surface of the reflector structure,
The micro reflector structure has a reflective surface comprising a first parabolic surface in which a first parabola formed from an arbitrary vertex extends in one direction and a second parabolic surface in which a second parabola formed from the vertex extends in another direction,
The first and second parabolic surfaces share the focal point of each parabolic surface and are mutually perpendicular at the vertex,
The refractive index of the protective layer is 1 or more,
The frame is provided in a curved shape, and the distance from the center of the curved surface to the light source and the distance from the center of the curved surface to the focal point at which the light source is retroreflected are the same,
The distance from the center of the curved surface to the light source and the distance from the center of the curved surface to the focal point at which the light source is retroreflected are the same as the radius of curvature of the curved surface,
Retroreflective micromirror array for 3D floating image realization device
상기 제1 포물선 및 제2 포물선의 준선 값이 2p'이고, 상기 보호층의 굴절률이 n일 때,
상기 꼭지점으로부터 2p'/n의 위치에 빛이 역반사되어 모이는 초점이 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 플로팅 이미지 구현 장치용 역반사 마이크로 미러 어레이.
The method of claim 1,
When the quasi-linear value of the first and second parabola is 2p', and the refractive index of the protective layer is n,
A retro-reflective micromirror array for a device for realizing a three-dimensional floating image, characterized in that a focal point is formed by retro-reflecting light at a position of 2p'/n from the vertex.
상기 곡면은 원기둥 또는 타원 기둥의 곡면 형태인 것을 특징으로 하는 3차원 플로팅 이미지 구현 장치용 역반사 마이크로 미러 어레이.
The method of claim 1,
The curved surface is a retro-reflective micromirror array for a three-dimensional floating image realization apparatus, characterized in that the curved surface shape of a cylinder or an elliptical column.
상기 3차원 플로팅 이미지 구현 장치용 역반사 마이크로 미러 어레이는 하기 수학식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 3차원 플로팅 이미지 구현 장치용 역반사 마이크로 미러 어레이
<수학식 1>
R = 2p'/n = d
(상기 R은 상기 곡면의 곡률반경이고,
상기 2p'은 상기 제1 포물선 및 제2 포물선의 준선 값이고,
상기 n은 상기 보호층의 굴절률이고,
상기 d는 상기 곡면의 중심에서 상기 광원까지의 거리 또는 상기 곡면의 중심에서 상기 광원이 역반사된 초점까지의 거리이다).
The method of claim 1,
The retroreflective micromirror array for the device for realizing a 3D floating image satisfies Equation 1 below.
<Equation 1>
R = 2p'/n = d
(The R is the radius of curvature of the curved surface,
2p' is a semilinear value of the first and second parabolics,
N is the refractive index of the protective layer,
D is a distance from the center of the curved surface to the light source or a distance from the center of the curved surface to a focal point at which the light source is retroreflected).
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2019
- 2019-07-26 KR KR1020190090947A patent/KR102211618B1/en active Active
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