KR101911485B1 - Optical system for head-up display and head-up display system - Google Patents
Optical system for head-up display and head-up display system Download PDFInfo
- Publication number
- KR101911485B1 KR101911485B1 KR1020170057437A KR20170057437A KR101911485B1 KR 101911485 B1 KR101911485 B1 KR 101911485B1 KR 1020170057437 A KR1020170057437 A KR 1020170057437A KR 20170057437 A KR20170057437 A KR 20170057437A KR 101911485 B1 KR101911485 B1 KR 101911485B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- base substrate
- hud
- optical system
- image display
- display light
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/02—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the intensity of light
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Instrument Panels (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 HUD(HEAD-UP DISPLAY)용 광학계 및 HUD 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 외부광에 의한 시인성 저하 현상을 최소화함과 동시에, 종래 HUD 시스템과 비교하여 소형화 설계가 가능한 HUD용 광학계 및 HUD 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
최초 HUD 시스템은 전투기용으로 개발되었으며, 영상 표시광은 조종석 전방에 놓여진 컴바이너에서 반사되고 조종사측으로 입사되어 영상 표시광에 의한 각종 정보를 조종사가 인식하도록 할 수 있다. 최근, HUD 시스템은 자동차 산업 분야에 활발하게 적용되고 있으며, 차량 주행에 필요한 주변 환경 정보, 안전 정보 등을 운전자 시야 정면의 경치와 중첩시켜 허상으로 표시함으로써, 운전자는 주행 중에 시선을 옮길 필요가 없게 되어 운전 안전성을 대폭 향상시킬 수 있다. The first HUD system was developed for fighter aircraft, and the image display light is reflected from a combiner placed in front of the cockpit and incident on the pilot side, allowing the pilot to recognize various information by the image display light. In recent years, the HUD system has been actively applied to the automobile industry. By displaying the surrounding environment information and safety information necessary for driving the vehicle with the image of the front of the driver and superimposed on the scenery of the driver's view, the driver does not have to move his / So that the driving safety can be greatly improved.
도 1은 종래 차량용 HUD 시스템을 나타내는 참고도이다. 도 1을 참조하면, 차량용 HUD 시스템(10)은 영상 출력 장치(11) 및 반사 미러(12)를 포함하여 구성된다. 여기에서, 영상 출력 장치(11)는 각종 영상 정보를 포함하는 영상 표시광을 반사 미러(12) 측으로 출력하고, 영상 표시광은 반사 미러(12)에서 반사되어 차량의 윈드 쉴드(13) 내면으로 입사한다. 여기에서, 윈드 쉴드(13) 내면에서 반사된 영상 표시광은 운전자의 시선으로 입사되고, 영상 표시광은 운전자에게 윈드 쉴드(13) 외면에서 일정거리 떨어진 지점에 위치하는 허상으로 인식되게 된다. 1 is a reference diagram showing a conventional vehicle HUD system. Referring to FIG. 1, a
종래 HUD 시스템에서, 윈드 쉴드(13) 외면에서 외부광(예 : 태양광 등)이 HUD 광학계로 입사하는 경우, 외부광은 HUD 광학계에서 반사 및 산란되어 영상 표시광과 함께 운전자의 시야로 입사하게 됨에 따라, 운전자의 눈에 피로감을 느끼게 하는 등 영상 표시광의 시인성이 저하될 수 있다. 예를 들어, 도 1에서, 윈드 쉴드(13) 외면에서 입사하는 태양광은 윈드 쉴드(13)를 투과하고 반사 미러(12)에서 반사되어 다시 윈드 쉴드(13) 내면으로 입사함으로써, 최종적으로 영상 표시 장치(11)에서 출력되는 영상 표시광과 함께 운전자의 시야로 도달하게 되며, 이에 따라 영상 표시광의 시인성이 저하될 수 있다. In the conventional HUD system, when external light (such as solar light) is incident on the HUD optical system from the outer surface of the
이러한 문제점을 해결하기 위하여 다양한 선행 기술이 제공되고 있다. 일본 등록 특허 제5,081,953호는 외부광에 의한 시인성 저하를 방지하기 위한 차량용 HUD 시스템의 구조에 관한 것으로, HUD 광학계로 입사되는 외부광이 HUD 시스템을 감싸는 하우징 내부면으로 입사하도록 유도하는 광굴절 수단을 통해 이러한 기술적 과제를 해결하고 있다. Various prior arts have been provided to solve these problems. Japanese Patent No. 5,081,953 discloses a structure of a vehicular HUD system for preventing deterioration of visibility due to external light and includes a light refraction means for guiding external light incident on the HUD optical system to enter the inside surface of the housing surrounding the HUD system To solve these technical problems.
상기 선행 기술은 기존의 HUD 시스템에 광굴절 수단을 추가 구성시키는 방식으로, 비교적 저렴한 비용으로 설계가 가능하나, 외부광 중 소정의 각도로 입사하는 외부광만을 차단할 수 있고, 차단 각도 범위를 증가시키기 위하여 광굴절 수단에 회동 장치를 부가하는 경우 HUD 시스템의 부피가 증가되는 문제점이 발생할 수 있다. The prior art can be designed at a relatively low cost by adding a light refraction means to a conventional HUD system. However, it is possible to block only the external light incident on the external light at a predetermined angle, There arises a problem that the volume of the HUD system is increased when a rotating device is added to the optical refraction means.
일반적으로 차량용 HUD 시스템은 차량의 대시 보드 내부에 위치하게 되는데, 대시 보드 내부는 각종 전자 장치가 위치함에 따라 HUD 시스템을 위한 공간은 매우 제한적이며, 이에 소형화 설계가 필수적이다. In general, a HUD system for a vehicle is located inside a dashboard of a vehicle. Since a variety of electronic devices are located inside a dashboard, a space for a HUD system is very limited and a compact design is essential.
다만, 현재까지 외부광에 의한 시인성 저하를 방지할 수 있는 동시에 소형화 설계가 가능한 HUD 시스템의 설계 기술은 제공되고 있지 않은 실정이다.However, a design technique of a HUD system capable of preventing deterioration of visibility due to external light and capable of miniaturization has not been provided so far.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, HUD 시스템에 입사하여 아이박스(Eyebox)로 반사되는 외부광에 의한 시인성 저하 현상을 최소화함과 동시에, 소형화 설계가 가능한 HUD용 광학계 및 HUD 시스템을 제공하기 위한 것이다. Disclosure of Invention Technical Problem [8] The present invention has been conceived to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to provide an HUD optical system and a HUD system capable of minimizing visibility degradation due to external light incident on an HUD system, .
본 발명의 다른 목적들은 이하에 서술되는 바람직한 실시예들을 통하여 보다 명확해질 것이다. Other objects of the present invention will become apparent from the following description of preferred embodiments.
본 발명의 일 측면에 따르면, HUD용 광학계는 영상 표시광의 진행 경로 상에 위치하며, 양의 유전율을 가지는 베이스 기판; 및 상기 베이스 기판의 상부면에 형성되며, 외부에서 인가되는 물리적 신호의 변화에 따라 상기 영상 표시광의 투과량을 변화시키는 스위칭 셔터;를 포함한다. According to an aspect of the present invention, an optical system for a HUD includes: a base substrate positioned on a traveling path of an image display light and having a positive dielectric constant; And a switching shutter which is formed on an upper surface of the base substrate and changes a transmission amount of the image display light according to a change of a physical signal applied from the outside.
일 실시예에서, 상기 스위칭 셔터는 상기 베이스 기판의 상부면에 형성되며, 외부에서 인가되는 물리적 신호의 변화에 따라 금속 상(metal phase) 또는 절연체 상(insulator phase)으로 상전이(phase transition)되는 MIT(Metal-Insulator Transition material) 필름; 및 음의 유전율을 가지며, 일정 단면적을 가지고 상기 MIT 필름의 상부 면에 형성되는 나노 구조체 어레이;를 포함할 수 있다. In one embodiment, the switching shutter is formed on the upper surface of the base substrate, and the switching shutter may be a metal phase or an insulator phase, which is phase-transitioned to an insulator phase according to a change in a physical signal applied from the outside. (Metal-Insulator Transition material) film; And a nanostructure array having a negative dielectric constant and having a certain cross-sectional area and formed on the upper surface of the MIT film.
일 실시예에서, 상기 MIT 필름은 외부에서 인가되는 광, 온도 및 압력 중 적어도 하나의 변화에 따라 금속 상 또는 절연체 상으로 상전이될 수 있다. In one embodiment, the MIT film can be phase-transformed onto a metal phase or an insulator according to a change in at least one of light, temperature, and pressure applied from the outside.
일 실시예에서, 상기 스위칭 셔터는 외부에서 인가되는 물리적 신호의 변화에 따라, 상기 MIT 필름이 금속 상으로 전이되면 상기 영상 표시광을 투과시키는 영상 출력 모드로 동작하고, 상기 MIT 필름이 절연체 상으로 전이되면 상기 영상 표시광의 적어도 일부를 차단하는 영상 차단 모드로 동작할 수 있다.In one embodiment, the switching shutter operates in an image output mode in which the image display light is transmitted when the MIT film is transferred to a metal phase in accordance with a change in a physical signal applied from the outside, And may operate in an image cutoff mode in which at least a part of the image display light is blocked when the transition occurs.
일 실시예에서, 상기 스위칭 셔터는 상기 외부에서 인가되는 물리적 신호가 기설정된 주기 단위로 제어됨에 따라, 영상 출력 모드 및 영상 차단 모드로 순차적으로 동작하되, 영상 출력 모드에서 다음 영상 출력 모드로의 전환은 수 ms 이하의 시간 범위 내에서 이루어질 수 있다. In one embodiment, the switching shutter sequentially operates in a video output mode and a video interruption mode in accordance with the control of the externally applied physical signal in units of a predetermined period, and switches from the video output mode to the next video output mode Can be made within a time range of a few ms or less.
일 실시예에서, 상기 나노 구조체 어레이는 일정 주기 단위로 이격 배열될 수 있다. In one embodiment, the nanostructure arrays may be spaced apart by a periodic unit.
일 실시예에서, 상기 나노 구조체 어레이는 금(Au), 은(Ag) 및 알루미늄(Al) 등의 음의 유전율을 갖는 금속 물질 중의 하나의 소재로 형성될 수 있다.In one embodiment, the nanostructure array may be formed of one of metal materials having a negative dielectric constant such as gold (Au), silver (Ag), and aluminum (Al).
일 실시예에서, 상기 MIT 필름은 VO2 소재의 박막 필름으로 형성될 수 있다. In one embodiment, the MIT film may be formed of a thin film of VO 2 material.
일 실시예에서, 상기 베이스 기판은 상기 영상 표시광이 입사되는 일측 방향의 형상면이, 타측 방향으로 오목한 입체 형상을 가지도록 형성될 수 있다.In one embodiment, the base substrate may be formed so that the shape surface of one side in which the image display light is incident has a three-dimensional shape concave in the other direction.
일 실시예에서, 상기 베이스 기판은 상기 스위칭 셔터의 하부면에 형성되며, 상기 영상 표시광이 입사되는 일측 방향의 형상면이, 타측 방향으로 오목한 입체 형상을 가지도록 형성되는 제1 베이스 기판; 및 상기 제1 베이스 기판의 하부면에 형성되며, 타측 방향의 형상면이, 타측 방향으로 볼록한 형상을 가지며 상기 제1 베이스 기판의 형상과 대응되도록 형성되는 제2 베이스 기판;을 포함할 수 있다.In one embodiment, the base substrate is formed on the lower surface of the switching shutter, and the first base substrate is formed such that the shape surface of the one direction in which the image display light is incident has a concave three-dimensional shape in the other direction; And a second base substrate formed on a lower surface of the first base substrate and having a shape in the other direction and having a convex shape in the other direction and corresponding to the shape of the first base substrate.
일 실시예에서, 제1 베이스 기판의 굴절률은 제2 베이스 기판의 굴절률보다 낮은 소재로 형성될 수 있다. In one embodiment, the index of refraction of the first base substrate may be less than the index of refraction of the second base substrate.
일 실시예에서, 제1 베이스 기판은 물, SiO2 및 굴절률 1.5 이하의 오일(Oil) 중 어느 하나로 형성되고, 제2 베이스 기판은 Al2O3, Si3N4 및 굴절률이 1.5를 초과하는 오일(Oil) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.In one embodiment, the first base substrate is formed of any one of water, SiO 2, and oil having a refractive index of 1.5 or less, and the second base substrate is formed of Al 2 O 3 , Si 3 N 4 and a refractive index exceeding 1.5 Oil, or the like.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, HUD 시스템은 영상 표시광을 출력하는 영상 출력 장치; 상기 영상 표시광의 진행 경로 상에 위치하며, 외부에서 인가되는 물리적 신호의 변화에 따라 상기 영상 표시광의 투과량을 변화시키는 HUD용 광학계; 및 상기 HUD용 광학계에 기설정된 주기 단위로 물리적 신호를 인가하는 신호 조절 장치;를 포함한다. According to another aspect of the present invention, an HUD system includes an image output device for outputting image display light; An optical system for HUD which is located on a traveling path of the image display light and changes a transmission amount of the image display light according to a change of an external physical signal; And a signal adjusting device for applying a physical signal to the optical system for HUD in a predetermined period.
일 실시예에서, 상기 HUD용 광학계는 양의 유전율을 가지는 베이스 기판; 및 상기 베이스 기판의 상부면에 형성되며, 외부에서 인가되는 물리적 신호의 변화에 따라 상기 영상 표시광의 투과량을 변화시키는 스위칭 셔터;를 포함할 수 있다.In one embodiment, the optical system for the HUD includes: a base substrate having a positive dielectric constant; And a switching shutter which is formed on an upper surface of the base substrate and changes a transmission amount of the image display light according to a change of a physical signal applied from the outside.
일 실시예에서, 상기 영상 출력 장치는 HUD용 광학계의 베이스 기판의 하부면에 밀착하여 구성될 수 있다.In one embodiment, the image output device may be configured to be in close contact with a lower surface of a base substrate of an optical system for a HUD.
본 발명은 사람이 연속상으로 인식할 수 있는 시간 65 ms이하의 시간에서 영상을 ON/OFF 출력하되, 영상의 출력 제어에 따라 외부광의 적어도 일부를 차단할 수 있도록 함으로써, HUD 시스템에 입사하여 아이박스(Eyebox)로 반사되는 외부광에 의한 시인성 저하 현상을 최소화할 수 있다. According to the present invention, an image is ON / OFF-outputted at a time of 65 msec or less that can be recognized as a continuous image by a person, and at least part of external light can be blocked according to the output control of the image, It is possible to minimize the visibility degradation due to the external light reflected by the eye box.
또한, 본 발명에 따른 HUD용 광학계는 마이크로 수준의 크기로 제작이 가능하며 영상 표시 장치와 밀착하여 구성될 수 있어, 본 발명에 따른 HUD 시스템은 초소형으로 설계가 가능하다. In addition, the optical system for HUD according to the present invention can be manufactured in a micro-sized size and can be constructed in close contact with an image display device, so that the HUD system according to the present invention can be designed in a very small size.
또한, 본 발명은 설계 구조에 따라 영상 표시광을 확대하거나 축소하여 출력할 수 있어, HUD 시스템이 탑재될 수 있는 다양한 장치(예 : 차량 등)에 유연하게 적용이 가능하다.In addition, the present invention can enlarge or reduce image display light according to the design structure, and can be flexibly applied to various devices (e.g., a vehicle) on which the HUD system can be mounted.
도 1은 종래 기술에 따른 HUD 시스템을 설명하기 위한 참고도이다.
도 2는 본 발명에 따른 HUD 시스템을 설명하기 위한 참고도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 HUD 시스템을 설명하기 위한 참고도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 HUD용 광학계를 설명하기 위한 참고도이다.
도 5 및 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 HUD용 광학계의 동작 원리를 설명하기 위한 참고도이다.
도 7는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 HUD용 광학계를 설명하기 위한 참고도이다.
도 8는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 HUD용 광학계를 설명하기 위한 참고도이다.
도 9는 본 발명에 따른 나노 구조체 어레이의 실시예들을 설명하기 위한 참고도이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 HUD 시스템의 동작 및 효과를 설명하기 위한 참고도이다.FIG. 1 is a reference diagram for explaining a conventional HUD system.
2 is a reference diagram for explaining the HUD system according to the present invention.
3 is a reference diagram for explaining an HUD system according to an embodiment of the present invention.
4 is a reference diagram for explaining an optical system for a HUD according to an embodiment of the present invention.
5 and 6 are reference views for explaining the operation principle of an optical system for a HUD according to an embodiment of the present invention.
7 is a reference view for explaining an optical system for a HUD according to another embodiment of the present invention.
8 is a reference diagram for explaining an optical system for a HUD according to another embodiment of the present invention.
9 is a reference diagram for explaining embodiments of the nanostructure array according to the present invention.
10 to 12 are reference views for explaining the operation and effects of the HUD system according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
본 발명은 HUD용 광학계 및 HUD 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 HUD 시스템에 입사하여 아이박스(Eyebox)로 반사되는 외부광에 의한 시인성 저하 현상을 최소화함과 동시에, 소형화 설계가 가능한 HUD용 광학계 및 HUD 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to an optical system for a HUD and a HUD system. More particularly, the present invention relates to an optical system for a HUD that minimizes visibility degradation due to external light incident on the HUD system and reflected by an eye box, And a HUD system.
본 발명자들은 상기에서 설명한 종래 기술에 따른 문제점을 해결하고자 예의 노력한 결과, 영상 출력 장치에서 출력되는 영상 표시광의 진행 경로 상에 HUD용 광학계를 구성시키고, HUD용 광학계에 구성되는 스위칭 셔터를 제어하여 사람의 눈이 인식 가능한 수준으로 영상 표시광을 투과시키되, 스위칭 셔터의 상전이(phase transition)에 따라 외부광(예 : 태양광)의 적어도 일부를 외부로 반사시키도록 하는 본 발명을 완성하였다. As a result of intensive efforts to solve the above-described problems, the inventors of the present invention have found that an optical system for a HUD is configured on the path of image display light outputted from a video output device, and a switching shutter, (E.g., sunlight) according to the phase transition of the switching shutter while allowing the image of the display screen to pass through the image display light at a recognizable level.
한편, 본 발명의 명확한 이해를 위하여 본 발명에 따른 HUD용 광학계 및 HUD 시스템이 차량에 적용되는 것을 예시로 하여 설명하나, 본 발명의 권리범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. The HUD system and the HUD system according to the present invention are applied to a vehicle to illustrate the present invention. However, the present invention is not intended to limit the scope of the present invention.
이하, 본 발명에 따른 HUD용 광학계를 포함하는 HUD 시스템과 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a HUD system including an optical system for a HUD according to the present invention and a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 HUD 시스템을 설명하기 위한 참고도이다. 2 is a reference diagram for explaining the HUD system according to the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 HUD 시스템(100)은 영상 출력 장치(110), HUD용 광학계(120) 및 신호 조절 장치(130)를 포함한다. 2, the
영상 출력 장치(110)는 기설정된 영상 표시광을 출력하는 장치에 해당하며, 영상 신호 제공 장치(미도시)와 연결되어 영상 신호와 대응되는 영상 표시광을 생성하여 외부로 출력하는 장치에 해당할 수 있다. 예를 들어, 영상 출력 장치(110)는 액정 표시 장치에 해당할 수 있다. The
HUD용 광학계(120)는 영상 출력 장치(110)에서 출력되는 영상 표시광의 진행 경로 상에 위치하여 영상 표시광을 투과시키는 광학 장치에 해당한다. 여기에서, HUD용 광학계(120)는 외부에서 인가되는 물리적 신호의 변화에 따라 영상 표시광의 투과량을 변화시킬 수 있다. 일 실시예에서, 영상 출력 장치(110)는 HUD용 광학계(110)의 하부면에 밀착하여 구성될 수 있다. HUD용 광학계(120)의 구조 및 동작에 대한 구체적인 설명은 후술한다. The HUD
신호 조절 장치(130)는 HUD용 광학계(120)의 동작을 제어하기 위하여 HUD용 광학계(120) 측으로 물리적 신호를 인가하는 장치에 해당한다. 여기에서, 신호 조절 장치(130)는 기설정된 주기 단위로 물리적 신호를 인가할 수 있다. 일 실시예에서, 신호 조절 장치(130)는 기설정된 주기 단위로 광, 온도 및 압력 중 적어도 하나의 물리량을 변화시켜 HUD용 광학계(120)로 인가할 수 있다.The
본 발명에 따른 HUD 시스템(100)의 기본적인 동작은 다음과 같다. The basic operation of the
영상 출력 장치(110)는 각종 영상 정보를 포함하는 영상 표시광을 HUD용 광학계(120) 측으로 출력한다. 여기에서, HUD용 광학계(120)는 신호 조절 장치(130)에서 인가되는 물리적 신호의 변화에 따라 영상 표시광의 투과량을 변화시킬 수 있다. The
일 실시예에서, HUD용 광학계(120)는 신호 조절 장치(130)에서 인가되는 물리적 신호의 변화에 따라, 영상 표시광을 투과시키는 영상 출력 모드로 동작하거나, 영상 표시광의 적어도 일부를 차단하는 영상 차단 모드로 동작할 수 있다(상세한 동작 원리는 후술함). 여기에서, HUD용 광학계(120)가 영상 출력 모드로 동작하는 경우, 영상 출력 장치(110)에서 출력되는 영상 표시광은 HUD용 광학계(120)를 투과하여 윈드 쉴드(140)의 내면으로 입사하고, 윈드 쉴드(140) 내면에서 반사된 영상 표시광은 운전자의 시선으로 입사된다. HUD용 광학계(120)가 영상 차단 모드로 동작하는 경우, 영상 표시광 중 소량만이 HUD용 광학계(120)를 투과하여 운전자의 시선으로 입사된다. 즉, 신호 조절 장치(130)의 제어에 의해 영상 표시광은 투과(ON) 또는 차단(OFF)될 수 있다. In one embodiment, the
일 실시예에서, HUD용 광학계(120)가 영상 출력 모드로 동작하는 경우, HUD용 광학계(120)에 포함되는 MIT 필름은 금속 상으로 전이되며, 이에 따라, 외부광(예 : 태양광 등)은 HUD용 광학계(120)의 외측면(영상 출력 장치의 반대면)에서 반사되어, 윈드 쉴드(140)를 경유하여 운전자의 시선으로 입사하게 된다. HUD용 광학계(120)가 영상 차단 모드로 동작하는 경우, HUD용 광학계(120)에 포함되는 MIT 필름은 절연체 상으로 전이되며, 외부광은 HUD용 광학계(120)의 외측면에서 반사되지 않게 되어(보다 구체적으로는, 영상 출력 모드와 비교하여 상대적으로 적은 양의 외부광만이 반사하게 되어) 운전자 시선으로의 입사가 차단된다. In one embodiment, when the
본 발명에서, 영상 표시광이 사람의 눈이 연속상으로 인식할 수 있을 정도의 시간 단위(약 62.5ms 이내)로 hud용 광학계(120)를 투과하도록 제어된다면, 운전자는 영상 표시광을 연속적인 영상 정보로 인식할 수 있으며, 영상 표시광이 차단되는 시간 동안에는 외부광이 운전자 시선으로 입사하지 않게 됨으로써 외부광에 의한 시인성 저하 현상을 대폭 감소할 수 있다. 즉, 신호 조절 장치(130)가 hud용 광학계(120)를 영상 출력 모드 및 영상 차단 모드로 순차적으로 동작하도록 제어하되, 영상 출력 모드에서 다음 영상 출력 모드로의 전환이 62.5ms 이하의 시간 범위 내에서 이루어지도록 제어한다면, 운전자가 연속적인 영상으로 인식하도록 할 수 있는 동시에, 외부광의 대부분을 효과적으로 차단할 수 있다.In the present invention, if the image display light is controlled to transmit through the
본 발명에 따른 HUD 시스템에 있어서, 영상 표시광의 광 경로 상에 부가적인 광학 장치가 더 구성될 수 있다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 HUD 시스템을 설명하기 위한 참고도로, 도 3을 참조하면, HUD 시스템(300)은 영상 표시광의 광 경로 상에 반사 미러(150)를 더 포함할 수 있다. 여기에서, 반사 미러(150)는 영상 표시광의 왜곡을 보정하는 자유형상 광학계로 구성될 수 있다. In the HUD system according to the present invention, an additional optical device may be further provided on the optical path of the image display light. Referring to FIG. 3, the HUD system 300 may further include a
한편, 도 3은 본 발명의 권리범위를 한정하고자 하는 것은 아니며, 본 발명에 따른 영상 출력 장치(110), HUD용 광학계(120) 및 신호 조절 장치(130)를 포함하는 HUD 시스템이라면 광학 장치 등의 부가적인 구성이 추가되더라도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. 3 is not intended to limit the scope of the present invention and the HUD system including the
이하, 도 4 내지 12를 참조하여, 본 발명에 따른 HUD용 광학계(120)에 대하여 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 HUD용 광학계를 설명하기 위한 참고도이다. 한편, 도 4는 하부 방향에 영상 출력 장치(110)가 위치하여 영상 표시광이 하부에서 상부 방향으로 투과하도록 HUD용 광학계(120)를 정렬하여 도시한 것이다.4 is a reference diagram for explaining an optical system for a HUD according to an embodiment of the present invention. Meanwhile, FIG. 4 shows the HUD
도 4를 참조하면, HUD용 광학계(120)는 베이스 기판(121) 및 스위칭 셔터를 포함하여 구성될 수 있다. Referring to FIG. 4, the
베이스 기판(121)은 양의 유전율을 가지며, 일 실시예에서, 유전체로 형성될 수 있다. 여기에서, 베이스 기판(121)은 투명 소재(Transparent Materials)로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 석영(SiOx) 또는 유리(glass) 중 어느 하나의 소재로 형성될 수 있다.The
스위칭 셔터는 베이스 기판(121)의 상부면에 형성되며, 외부에서 인가되는 물리적 신호의 변화에 따라 영상 표시광의 투과량을 변화시킨다. The switching shutter is formed on the upper surface of the
일 실시예에서, 스위칭 셔터는 베이스 기판(121)의 상부 면에 형성되는 MIT(Metal-Insulator Transition material, 금속-절연체 전이) 필름(122) 및 MIT 필름(122)의 상부 면에 형성되는 나노 구조체 어레이(123)을 포함하여 구성될 수 있다. In one embodiment, the switching shutter includes a metal-insulator transition (MIT)
MIT 필름(122)은 외부에서 인가되는 물리적 신호의 변화에 따라 금속 상(metal phase) 또는 절연체 상(insulator phase)으로 상전이(phase transition)될 수 있다. The
일 실시예에서, MIT 필름(122)은 외부에서 인가되는 광, 온도 및 압력 중 적어도 하나의 변화에 따라 금속 상 또는 절연체 상으로 상전이되는 소재로 형성될 수 있다. In one embodiment, the
일 실시예에서, MIT 필름(122)은 VO2 소재로 형성될 수 있다. In one embodiment, the
나노 구조체 어레이(123)는 음의 유전율을 가지며, 일정 단면적을 가지고 MIT 필름(122)의 상부 면에 형성될 수 있다. The
일 실시예에서, 나노 구조체 어레이(123)는 금속 소재로 형성될 수 있으며, 금(Au), 은(Ag) 및 알루미늄(Al) 중 어느 하나의 소재로 형성될 수 있고, 바람직하게는 금(Au)으로 형성될 수 있다. In one embodiment, the
일 실시예에서, 나노 구조체 어레이(123)는 일정 주기 단위로 이격 배열될 수 있다. 도 9는 상부에서 하부 방향으로 바라본 HUD용 광학계(120)를 도시한 것으로 도 9를 참조하여 나노 구조체 어레이(123)의 실시예에 대하여 보다 상세하게 설명한다.In one embodiment, the
도 9(A)를 참조하면, 나노 구조체 어레이(123)는 MIT필름(122)의 상부면에 형성되되, 나노 구조체 어레이(123)를 구성하는 각 나노 구조체는 일정 두께(약 수십 nm 수준)를 가지고 길이 방향으로 연장되며 서로 평행하게 일정 길이 간격(약 100nm 수준)으로 이격하여 배열될 수 있다. Referring to FIG. 9A, the
도 9(B)를 참조하면, 나노 구조체 어레이(123)는 MIT필름(122)의 상부면에 형성되되, 나노 구조체 어레이(123)를 구성하는 각 나노 구조체는 일정 두께(약 수십 nm 수준)를 가지는 육면체 형상으로 형성되며, 서로 일정 길이 간격으로 이격하여 배열될 수 있다.Referring to FIG. 9B, the
한편, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 구조체 어레이(123)를 명확하게 설명하기 위한 예시로서, 나노 구조체 어레이(123)의 설계 구조를 한정하고자 하는 것은 아니며, 이하 설명하는 표면 플라즈몬 공명 현상에 따라 영상 표시광의 투과율을 조절하기 위하여 나노 구조체의 형상, 길이, 면적, 주기 등은 적절하게 변경이 가능하다. 9 is an illustration for explaining the
일 실시예에서, 스위칭 셔터의 상부면에 보호 필름이 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 스위칭 셔터의 상부면에 노출되는 나노 구조체 어레이(123)의 노출면 및 MIT 필름(122)의 노출면을 보호할 수 있도록, 스위칭 셔터의 상부에 SiO2로 형성되는 보호 필름이 구성될 수 있다. In one embodiment, a protective film may be formed on the upper surface of the switching shutter. For example, as shown in Fig. 7, SiO2 is provided on the upper portion of the switching shutter so that the exposed surface of the
일 실시예에서, 스위칭 셔터는 신호 조절 장치(130)에서 인가되는 물리적 신호의 변화에 따라, 영상 표시광을 투과시키는 영상 출력 모드로 동작하거나, 영상 표시광의 적어도 일부를 차단하는 영상 차단 모드로 동작할 수 있다. In one embodiment, the switching shutter operates in a video output mode that transmits image display light or operates in a video cutoff mode to block at least a portion of the video display light, in accordance with a change in the physical signal applied by the
도 5 및 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 스위칭 셔터가 각각 영상 출력 모드 및 영상 차단 모드로 동작하는 경우 그 원리를 설명하기 위한 참고도이며, 도 10은 MIT 필름의 금속-절연체 상전이에 따른 광 투과율의 차이를 나타내는 참고도이다. 한편, 본 발명의 동작 원리를 명확하게 설명하기 위하여 스위칭 셔터에 인가되는 물리적 신호는 광 신호에 해당하는 것을 예시로 하여 설명한다. FIGS. 5 and 6 are views for explaining the principle of operation of the switching shutter in the image output mode and the image cutoff mode, respectively, according to an embodiment of the present invention. Is a reference diagram showing the difference in light transmittance. In order to clearly explain the operation principle of the present invention, the physical signal applied to the switching shutter corresponds to an optical signal.
도 5를 참조하면, 스위칭 셔터에 신호 조절 장치(130)로부터 광 신호가 인가되는 경우, 스위칭 셔터의 MIT 필름(122)은 소재의 물성에 의해 금속 상으로 전이된다. 여기에서, 도 10을 참조하면 MIT 필름(122)이 금속 상인 경우 약 633nm 파장의 광을 대략 45% 수준으로 투과시킬 수 있으며, 이에 영상 표시광이 약 633nm 파장에 해당하는 경우 약 절반 수준의 광이 hud용 광학계(120)를 투과하고 윈드 쉴드(140)를 경유하여 최종적으로 운전자의 시선으로 입사하게 된다. 이 때, 외부광(예 : 태양광 등)은 금속 상인 MIT 필름(122)의 상부 면에서 반사되어, 윈드 쉴드(140)를 경유하여 운전자의 시선으로 입사하게 된다. 즉, 스위칭 셔터에 광 신호가 인가되어 영상 출력 모드로 동작하는 경우 영상 표시광과 외부광이 운전자의 시선으로 입사하게 된다. Referring to FIG. 5, when an optical signal is applied to the switching shutter from the
도 6을 참조하면, 신호 조절 장치(130)에서 광 신호가 인가되지 않는 경우, 스위칭 셔터의 MIT 필름(122)은 소재의 물성에 의해 절연체 상으로 전이된다. 여기에서, 도 10을 참조하면 MIT 필름(122)이 절연체 상인 경우 약 633nm 파장의 광을 대략 16% 수준으로 투과시킬 수 있으며, 이는 MIT 필름(122)이 금속 상인 경우와 비교하여 약 1/3 수준의 투과율을 나타내는 것으로, 영상 표시광이 약 633nm 파장에 해당하는 경우 영상 출력 모드와 비교하여 약 2/3 수준의 영상 표시광이 차단될 수 있다. 이 때, 외부광(예 : 태양광 등)은 절연체 상인 MIT 필름(122)의 상부 면에서 반사되지 않게 되어, 운전자의 시선으로 외부광의 입사가 차단될 수 있다. 즉, 스위칭 셔터에 광 신호가 인가되지 않는 경우(영상 차단 모드) 영상 표시광의 대부분은 차단되고 외부광은 절연체 상인 MIT 필름(122)에 의해 완전히 차단될 수 있다. Referring to FIG. 6, when an optical signal is not applied to the
이 때, 상술한 바와 같이, 신호 조절 장치(130)가 스위칭 셔터를 영상 출력 모드 및 영상 차단 모드로 순차적으로 동작하도록 제어하되, 영상 출력 모드에서 다음 영상 출력 모드로의 전환이 62.5ms 이하의 시간 범위 내에서 이루어지도록 제어한다면, 운전자가 연속적인 영상으로 인식하도록 할 수 있는 동시에, 영상 차단 모드로 동작하는 시간 동안에 입사되는 외부광은 운전측으로 입사하지 않도록 차단할 수 있어(즉, 영상 출력 모드로 동작하는 시간 이외의 시간 동안 외부광이 운전자 측으로 입사하지 않도록 차단할 수 있어), 외부광에 의한 시인성 저하 현상을 최소화할 수 있다. At this time, as described above, the
이하, 본 발명의 일 실시예에 따라 스위칭 셔터가 영상 차단 모드로 동작하는 경우 그 원리에 대하여 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, the principle of the switching shutter operating in the image cut-off mode according to an embodiment of the present invention will be described in more detail.
본 발명의 일 실시예에 따라 스위칭 셔터가 영상 표시광의 적어도 일부를 차단하는 것은 표면 플라즈몬 공명(SPR, Surface Plasmon Resonance) 현상에 의한 것이다. According to an embodiment of the present invention, the switching shutter blocks at least a part of the image display light due to the surface plasmon resonance (SPR) phenomenon.
표면 플라즈몬 공명(SPR)은 금속과 유전체의 계면에 존재하는 표면 플라즈몬이 입사하는 빛과 공명하는 현상으로, 표면 플라즈몬과 입사광의 공명으로 금속-유전체의 계면을 따라 집단적으로 진동하며 흐르는 표면 플라즈몬 폴라리톤(Surface Plasmon Polaritons, SPPs)이 형성되며, 계면으로부터 수직 방향으로 지수함수적으로 감소되는 전자기장을 띄게 되는 현상을 의미한다. Surface plasmon resonance (SPR) is a phenomenon that resonates with the incident light of a surface plasmon existing at the interface between a metal and a dielectric. The surface plasmon resonance (SPR) is a phenomenon that resonates with a surface plasmon and incident light, (Surface Plasmon Polaritons, SPPs) are formed, and the electromagnetic field is reduced exponentially in the vertical direction from the interface.
도 5를 참조하면, 스위칭 셔터에 신호 조절 장치(130)로부터 광 신호가 인가되는 경우, 스위칭 셔터의 MIT 필름(122)은 소재의 물성에 의해 금속 상으로 전이되며, 나노 구조체 어레이(123)와 MIT 필름(122)은 모두 금속에 해당하므로 이들의 경계면에서 표면 플라즈면 공명 현상이 발생되지 않는다. 5, when an optical signal is applied from the
도 6을 참조하면, 스위칭 셔터에 신호 조절 장치(130)로부터 광 신호가 인가되는 경우, 스위칭 셔터의 MIT 필름(122)은 소재의 물성에 의해 절연체 상으로 전이되며, 금속인 나노 구조체 어레이(123)와 절연체 상인 MIT 필름(122)의 경계면을 따라 표면 플라즈몬 폴라리톤이 발생하게 되며, 발생되는 표면 플라즈몬 폴라리톤에 의하여 하부에서 상부 방향으로 입사되는 입사 표시광의 일부를 흡수하여 차단하게 된다. Referring to FIG. 6, when an optical signal is applied to the switching shutter from the
즉, 도 10에 도시된 금속-절연체 상전이에 따른 투과율의 차이는 표면 플라즈몬 공명 현상의 발생 유무에 따른 것이며, 이는 외부의 물리적 변화(예 : 광 신호의 유무)를 통해 제어될 수 있다. That is, the difference in transmittance according to the metal-insulator phase transition shown in FIG. 10 depends on the occurrence of the surface plasmon resonance phenomenon, which can be controlled through external physical changes (e.g., presence or absence of optical signals).
한편, MIT 필름(122)의 금속-절연체 상전이 시간은 1ps 이하 수준이며, 표면 프라즈몬 폴라리톤의 붕괴 시간(decay time)은 100ps 이하 수준으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 셔터의 영상 출력 모드-영상 차단 모드의 전환 시간은 표면 플라즈몬 폴라리톤의 붕괴 시간에 의하여 결정될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 62.5ms 이하 범위에서 스위칭 셔터의 출력 모드가 전환될 수 있다면 운전자는 영상 정보를 연속적인 영상으로 인식할 수 있으므로 영상 출력 모드-영상 차단 모드의 전환 시간은 무시할 수 있는 수준이며, 수 ms 수준의 외부 광의 제어를 통한 영상 출력 모드 및 영상 차단 모드 각각의 동작 시간만을 고려하면 충분할 것이다. On the other hand, the metal-insulator phase transition time of the
일 실시예에서, 영상 출력 장치(110)는 베이스 기판(121의 하부면에 밀착하여 구성될 수 있다. 종래 HUD 시스템은 광원과 광학계가 일정 거리 간격을 형성하며 구성됨에 따라 전체 HUD 시스템의 부피가 증가되는 문제점이 있었다. 본 발명에 따른 HUD용 광학계(120)는 광원(영상 표시 장치)와 밀착하여 구성되더라도 상술한 동작이 가능함에 따라 광원(영상 표시 장치)과 광학계의 일체화를 실현할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 HUD용 광학계(120)는 초소형(마이크로 수준)으로 설계가 가능함에 따라 전체 HUD 시스템(100)의 부피는 종래 기술과 비교하여 대폭 감소될 수 있어, HUD 시스템이 적용될 수 있는 장치의 설계시 설계 자유도를 향상시킬 수 있다. In one embodiment, the
이하, 본 발명의 일 실시예에 따라, HUD용 광학계(120)가 이미지 확대 모드 또는 이미지 집속 모드로 동작하는 구조에 대하여 도 4 및 8을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, a structure in which the
일 실시예에서, 베이스 기판(121)은 영상 표시광이 입사되는 일측 방향의 형상면이, 타측 방향으로 오목한 입체 형상을 가지도록 형성될 수 있다. 도 4를 참조하면, 베이스 기판(121)은 영상 출력 장치(110)가 위치하는 하부 방향의 형상면이 상부 방향으로 오목한 입체 형상을 가지도록 형성될 수 있다. 여기에서, 베이스 기판(121)이 상부 방향으로 오목한 입체 형상을 가지도록 형성되는 경우, HUD용 광학계(120)는 이미지 확대 모드로 동작할 수 있다. In one embodiment, the
도 11은 하기의 조건에 따라 수행된 전산 모사 결과를 나타내는 참조도이다. 11 is a reference diagram showing the result of computer simulation performed in accordance with the following conditions.
나노 구조체 어레이의 이격 주기 : 100 nmSeparation period of nanostructure array: 100 nm
나노 구조체 어레이의 fill factor : 0.3Fill factor of nanostructure arrays: 0.3
나노 구조체 어레이의 두께 : 20 nmThickness of the nanostructure array: 20 nm
베이스 기판의 반경 : 4.5 umRadius of base substrate: 4.5 um
도 11(A)를 참조하면, 베이스 기판(121)이 상부 방향으로 오목한 입체 형상을 가지도록 형성되는 경우, MIT 필름(122)이 금속 상으로 전이되어 스위칭 셔터가 영상 출력 모드로 동작할 때, 영상 표시광이 상부 방향으로 소정의 각도를 가지고 퍼지며 출력되는 것을 확인할 수 있다. 한편 도11(B)를 참조하면 MIT 필름(122)이 절연체 상으로 전이되어 스위칭 셔터가 영상 차단 모드로 동작하는 경우에는 영상 표시광의 대부분이 차단됨을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 11A, when the
일 실시예에서, 베이스 기판은 MIT 필름(122)의 하부면에 형성되며, 영상 표시광이 입사되는 일측 방향의 형상면이, 타측 방향으로 오목한 입체 형상을 가지도록 형성되는 제1 베이스 기판(121-1)과, 제1 베이스 기판(121-1)의 하부면에 형성되며, 타측 방향의 형상면이, 타측 방향으로 볼록한 형상을 가지며 제1 베이스 기판(121-1)의 형상과 대응되도록 형성되는 제2 베이스 기판(121-2)을 포함하여 구성될 수 있다. 도 8을 참조하면, 제1 베이스 기판(121-1)은 하부 방향의 형상면이 상부 방향으로 오목한 입체 형상을 가지도록 형성되고, 제2 베이스 기판(121-2)은 타측 방향으로 볼록한 형상을 가지되 제1 베이스 기판(121-1)의 형상과 대응되도록 형성될 수 있다. In one embodiment, the base substrate is formed on the lower surface of the
여기에서, 베이스 기판이 상기와 같이 구성되는 경우, HUD용 광학계(120)는 이미지 집속 모드로 동작할 수 있다. Here, when the base substrate is configured as described above, the
일 실시예에서, 제1 베이스 기판(121-1)의 굴절률은 제2 베이스 기판(121-2)의 굴절률보다 낮은 소재로 형성될 수 있다. 여기에서, 제1 베이스 기판(121-1)은 물, SiO2 및 굴절률 1.5 이하의 오일(Oil) 중 어느 하나로 형성되고, 제2 베이스 기판(121-2)은 Al2O3, SiN 및 굴절률이 1.5를 초과하는 오일(Oil) 중 어느 하나로 형성될 수 있다. In one embodiment, the refractive index of the first base substrate 121-1 may be less than the refractive index of the second base substrate 121-2. Here, the first base substrate 121-1 is water, SiO 2, and a refractive index of 1.5 or less is formed in any of five days (Oil) one, the second base substrate 121-2 are Al 2 O 3, SiN and the refractive index (Oil) exceeding 1.5 may be formed.
도 12은 하기의 조건에 따라 수행된 전산 모사 결과를 나타내는 참조도이다. 12 is a reference diagram showing a result of computer simulation performed under the following conditions.
나노 구조체 어레이의 이격 주기 : 100 nmSeparation period of nanostructure array: 100 nm
나노 구조체 어레이의 fill factor : 0.3Fill factor of nanostructure arrays: 0.3
나노 구조체 어레이의 두께 : 20 nmThickness of the nanostructure array: 20 nm
제1 베이스 기판의 반경 : 4.5 umRadius of first base substrate: 4.5 um
제1 베이스 기판 : water(굴절률 1.33)First base substrate: water (refractive index 1.33)
제2 베이스 기판 : Al2O3(굴절률 1.714)Second base substrate: Al 2 O 3 (refractive index: 1.714)
도 12(A)를 참조하면, 베이스 기판이 도 8에 도시된 형상을 가지는 제1 및 제2 베이스 기판으로 형성되는 경우, MIT 필름(122)이 금속 상으로 전이되어 스위칭 셔터가 영상 출력 모드로 동작할 때, 영상 표시광이 상부 방향으로 소정의 각도를 가지고 집속되며 출력되는 것을 확인할 수 있다. 한편 도12(B)를 참조하면 MIT 필름(122)이 절연체 상으로 전이되어 스위칭 셔터가 영상 차단 모드로 동작하는 경우에는 영상 표시광의 대부분이 차단됨을 확인할 수 있다. 12 (A), when the base substrate is formed of the first and second base substrates having the shapes shown in FIG. 8, the
즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 베이스 기판의 설계 구조에 따라 영상 표시광을 확대하거나 축소하여 출력할 수 있어, HUD 시스템(100)이 탑재될 수 있는 다양한 장치(예 : 차량 등)에 유연하게 적용이 가능하다. That is, according to one embodiment of the present invention, the image display light can be enlarged or reduced according to the design structure of the base substrate, and can be output to various devices (e.g., a vehicle, etc.) on which the
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the relevant art that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. The appended claims are to be considered as falling within the scope of the following claims.
10 : 종래의 HUD 시스템
11 : 영상 출력 장치
12 : 반사 미러
13 : 윈드 쉴드
100, 200 : HUD 시스템
110 : 영상 출력 장치
120 : HUD용 광학계
130 : 신호 조절 장치
140 : 윈드 쉴드
150 : 반사 미러
121 : 베이스 기판
121-1 : 제1 베이스 기판
121-2 : 제2 베이스 기판
122 : MIT 필름
123 : 나노 구조체 어레이
124 : 보호 필름10: Conventional HUD system
11: Video output device
12: reflection mirror
13: Windshield
100, 200: HUD system
110: Video output device
120: Optical system for HUD
130: Signal conditioning device
140: Windshield
150: reflection mirror
121: Base substrate
121-1: a first base substrate
121-2: a second base substrate
122: MIT film
123: Nano structure array
124: protective film
Claims (15)
양의 유전율을 가지는 베이스 기판; 및
상기 베이스 기판의 상부면에 형성되며, 외부에서 인가되는 물리적 신호의 변화에 따라 상기 영상 표시광의 투과량을 변화시키는 스위칭 셔터;
를 포함하며,
상기 스위칭 셔터는
상기 베이스 기판의 상부면에 형성되며, 외부에서 인가되는 물리적 신호의 변화에 따라 금속 상(metal phase) 또는 절연체 상(insulator phase)으로 상전이(phase transition)되는 MIT(Metal-Insulator Transition material) 필름; 및 음의 유전율을 가지며, 일정 단면적을 가지고 상기 MIT 필름의 상부 면에 형성되는 나노 구조체 어레이;를 포함하는 HUD용 광학계.
An optical system for a HUD (HUD), which is located on a traveling path of image display light,
A base substrate having a positive dielectric constant; And
A switching shutter which is formed on an upper surface of the base substrate and changes a transmission amount of the image display light according to a change of a physical signal applied from outside;
/ RTI >
The switching shutter
A metal-insulator transition material (MIT) film formed on an upper surface of the base substrate and phase-transitioning to a metal phase or an insulator phase according to a change in a physical signal applied from the outside; And an array of nanostructures having a negative dielectric constant and formed on the top surface of the MIT film with a certain cross-sectional area.
외부에서 인가되는 광, 온도 및 압력 중 적어도 하나의 변화에 따라 금속 상 또는 절연체 상으로 상전이되는 것을 특징으로 하는 HUD용 광학계.
The method of claim 1, wherein the MIT film comprises
Wherein the phase shifts to a metal phase or an insulator phase according to at least one change in light, temperature and pressure applied from the outside.
외부에서 인가되는 물리적 신호의 변화에 따라, 상기 MIT 필름이 금속 상으로 전이되면 상기 영상 표시광을 투과시키는 영상 출력 모드로 동작하고, 상기 MIT 필름이 절연체 상으로 전이되면 상기 영상 표시광의 적어도 일부를 차단하는 영상 차단 모드로 동작하는 것을 특징으로 하는 HUD용 광학계.
The apparatus of claim 1, wherein the switching shutter
When the MIT film is transferred to a metal phase, the image display mode operates in an image output mode in which the image display light is transmitted when the MIT film is transferred to the insulator, Wherein the optical system is operated in a video interrupting mode for interrupting a video signal.
상기 외부에서 인가되는 물리적 신호가 기설정된 주기 단위로 제어됨에 따라, 영상 출력 모드 및 영상 차단 모드로 순차적으로 동작하되, 영상 출력 모드에서 다음 영상 출력 모드로의 전환은 62.5ms 이하의 시간 범위 내에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 HUD용 광학계.
The apparatus of claim 4, wherein the switching shutter
The external signal is sequentially controlled in the video output mode and the video interruption mode as the externally applied physical signal is controlled in units of a predetermined period and the transition from the video output mode to the next video output mode is performed within a time range of 62.5 ms or less And the optical system for HUD.
일정 주기 단위로 이격 배열되는 것을 특징으로 하는 HUD용 광학계.
2. The nanostructure array of claim 1,
Wherein the optical system is spaced apart by a predetermined period.
금(Au), 은(Ag) 및 알루미늄(Al) 중 어느 하나의 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는 HUD용 광학계.
2. The nanostructure array of claim 1,
And is formed of any one material of gold (Au), silver (Ag), and aluminum (Al).
VO2 소재의 박막 필름으로 형성되는 것을 특징으로 하는 HUD용 광학계.
The method of claim 1, wherein the MIT film comprises
Wherein the optical system is formed of a thin film of VO 2 material.
상기 영상 표시광이 입사되는 일측 방향의 형상면이, 타측 방향으로 오목한 입체 형상을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 HUD용 광학계.
The semiconductor device according to claim 1, wherein the base substrate
Wherein a shape surface of one side in which the image display light is incident is formed to have a concave three-dimensional shape in the other direction.
상기 스위칭 셔터의 하부면에 형성되며, 상기 영상 표시광이 입사되는 일측 방향의 형상면이, 타측 방향으로 오목한 입체 형상을 가지도록 형성되는 제1 베이스 기판; 및
상기 제1 베이스 기판의 하부면에 형성되며, 타측 방향의 형상면이, 타측 방향으로 볼록한 형상을 가지며 상기 제1 베이스 기판의 형상과 대응되도록 형성되는 제2 베이스 기판;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 HUD용 광학계.
The semiconductor device according to claim 1, wherein the base substrate
A first base substrate formed on a lower surface of the switching shutter and having a shape in one direction in which the image display light is incident has a concave shape in the other direction; And
A second base substrate formed on the lower surface of the first base substrate, the second base substrate having a shape in the other direction and having a convex shape in the other direction and corresponding to the shape of the first base substrate;
And an optical system for the HUD.
제1 베이스 기판의 굴절률은 제2 베이스 기판의 굴절률보다 낮은 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는 HUD용 광학계.
11. The method of claim 10,
And the refractive index of the first base substrate is lower than the refractive index of the second base substrate.
제1 베이스 기판은 물, SiO2 및 굴절률 1.5 이하의 오일(Oil) 중 어느 하나로 형성되고,
제2 베이스 기판은 Al2O3, SiN 및 굴절률이 1.5를 초과하는 오일(Oil) 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 HUD용 광학계.
12. The method of claim 11,
The first base substrate is formed of any one of water, SiO 2, and oil having a refractive index of 1.5 or less,
And the second base substrate is formed of any one of Al 2 O 3 , SiN, and oil having a refractive index of more than 1.5.
상기 영상 표시광의 진행 경로 상에 위치하며, 외부에서 인가되는 물리적 신호의 변화에 따라 상기 영상 표시광의 투과량을 변화시키는 HUD용 광학계; 및
상기 HUD용 광학계에 기설정된 주기 단위로 물리적 신호를 인가하는 신호 조절 장치;
를 포함하고,
상기 HUD용 광학계는
양의 유전율을 가지는 베이스 기판; 및 상기 베이스 기판의 상부면에 형성되며, 외부에서 인가되는 물리적 신호의 변화에 따라 상기 영상 표시광의 투과량을 변화시키는 스위칭 셔터;를 포함하며,
상기 스위칭 셔터는
상기 베이스 기판의 상부면에 형성되며, 외부에서 인가되는 물리적 신호의 변화에 따라 금속 상(metal phase) 또는 절연체 상(insulator phase)으로 상전이(phase transition)되는 MIT(Metal-Insulator Transition material) 필름; 및 음의 유전율을 가지며, 일정 단면적을 가지고 상기 MIT 필름의 상부 면에 형성되는 나노 구조체 어레이;를 포함하는 HUD 시스템.
A video output device for outputting video display light;
An optical system for HUD which is located on a traveling path of the image display light and changes a transmission amount of the image display light according to a change of an external physical signal; And
A signal adjusting device for applying a physical signal to the optical system for HUD in a predetermined period unit;
Lt; / RTI >
The HUD optical system
A base substrate having a positive dielectric constant; And a switching shutter formed on an upper surface of the base substrate and changing a transmission amount of the image display light according to a change in a physical signal applied from the outside,
The switching shutter
A metal-insulator transition material (MIT) film formed on an upper surface of the base substrate and phase-transitioning to a metal phase or an insulator phase according to a change in a physical signal applied from the outside; And an array of nanostructures having a negative dielectric constant and formed on the top surface of the MIT film with a constant cross-sectional area.
상기 영상 출력 장치는 HUD용 광학계의 베이스 기판의 하부면에 밀착하여 구성되는 것을 특징으로 하는 HUD 시스템.14. The method of claim 13,
Wherein the image output device is formed in close contact with a lower surface of a base substrate of an optical system for a HUD.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170057437A KR101911485B1 (en) | 2017-05-08 | 2017-05-08 | Optical system for head-up display and head-up display system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170057437A KR101911485B1 (en) | 2017-05-08 | 2017-05-08 | Optical system for head-up display and head-up display system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR101911485B1 true KR101911485B1 (en) | 2018-10-25 |
Family
ID=64131668
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020170057437A KR101911485B1 (en) | 2017-05-08 | 2017-05-08 | Optical system for head-up display and head-up display system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101911485B1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004184979A (en) * | 2002-09-03 | 2004-07-02 | Optrex Corp | Image display apparatus |
JP2004271830A (en) | 2003-03-07 | 2004-09-30 | Denso Corp | Display apparatus |
JP2013044836A (en) * | 2011-08-23 | 2013-03-04 | Canon Inc | Video display device |
-
2017
- 2017-05-08 KR KR1020170057437A patent/KR101911485B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004184979A (en) * | 2002-09-03 | 2004-07-02 | Optrex Corp | Image display apparatus |
JP2004271830A (en) | 2003-03-07 | 2004-09-30 | Denso Corp | Display apparatus |
JP2013044836A (en) * | 2011-08-23 | 2013-03-04 | Canon Inc | Video display device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7922373B2 (en) | Image display apparatus including a controller that controls a light amount regulating film based on an amount of extraneous light received by a light receiving element | |
EP3301502B1 (en) | Display device, display method and display medium | |
JP5499985B2 (en) | Display assembly | |
KR101759945B1 (en) | Display Device | |
JP6437532B2 (en) | Data display glasses with anti-glare screen | |
US9223152B1 (en) | Ambient light optics for head mounted display | |
US20100073579A1 (en) | Optical member, display device using the optical member and movable body using the display device | |
JP7377609B2 (en) | heads up display device | |
US20240219737A1 (en) | Display device | |
US20140198368A1 (en) | High Gain Display Screen with Rotated Microlens Array | |
US10732407B1 (en) | Near eye head up display system and method with fixed combiner | |
CN106707531A (en) | Display device and wearable device | |
JP5700105B2 (en) | Display assembly | |
KR101911485B1 (en) | Optical system for head-up display and head-up display system | |
JP7040094B2 (en) | Head-up display device | |
KR101911488B1 (en) | Combiner attached to windshield for head-up-display | |
KR20210060183A (en) | Head up display device | |
US12072535B2 (en) | Display device | |
CN112444976A (en) | Head-up display device, imaging system and vehicle | |
JPH0596974A (en) | Display device for vehicle | |
US20230004001A1 (en) | Method for improving the image quality of a hud system, a polarizing element, and a hud system comprising such a polarizing element | |
CN109324412B (en) | Stray light eliminating device, vehicle-mounted head-up display and dustproof cover thereof | |
JP2022170640A (en) | Display device having transmittance control unit | |
JPH08169260A (en) | Display system and head-up display device | |
KR20160048571A (en) | Display Device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |