머나먼 별 기지에서 늠름한 영웅이 제어판의 버튼을 누르면 설계도가 공중에 나타납니다. 영묘한 디스플레이에 손가락을 능숙하게 대고 영웅은 에너지 보호막을 차단하고 비밀 임무를 수행합니다. 공상 과학 소설을 본 적이 있다면 아마도 이런 종류의 시나리오에 익숙할 것입니다. 그러나 여러분이 모를 수도 있는 것은 별 기지와 에너지 보호막은 아직 우리의 한계에 있지만 플로팅 디스플레이는 그렇지 않다는 것입니다.
이는 실제로 허공에 떠 있고 상호 작용할 수 있는 2차원 이미지를 생성하는 디스플레이를 의미합니다. 페퍼의 유령 환상손가락이 비집고 들어가지 않도록 투명한 표면에 이미지가 투사됩니다. 떠다니는 이미지를 만드는 광학 원리는 잘 알려져 있으며, 팬데믹으로 인해 모든 종류의 터치 프리 컨트롤에 대한 관심이 촉발되었기 때문에 다음과 같은 많은 회사가 있습니다. 돗판 그리고 교세라 이러한 공중 디스플레이를 상용화하려고 시도했습니다. 그러나 출시 속도가 느리고 엘리베이터 제어 등 의도한 애플리케이션도 그다지 멋지지 않습니다.
나는 개념의 공상 과학적인 경이로움을 기리는 나만의 공중 디스플레이를 만들기로 결정했습니다.
나는 색다른 디스플레이를 만드는 데 익숙하지 않습니다. 2022년에 저는 발표를 했습니다. IEEE 스펙트럼내 손에 컬러 전자기계 디스플레이이는 다음을 생각나게 한다. 텔레비전의 첫 날. 이번에는 거의 미래에서 온 듯한 느낌을 주기 위해 에서 본 소품을 본떠 시스템을 스타일링하기로 결정했습니다. 스타워즈 영화 산업. 하지만 먼저 광학 장치를 작동시켜야 했습니다.
공중 디스플레이의 핵심은 밝은 평면 스크린 [top] 단일 보드 Intel 기반 컴퓨터로 구동 [bottom left]. 손가락 끝을 감지하는 것은 Arduino Nano와 3개의 거리 센서의 역할입니다. [bottom right].제임스 프로보스트
공중 디스플레이는 어떻게 작동하나요?
약간의 광학적 재교육: 일반적으로 디스플레이와 같은 광원에서 나오는 광선은 거리가 멀어짐에 따라 광원에서 퍼집니다. 예를 들어 이러한 발산하는 광선이 거울에 의해 반사되면 눈은 디스플레이가 거울 뒤에 있는 것으로 인식합니다. 이것은 다음과 같이 알려져 있습니다. 가상 이미지. 그러나 디스플레이에서 나오는 광선이 다시 퍼지기 전에 공간의 특정 지점에 수렴할 수 있다면 눈은 디스플레이가 공중에 있더라도 수렴 지점에 있는 것처럼 인식합니다. 이것은 다음과 같이 알려져 있습니다. 실제 이미지.
이러한 융합을 공중에서 가능하게 하는 핵심은 재귀반사 소재를 사용하는 것입니다. 일반 반사경은 입사각이 반사각과 같다는 친숙한 규칙을 따릅니다. 즉, 왼쪽에서 얕은 각도로 거울에 들어오는 광선은 동일한 얕은 각도로 반사되어 오른쪽을 향해 계속 이동합니다. 그러나 역반사체는 입사광을 스스로 반사시킵니다. 따라서 역반사경을 스크린 바로 앞에 장착하면 발산하는 모든 광선이 각자의 경로를 따라 다시 반사되어 스크린 표면에 수렴하면서 실제 이미지를 생성하게 됩니다. 분명히 이것은 그 자체로는 전혀 의미가 없으므로 반반사경 또는 빔 분할기와 같은 또 다른 광학 요소를 도입해야 합니다.
이 기술은 오늘날 대부분의 제조업체에서 사용할 수 있으며 하이퍼드라이브가 필요하지 않습니다!
이 물질은 입사광의 절반 정도를 반사하고 나머지 절반은 통과시킵니다. 여기에 영리한 부분이 있습니다. 스크린과 역반사경은 서로 90도 각도로 장착되고, 반반사경은 직각 반대편에 배치되어 스크린과 역반사경 모두에 대해 45도 각도를 이룹니다. 이제 빛을 따라가 보겠습니다. 화면에서 방출된 발산 광선은 빔 분할기에 닿고, 절반은 역반사체 쪽으로 반사되어 다시 빔 분할기로 반사됩니다. 반반사체는 현재 수렴되는 광선의 절반을 통과시킵니다. 마침내 디스플레이 위의 공중에서 광선이 수렴되면서 광선은 실제 이미지를 형성합니다.
분명히 이 광학적 오류는 비효율적이며 대부분의 원래 빛이 시스템에서 손실됩니다. 그러나 적어도 실내(또는 별 기반) 조명 조건에서 무난한 공중 이미지를 생성할 수 있을 만큼 충분히 밝은 작고 현대적인 평면 패널을 찾는 것은 어렵지 않았습니다. 이 7인치 디스플레이를 구동하기 위해 저는 라떼판다 3는 Windows 또는 Linux를 실행하고 다중 디스플레이를 지원할 수 있는 Intel 기반 단일 보드 컴퓨터입니다. (전체 BOM은 다음에서 확인 가능합니다. 내 프로젝트 페이지 hackster.io에서).
디스플레이는 광선의 절반을 역반사체 쪽으로 반사하는 빔 스플리터에서 밝은 화면의 발산 광선을 반사시켜 공중에 이미지를 생성합니다. 광선을 더 멀리 발산시키는 거울과 달리 역반사체는 수렴 광선을 빔 분할기로 다시 보냅니다. 빔 분할기는 그 중 절반을 통과시켜 희미하더라도 실제 떠다니는 이미지를 형성합니다.제임스 프로보스트
올바른 역반사체 찾기
나의 가장 큰 장애물은 적합한 역반사체 재료를 찾는 것이었습니다. 결국 나는 원하는 크기로자를 수 있고 선명한 이미지를 생성하며 너무 비싸지 않은 호일을 선택했습니다. 이것은 Oralite 3010 프리즘 광전 시트그리고 77센티미터 x 1미터 롤(가장 짧은 롤)을 미화 90달러 정도에 구입할 수 있었습니다.
다음 단계는 디스플레이를 대화형으로 만드는 것이었습니다. 몇번의 실험 끝에 5달러로 결정했습니다. 레이저 기반 비행 시간 센서 좁은 원뿔을 따라 거리 측정값을 보고합니다. 나는 공중 디스플레이 평면의 세 기둥을 덮기 위해 세 개의 센서를 장착하고 이를 아두이노 나노 ~을 통해 I2C. 사용자의 손가락 끝이 센서의 감지 원뿔에 들어가면 Nano는 센서에서 손가락 끝의 거리가 미리 정의된 세 가지 범위 중 하나에 속하는지 확인합니다. 3개의 센서와 센서당 3개의 세그먼트를 갖춘 공중 디스플레이에는 손가락에 반응할 수 있는 9개 영역이 있습니다. 활성화된 영역은 USB를 통해 LattePanda에 다시 보고됩니다.
광학 부품과 컴퓨터는 모두 알루미늄 압출 막대로 만든 33 x 25 x 24cm 프레임에 장착되었습니다. 또한 LattePanda가 공중 디스플레이에 표시하는 내용을 제어할 수 있는 작은 터치스크린을 전면에 장착했습니다. 프레임에 측면 패널을 추가하고 금속성 3D 프린팅 스트립과 기타 장식품을 부착하여 SF 쇼 세트장에 어울리지 않을 것 같은 모습을 연출했습니다.
그 결과는 아름답게 작동하고 제가 바라던 대로 미래지향적이면서도 이 기술이 오늘날 대부분의 제조업체에서 사용할 수 있음을 보여줍니다. 하이퍼드라이브가 필요하지 않습니다!
