일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2022.3.24

탈바꿈할 수 있을까? 공중(空中) 디스플레이
벽 자체가 공중 표시 장치
알프스알파인, 가식(加飾) 인쇄로 실현

일견 평범한 나뭇결무늬의 주택 벽. 그러나 거주자가 벽으로 다가가 공중에서 손가락을 움직이자 현관문이 열렸다. 이러한 미래적인 느낌의 ‘숨은 입력 디바이스’가 향후 우리 사회에 확산될 가능성이 있다.

지난 1월 18일, 알프스알파인(Alps Alpine)과 우쓰노미야(宇都宮)대학은 공동으로 ‘스텔스 공중 인터페이스’를 개발했다고 발표했다. 이것은 공중 디스플레이 기술을 사용한 비접촉 입력 디바이스의 일종으로, 최대의 특징은 ‘가식 인쇄’라고 하는 기술을 조합한 점에 있다.

이를 통해 예를 들면, 일견 디스플레이인지 판별하기 어려운 의장성이 뛰어난 디자인의 케이스 상에 입력 버튼 등 영상을 공중 표시하는 ‘스텔스 아이콘’ 기능을 부여할 수 있다. 디스플레이의 발광부로부터 나온 빛은 가식 인쇄 부분을 투과한다.

이 때문에 외관에 구멍이나 유리면은 존재하지 않는다. 앞에서 소개한 사례에서는 벽에 이 인터페이스가 내장되어 있어 그 근처에 손을 대면 정전용량형 센서가 그것을 감지해 숫자 패드를 공중에 표시. 이용자는 이 숫자 패드에 비밀번호를 입력하는 시스템이다.

알프스알파인은 “나뭇결 무늬, 금속 무늬, 카본 무늬 등 기본 인쇄가 가능한 디자인이라면 대응이 가능하다”라고 한다. 다양한 제품이나 건축물 등의 디자인성 향상에 기여할 가능성이 있다.

기술적으로는 입사광의 광로와 거의 같은 방향으로 빛을 반사시키는 재귀성 반사 기술을 통한 영상의 공중 표시와 고감도 정전용량 검출 기술에 의한 공중 입력 조작, 가식 인쇄 기술 등 3가지를 융합시켰다. 이러한 기술들을 조합한 공중 디스플레이 인터페이스 개발은 세계 최초이다.

알프스알파인은 2025년 안에 엘리베이터나 발매기 등 공공 공간 등에서의 표시/조작부분으로의 채택을 목표로 하고 있다. 알프스알파인과 우쓰노미야대학은 이 기술을 2021년 12월 13일에 실시된 디스플레이 기술 관련 학술 분야의 국제 회의 ‘IDW(International Display Workshops)’에서 발표했다.

--부품에서 설계까지 일괄적으로 제공 --
알프스알파인은 2008년부터 독자적인 정전용량 검출 기술을 이용한 공중 입력 디바이스 개발을 추진해 왔다. 실제로 ‘AirInput’ 상표 취득과 함께 코로나19 사태로 비접촉 요구가 높아지면서, 2021년 5월에는 엘리베이터나 건물 내 조명 스위치로의 시험 도입을 실시. 올해 안에 비접촉으로 조작 패널에 입력할 수 있는 디바이스를 양산화할 예정이다.

한편, 공중에 조작 패널의 영상을 표시하지 않는 기존의 공중 입력 디바이스의 경우, 이용자가 어느 정도 떨어진 거리에서 조작이 가능한지 감각적으로 알기 어려워, 조작 시 스트레스를 느끼거나 패널에 접촉해 조작하는 등의 문제가 있었다.

이를 해결하기 위해 알프스알파인은 차세대 비접촉형 인터페이스로 재귀성 반사 기술을 활용한 공중 영상 기술에 대해 특허를 가지고 있는 우츠노미야대학의 야마모토(山本)연구실과 공동으로 스텔스 공중 인터페이스 개발을 추진해왔다.

우츠노미야대학의 기술을 베이스로 알프스알파인의 정전용량 검출 기술 및 가식 인쇄 기술을 조합. 알프스알파인이 하드웨어의 설계·제어, 이용 환경에 대응한 유저 인터페이스(UI) 설계, 상품화·판매 등을 담당한다. 정전용량 센서 등의 컴퍼넌트에서 UI 설계, 시스템 설계까지 일괄적으로 제공할 수 있는 것은 알프스알파인의 강점이다.

-- 노하우가 담긴 가식 인쇄 시트 --
이번에 개발한 스텔스 공중 인터페이스의 구조는 다음과 같다. 구현하는 디스플레이의 영상 광은 편광 빔 스플리터(하프 미러)로 나뉘어져 일부가 재귀성 반사재에 입사한다. 이 입사광은 재귀성 반사에 의해 입사 방향으로 돌아와 하프미러를 투과하여 공중에서 결상한다. 결상하는 높이는 통상적으로 표면(벽 등)으로부터 약 3~5cm이다.

광학계 위에는 공중에서의 손이나 손가락 움직임을 검출하는 정전용량 센서의 시트와 디자인된 가식 인쇄 시트를 겹쳐서 배치한다. 광학계 시스템은 가식 인쇄 시트에 시행된 디자인에 의해 외부에 잘 노출되지 않는 ‘스텔스’가 된다.

기술적 측면에서 스텔스 공중 인터페이스의 최대 포인트는 디스플레이의 영상이 가식 인쇄 시트를 투과해 공중에 표시되는 점에 있다. 이에 대해 알프스알파인은 상세한 내용을 밝히지 않고 있지만, “가식 인쇄 시트에 광학적인 특수 가공을 실시함으로써 실현했다 .물론, 가식의 종류에 따라 공중 영상의 색이나 밝기 등을 고려할 필요는 있다”(알프스알파인)라고 한다.

물론, 통상적인 공중 디스플레이보다 1개 더 많은 시트에 영상 광을 투과시키기 때문에 휘도의 저하가 발생한다. 이 점에 대해 알프스알파인은 “사양에 따르지만, 대략 절반 이하가 된다”라고 밝히고 있다.

하지만, “용도에 따라서는 가식 효과를 떨어뜨려서 투과율을 높이는 설계도 있을 수 있다. 어떤 용도이든 어플리케이션이 크게 작용한다. 예를 들면, 동영상의 공중 영상에는 휘도가 높은 디스플레이를 사용할 필요가 있지만, 고정된 입력 키 영상의 경우에는 통상적 디스플레이를 사용하는 등, 용도에 따라 대응할 필요가 있다”(알프스알파인).

또 하나의 포인트는 자체 개발한 비접촉 패널용 정전용량 센서에 있다. 현재 공중 디스플레이 인터페이스에서는 주로 적외선 센서를 탑재해 검출하는 방식이나 손의 움직임을 카메라로 검출하는 방식이 사용되고 있다. 이에 반해 정전용량 센서는 “구조가 심플하고, 케이스의 외부에 센서나 프로젝터를 설치할 필요가 없기 때문에, 하드웨어를 벽 등의 안쪽에 숨길 수 있다는 것이 장점”(알프스알파인)이라고 한다.

알프스알파인의 센서는 현재, 시스템으로부터 10cm 떨어진 위치에 있는 손가락의 존재를 감지, 5cm까지 접근하면 손가락 위치를 감지할 수 있다. 즉, 손이 시스템에서 10cm 이내에 접근하면 기동해 공중 영상을 표시하고, 5cm 이내의 거리에서 조작이 가능해지는 것이다.

--7~8인치 표시에 5리터의 공간 --
알프스알파인은 공공 공간 등에서의 표시/조작 부분에 스텔스 공중 인터페이스가 채택되는 것을 목표로 하고 있지만, 향후에는 엔터테인먼트 기기나 차량용으로의 응용도 상정하고 있다.

하지만, 보급에는 조작감 등의 개선이 필요하다고 한다. “공중에서 쾌적한 조작감을 제공하는 것은 쉽지 않다. 현재 다양한 세대의 사람들에게 테스트하고 있지만, 세대에 따라 반응이 다르다. 젊은 사람은 무의식적으로 받아들이지만, 고령자는 상당히 어려워하고 있다”(알프스알파인).

하드웨어의 사이즈나 코스트도 과제이다. 예를 들면, 시스템 구성 상 7~8인치의 조작 패널을 공중에 표시하기 위해서는 하드웨어 설치에 5~6리터 정도의 공간이 필요하다고 한다.

코스트도 “디스플레이가 포함되기 때문에, 몇 만엔이 더 추가된다”(알프스알파인). 이와 같은 도입 장벽이 있지만, 공급 측은 이를 감내할만한 부가가치의 제공이 필요하다. 그 열쇠 중 하나는 디자인에 있을 것이다.

 -- 끝 --

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