KR102511802B1 - 조합기 헤드-업 디스플레이 상에서 이중 이미지들을 억제하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

조합기 헤드-업 디스플레이 상에서 이중 이미지들을 억제하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

헤드-업 디스플레이 시스템 및 방법은 조합기의 후면 표면으로부터 굴절된 이미지의 반사를 제거하거나 감소시킴으로써 조합기로부터 이중 이미지들을 억제하도록 제공된다. 조합기는 굴절된 편광된 프로젝터 이미지의 투과율 및 후속 반사율을 감쇄하지만, 순방향 외부 장면 상에 대한 높은 투과율을 유지하는 경사축 편광 구조를 포함한다.

Description

조합기 헤드-업 디스플레이 상에서 이중 이미지들을 억제하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SUPPRESSING DOUBLE IMAGES ON A COMBINER HEAD-UP DISPLAY}
본 발명은 일반적으로 헤드-업 디스플레이(HUD; head-up display)에 관한 것으로, 더 구체적으로 조합기(combiner)로부터 이중 이미지들을 억제(감소 또는 제거)하는 HUD에 관한 것이다.
헤드-업 디스플레이들(HUDs)은 항공 우주 산업에서 점점 더 대중화되어 가고 있다. 알려진 HUD들은 일반적으로 적어도 프로젝터, 조합기, 및 이미지 생성기를 포함한다. 프로젝터는 이미지 생성기로부터 공급된 이미지들을 수신하고, HUD는 일반적으로 무한대 또는 다른 먼 거리인 것으로 인식되는 이미지를 생성하기 위해 볼록 렌즈 또는 오목 미러와 같은 광학 시준기를 포함할 것이다.
조합기는 시야 및 투사된 무한한 이미지를 동시에 보는 방식으로 프로젝터에 의해 투사된 이미지를 반사한다. 조합기는 일반적으로 매우 정밀하게 설계되고 제어된 광학 요소이고, 평평하거나 굴곡질 수 있다. 일부 조합기들은 또한 프로젝터로부터 그 위로 투사된 광의 특정 파장을 반사하면서, 광의 다른 파장이 통과하도록 하는 특수 코팅들을 가질 수 있다.
전형적인 종래 기술의 HUD들은 일반적으로 항공 전자 공학 용도를 위한 성능 요건들을 충족하기 위해 복잡한 광학기기들에 의존한다. 이들 성능 요건들은 조종사 또는 다른 사용자의 양쪽 눈을 수용할 정도로 충분히 큰 배출 동공 또는 헤드 박스에 걸쳐 정밀한 각도 제어 및 균일성을 포함한다. 일례로, 부피가 큰(bulky) 오버헤드 유닛(OHU)의 크기, 중량 및 비용은 요구된 성능 레벨들에 의해 큰 정도로 구동될 수 있다.
도 1을 참조하면, 예를 들어 항공기에 포함된 바와 같이 알려진 HUD(100)는 프로젝터(102), 조합기(104), 예를 들어 항공기의 앞유리(windscreen)에 근접한 부분적으로 반사 요소를 포함하고, 이 조합기는 이미지들(113 및 116)을 수신기(106), 예를 들어 사람의 눈으로 향하게 한다. 전형적인 항공기 HUD에서, 조합기(104)는 일반적으로 매우 정밀하게 설계되고 제어된 개별적인 광학 요소이고, 전면, 또는 내부의 표면(108), 및 후면, 또는 외부 표면(110)을 포함한다. 프로젝터(102)는 이미지(112)를 전면 표면(108) 상으로 투사하고, 원하는 이미지(113)는 수신기(106)쪽으로 역반사되고, 이미지(112)의 일부는 조합기(104)를 통해 전파하여, 잠재적으로 바람직하지 않은 이미지(116)로서 후면 표면(110)으로부터 반사된다. 이미지들(113 및 116)은, 전면 표면(108)에 대해 후면 표면(110)의 반사도를 감소시키거나 2개의 반사된 이미지들을 효율적으로 정렬하기 위한 조치들이 취해지지 않으면 이중 이미지를 수신기(106)에 제공할 수 있다. 외측 뷰(118)는 후면 표면(110)에서 조합기(104)에 들어가고, 조합기(104)를 통해 반사된 HUD 이미지들(113 및 116)과 조합된 수신기(106)에 전파한다. 조합기(104)가 이 예에서 앞유리 또는 바람막이(windshield)와 분리되고 이에 근접한 광학 요소로서 기재되었지만, 특정한 차량 HUD 구성들, 가장 특히 자동차 HUD들은 개별적인 요소를 이용하기 보다는 조합기로서 앞유리 또는 바람막이를 이용할 수 있다. 이들은 또한 다중의 가시적 반사된 이미지들의 가능성을 수반할 것이다.
매우 자주, 특히 굴곡진 조합기들을 통해, 조심스럽게 설계되고 증착된 코팅들은 전면 및 후면 표면들에 도포될 수 있다. 이들 코팅들을 선택하는데 많은 목적들이 있다. 하나의 전형적인 목적은 HUD 상(imagery)의 적절한 반사를 제공하면서, 동시에 순방향 장면의 높은 "비침(see-through)" 투과율을 유지하는 것이다. 부분적으로 반사하는 코팅들은 일반적으로 표면들 중 하나, 가장 일반적으로 전면 표면 상에 도포된다. 다른 목적들은 HUD 반사의 휘도를 극대화하면서, 순방향 장면에 대한 컬러 색조(color tinting)를 최소화하는 것을 포함할 수 있다. 또 다른 목적은 조합기의 후면 표면으로부터의 반사와 연관된 임의의 바람직하지 않은 시각적 아티팩트들(artifacts)을 최소화하기 위한 것일 수 있다. 일례로, 조합기 표면은 좁은 대역의 반사 다중층 간섭 코팅을 가질 수 있고, 후면 표면은 일부 유형의 반사 방지 코팅을 가질 수 있다. 하지만, 조합기로서 차량 바람막이 또는 앞유리를 이용할 때, 그러한 후면 코팅의 실용성 및 효율은 예를 들어 비 또는 다른 오염 구성(buildup)으로 인해 영향을 받을 수 있다.
이에 따라, 조합기의 후면 표면으로부터 HUD 디스플레이의 반사를 제거하거나 감소함으로써 조합기로부터 이중 이미지들을 억제하는 HUD를 제공하는 것이 바람직하다. 더욱이, 예시적인 실시예들의 다른 바람직한 특성들 및 특징들은 첨부도들 및 이전의 기술적 분야 및 배경과 연계하여 취해진, 후속하는 상세한 설명 및 첨부된 청구항으로부터 명백해질 것이다.
HUD 시스템 및 방법은 조합기의 후면(외부) 표면에 의해 HUD 이미지의 반사를 제거하거나 감소시킨다.
예시적인 실시예에서, 투사된 이미지를 외부 장면 이미지 상에 중첩하기 위한 헤드-업 디스플레이 시스템으로서, 헤드-업 디스플레이 시스템은 제 1 표면 및 제 2 표면을 갖고 단축 흡수 편광 구조를 포함하는 조합기와; 편광된 광을 조합기 상에 투사하도록 구성된 편광된 이미지 생성 시스템을 포함하고, 단축 흡수 편광 구조는 국부흡수 축을 갖고, 제 1 표면을 정의하기 위한 조합기 상에, 또는 제 1 표면과 후면 표면 사이의 조합기 내에 배치되고, 국부 흡수 축은 각 지점에서 조합기를 통해 헤드-업 디스플레이 시스템을 위한 설계 눈 지점(design eye point)으로 투과된 외부 장면 이미지의 전파 방향으로 실질적으로 정렬되고, 조합기는 이미지 생성 시스템으로부터의 편광된 광의 제 1 부분을 제 1 표면으로부터 헤드-업 디스플레이 시스템을 위한 설계 눈 지점쪽으로 반사하도록 구성되고, 단축 흡수 편광 구조는 이미지 생성 시스템으로부터 편광된 광의 제 2 부분을 실질적으로 흡수하도록 구성된다.
다른 예시적인 실시예에서, 헤드-업 디스플레이 시스템은 제 1 표면 및 제 2 표면을 갖고 제 1 이미지가 제 1 방향으로 통과하도록 하기 위해 구성된 투명 층과; 제 1 표면 중 하나 상에 또는 투명 층 내에 배치된 편광 층으로서, 제 1 표면은 표면의 각 지점에서 접선 평면을 정의하고, 편광 층은 접선 평면에 대해 비-제로(non-zero) 각도로 단축 흡수 축을 가져, 투명 층을 통과하고 제 2 표면을 반사함으로써 생성된 굴절된 이미지를 억제하도록 구성된, 편광 층과; 편광된 이미지를 조합기 상에 투사하도록 구성된 편광된 이미지 생성 시스템으로서, 반사된 이미지 및 제 1 이미지는 제 1 방향으로 조합되는, 편광된 이미지 생성 시스템을 포함한다.
또 다른 예시적인 실시예에서, 방법은 편광된 이미지 생성 시스템으로부터 편광된 이미지를 조합기와 연관되게 배치된 편광 구조 상에 투사하는 단계로서, 편광된 이미지의 제 1 부분은 편광 구조에 도달하기 전에 조합기의 제 1 표면에 의해 제 1 방향으로 반사되는, 투사 단계와; 편광 구조를 통과할 때 편광된 이미지의 제 2 부분을 감쇄함으로써 조합기의 제 2 표면으로부터 반사된 굴절된 편광된 이미지의 제 2 부분을 감소하는 단계와; 비-편광된 이미지가 편광 구조에 의해 편광되지 않고도 반사된 제 1 부분의 방향으로 편광 층 및 조합기를 통과하도록 하는 단계를 포함한다.
본 발명은, 유사한 도면 부호가 유사한 요소들을 나타내는 다음의 도면들과 연계하여 이 후에 설명될 것이다.
도 1은 항공기 또는 다른 차량에서의 사용에 적합한 알려진 HUD 시스템을 도시한 도면.
도 2는 이중 이미지들을 억제하는 HUD 시스템의 제 1 예시적인 실시예를 도시한 도면.
도 3은 이중 이미지들을 억제하는 HUD 시스템의 제 2 예시적인 실시예를 도시한 도면.
도 4는 이중 이미지들을 억제하는 HUD 시스템의 제 3 예시적인 실시예를 도시한 도면.
도 5는 이중 이미지들을 억제하는 HUD 시스템의 제 4 예시적인 실시예를 도시한 도면.
도 6은 이중 이미지들을 억제하는 조합기의 예시적인 실시예를 도시한 도면.
도 7은 이중 이미지들을 억제하는 조합기 시스템의 다른 예시적인 실시예를 도시한 도면.
도 8은 예시적인 실시예들에 따른 예시적인 방법을 도시한 흐름도.
다음의 상세한 설명은 특성에 있어서 단지 예시적이고, 본 주제의 실시예들 또는 본 출원 및 그러한 실시예들의 이용들을 한정하도록 의도되지 않는다. 본 명세서에 예시적으로 기재된 임의의 구현은 다른 구현들에 비해 바람직하거나 유리한 것으로 반드시 해석될 필요는 없다. 더욱이, 이전 기술 분야, 배경, 간략한 요약, 또는 다음의 상세한 설명에 제공된 임의의 표현되거나 암시된 이론에 의해 구속되도록 의도되지 않는다.
본 문헌에서, 제 1 및 제 2 등과 같은 상대적인 용어들은 그러한 개체들 또는 액션들 사이에서 임의의 실제 그러한 관계 또는 순서를 요구하거나 암시하지 않고도 다른 개체 또는 액션으로부터 하나의 개체 또는 액션을 구별하는데만 사용될 수 있다. "제 1", "제 2", "제 3" 등과 같은 수치적 서수는 복수의 것 중 상이한 단일의 것을 간단히 나타내고, 청구항 언어에 의해 특별히 한정되지 않으면, 임의의 순서 또는 시퀀스를 암시하지 않는다. 임의의 청구항들에서 문장의 시퀀스는, 청구항의 언어에 의해 특별히 한정되지 않으면, 프로세스 단계들이 시간적 또는 논리적 순서로 수행되어야 한다는 것을 암시하지 않는다. 프로세스 단계들은, 그러한 상호 교환이 청구항 언어와 모순되지 않고 논리적으로 무의미하지 않는 한 본 발명의 범주에서 벗어나지 않고도 임의의 순서로 상호 교환될 수 있다.
명백함을 위해, 광학 시스템에 관련된 종래의 기술들, 및 특정 시스템들 및 서브시스템들( 및 개별적인 동작 구성요소들)의 다른 기능적 양상들은 본 명세서에 구체적으로 기재되지 않을 것이다. 많은 대안 또는 추가 기능적 관계들 또는 물리적 연결들이 주제의 실시예에 존재할 수 있다는 것이 주지되어야 한다.
본 명세서에 기재된 실시예들이 항공기 HUD 시스템들에 특정되지만, 본 발명의 주제의 원리들이 해상 운행하는 선박들 및 자동차들에서의 HUD들과 같은 다른 차량 디스플레이 디스플레이들에 적용될 수 있고, 이미지들의 일부 또는 전부가 가시광 이외의 주파수로서 전송될 수 있다는 것이 인식되어야 한다.
기술들 및 테크놀로지들은 기능 및/또는 블록 구성요소들에 관해, 그리고 다양한 계산 구성요소들 또는 디바이스들에 의해 수행될 수 있는 동작들의 심볼 표현들, 처리 작업들, 및 기능들을 참조하여, 본 명세서에 기재될 수 있다. 그러한 동작들, 작업들, 및 기능들은 종종 컴퓨터-실행되고, 컴퓨터화되고, 소프트웨어-구현되거나, 컴퓨터-구현되는 것으로 언급된다. 사실상, 하나 이상의 프로세서 디바이스들은 시스템 메모리에서의 메모리 장소들에서 데이터 비트를 나타내는 전기 신호를 조절함으로써 기재된 동작들, 작업들 및 기능들 뿐 아니라 신호의 다른 처리를 수행할 수 있다. 도면들에 도시된 다양한 블록이 규정된 기능들을 수행하도록 구성된 임의의 수의 하드웨어, 소프트웨어, 및/또는 펌웨어 구성요소들에 의해 실현될 수 있다는 것이 인식되어야 한다.
본 설명의 코스 동안, 유사한 도면 부호들은 다양한 예시적인 실시예뜰을 도시하는 상이한 도면들에 따라 요소들을 식별하는데 사용될 수 있다.
도 2를 참조하면, HUD 시스템(200)의 일실시예의 기능 블록도가 도시되고, 편광된 이미지 생성 시스템(201)과, 전면 표면(208)에 인접하게 위치된 편광 층(205)을 갖는 조합기(204)를 포함한다. 편광 층(205)이 이 예시적인 실시예에서 조합기(204)의 전면 표면에 인접하게 위치되지만, 편광 층(205)은 대안적으로 조합기 내의 어디에나 형성되거나 분배될 수 있다. 편광된 이미지 생성 시스템(201)은 예를 들어, 편광된 이미지(212)를 투사하기 위해 프로젝터(202) 및 편광기(편광 필터)(203)를 포함할 수 있다.
이러한 예시적인 실시예에서, 조합기(204)는 항공기에서의 앞유리이고; 하지만, 다른 예시적인 실시예들에서, 조합기(204)는 바람을 편향시키는 것 외에 다른 목적들을 위해 사용될 수 있는 투명 층일 수 있다. 예시적인 실시예들에 따라, 조합기(204)는 운영자에 의해 시청가능한 포맷으로 텍스처, 그래픽, 및/또는 상 정보를 렌더링하는데 적합한 다수의 알려진 조합기들, 또는 이후에 개발되는 조합기들 중 임의의 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 기재된 구성들의 추가 이익들은 HUD 이용을 위해 기재된 이익들 외에도 고려될 수 있다.
프로젝터(202)는 사용자가 원하는 투사 정보, 예를 들어 항공기 산업 환경에 사용될 때 비행 파라미터들 또는 조건들에 관한 정보의 함수를 구현하도록 다양하게 구성될 수 있다. 특히, HUD 시스템(200)은 주 항공기를 위한 현재 비행 상태 데이터를 처리하도록 구성될 수 있다. 이러한 관점에서, 비행 상태 데이터의 소스들은 주 항공기의 동작 상태에 관련된 상이한 유형들의 데이터를 생성, 측정, 및/또는 제공하고, 주 항공기에서의 환경은 동작 상태, 비행 파라미터들 등이다. 비행 상태 데이터의 소스들에 의해 제공된 데이터는 제한 없이, 대기 속도 데이터; 지상 속도 데이터; 고도 데이터; 피치 데이터 및 롤 데이터를 포함하는 비행 자세(attitude) 데이터; 요(yaw) 데이터; GPS 데이터와 같은 지리적 위치 데이터; 시간/날짜 정보; 진로(heading) 정보; 날씨 정보; 비행 경로 데이터; 트랙 데이터; 레이더 고도 데이터; 지리학적 고도 데이터; 풍속 데이터; 풍향 데이터 등을 포함할 수 있다.
프로젝터(202)가 다양하게 구현될 수 있고, 등각-가능(conformal-capable)할 수 있다는 것이 인식될 것이다. 본 명세서에 사용된 "등각-가능"이라는 용어는, 기재된 실시예(들)가 조합기 또는 다른 이미지 조합기 요소를 통해 관찰가능한 순방향 장면에 실질적으로 등각인 상을 디스플레이하도록 구성될 수 있지만, 시스템이 또한 외부 장면에 거의 비치지 않거나 전혀 비치지 않는 비-등각 모드들 및 응용들 뿐 아니라 구성들에 사용될 수 있다는 것을 나타낸다.
편광기(203)는 이미지(212)의 전자기 복사선을 편광하기 위해 프로젝터(202)에 걸쳐 위치되거나 그렇지 않으면 이와 조합된다. 대안적으로, 편광기(203)는, 편광된 이미지(212)가 편광된 이미지 생성 시스템(201)에 의해 고유하게 편광되는 경우 생략될 수 있다. 바람직한 편광기(203)가 단축 흡수 편광기 요소이지만, 이것은 한정되는 것으로 의도되지 않고, 다른 유형들의 편광 요소들(예를 들어, 반사, 유전, 및 빔 분할 편광기들, 와이어-그리드 편광기들, 또는 적절한 1/4파 지연 필름들과의 콜레스테릭 편광기들의 조합)은 편광기(203)에 사용될 수 있다.
도 2가 설명의 목적을 위해 그리고 설명의 용이함을 위해 디스플레이 시스템(200)의 간략화된 도면이고, 도 2가 임의의 방식으로 주제의 응용 또는 범주를 한정하도록 의도되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 사실상, 디스플레이 시스템(200)은 종래 기술에 인식되는 바와 같이, 추가 기능들 및 특성들을 제공하기 위해 다수의 다른 디바이스들 및 구성요소들을 단독으로 또는 추가 시스템들과 조합하여 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따라, 본 명세서에 기재된 장치 및 방법은, 일반적으로 편광이 2차원 파라미터가 아닌 3차원 파라미터라는 점을 도입한다. 도 2는, 순방향 외부 장면으로부터의 광(218)(외측 뷰로서 언급될 수 있음)은 임의의 편광을 갖고, 조합기(204)를 통해 눈(206)으로 투과되고, 반사된 이미지(213)와 조합되는 예시적인 실시예이다. 편광된 이미지 생성 시스템(201)(시준 광학기기는 선택적임)으로부터의 이미지(212)는 조합기(204)쪽으로 향하고, 이미지(212)의 제 1 부분은 눈(206)쪽으로 이미지(213){외측 뷰(218)와 조합하여}로서 반사된다. 제 2 부분(214)("굴절된 광선")은 조합기, 및 조합기의 후면 표면(210)에 의해 반사되는 부분(215)에 들어간다. 반사된 광선(215)이 되는 이러한 굴절된 광선(214)은 잠재적인 이중 이미지, 광선(216)으로서 눈쪽으로 진행할 수 있고; 하지만, 본 명세서에 기재된 본 발명은 제 2 부분(214, 215, 216), 및 이후에 논의되는 바와 같이 이에 따라 이중 이미지를 제거하거나, 실질적으로 감소시킨다. 다양한 도면들이 전면 표면(208)인 것으로 조합기(204)의 반사 표면 또는 구성요소를 도시하지만, 선택적으로 전면 표면 상에 추가 층들이 있을 수 있다는 것이 주지되어야 한다. 조합기의 전면, 또는 반사, 표면이 공기에 대해 경계짓는 외부 표면인 것이 요구되지 않지만, 개시된 실시예들을 통해, 이미지(212)와 연관된 광선이 편광 층(205)에 도달하기 전에 그러한 전면, 또는 반사 표면에 도달할 것임이 고려된다.
도 2가 디스플레이로부터 단일 광선의 경로(들)를 추적하지만, 본 발명은 다중 이미지 문제들에서도 잘 작용한다. 다중 이미지들을 갖는 예에 대해, (시준되지 않은) 이미지 상의 공통 지점으로부터 방출된 2개의 광선이 시청자의 망막 상의 개별적인 위치들에서 어떻게 종료할 수 있는 지를 도시하는 미국 특허 5,013,134의 도 2를 참조하자. 이 특허는 또한 1차 이미지의 상부 위의 고스트(ghost) 이미지를 적어도 각도 및 위치의 특정 범위에 걸쳐 어느 정도로 겹치도록 하는 테이퍼링된(tapered) 바람막이 접근법(도 6을 참조)을 가르친다. 이중 이미지들이 겹치고 서로 중첩하는 다른 잘 확립된 특수한 경우는 평평하고 평행한 표면들로부터 반사하는 잘 시준된 상의 경우이다.
도 2의 실시예는 경사축(209)(짧은 평행한 선들로 표현됨)을 갖는 편광 층(205)을 포함함으로써 다중 이미지 문제를 다룬다. 이러한 조합기(204) 내의 단축 흡수 축에 대해, 경사축(209)과 실질적으로 정렬된 전파 방향을 갖는 임의의 광은 흡수되지 않는데, 이는 광의 양쪽 편광 축들이 경사축(209)에 직교하기 때문이다. 경사축(209)은 편광 층(205)의 평면에 대해 비-제로 각도로 배향된다(또는, 굴곡진 경우, 국부 평면, 또는 그러한 특정한 근처 또는 장소에서 편광 층과 연관된 접선 평면).
하지만, 편광된 이미지 생성 시스템(201)으로부터의 굴절된 광선(214)은 이를 따라 편광된 광의 적어도 일부분을 가질 수 있는데, 즉, 전기장은 경사축(209)에 직교하지 않고, 이를 통해 경사축(209)에 의해 감쇄된다. 예를 들어, 조합기에서의 P-편광 뿐 아니라 경사축(209)의 편광 효율을 뒷받침하는, 편광된 이미지 생성 시스템(201)의 출력 편광을 적합하게 조정함으로써, 제 2 표면(210)의 반사(216)는 효율적으로 감소되거나 제거될 수 있다.
다른 예시적인 실시예에 따라, 경사축 편광기(205)는 도 2에서와 같이 조합기(204)에 적용된 요소이다. 경사축 편광기(205)는 영구적으로 적층될 수 있거나, 대안적으로 조합기(204)의 시청 영역, 또는 선택적으로 조합기(204)의 더 넓은 영역을 커버하는 도포된 필름일 수 있다.
도 3의 예시적인 실시예는 예를 들어, 다중-층 조합기(204) 내부에서, 조합기(204) 내에 침습된 경사축(209)을 갖는 편광기(205)를 포함한다.
또 다른 예시적인 실시예에서, 경사축(209)은 편광 층(205)의 국부 평면에 법선일 수 있는데{도 4를 참조, 여기서 짧은 평행한 선들(209)은 편광 층(205) 평면에 수직이다}, 즉 이것은 설계 눈 지점(DEP)으로부터의 외측 뷰 감쇄가 허용가능하게 남아있는 경우, 외측 뷰에 대한 내부 전파 각도와 완전히 정렬되지 않는 수직 축 또는 z-축이다. 임의의 경우, 굴절된 광선(214)의 외측 뷰(218) 및 반사(215) 모두가 층(205)에 의해 일부 약간의 감쇄를 보지만, 굴절된 광선(214)은 수반된 상세한 설명 및 굴절 각도들 상의 코스에 따라 여전히 상당한 감쇄를 겪을 수 있다.
추가 코팅들은, 어떤 파장 또는 편광이 우선적으로 원하는 반사 표면에 의해 반사되는 지를 선택적으로 변형하기 위해 필름 또는 조합기에/상에 병합될 수 있다. 도 5를 참조하면, 조합기(204)는 편광 층(205) 외에도 코팅들(205' 및 205")을 포함한다. 이것은, 특히 편광된 이미지 생성 시스템(201)의 이미지(212)가 조합기(204) 반사를 위해 P-편광되는 경우 바람직할 수 있다. 대안적으로, 편광 지연 층들(205', 205")은 예를 들어, S-편광을 갖는 입사광을 반사하지만, 더 효율적으로 흡수될 굴정된 광선의 편광을 회전하도록 사용될 수 있다. 유사하게, 지연 층들은 HUD 시스템(200) 내의 영역을 통과하는 광의 편광을 회전하기 위해 경사축 편광기(205)와 조합기(204)의 후면 표면(210) 사이에 추가될 수 있다.
도 6에 도시된 굴곡진 조합기의 예시적인 실시예를 참조하면, 편광 축(209)의 경사는 조합기(024)의 영역을 가로질러 변경될 수 있어서, 그 축은 DEP로부터 각도 범위에 대해 시각 라인과 정렬된다. 유사한 변동은 여러 개의 처음의 도면들에 도시된 평평한 조합기의 경우에도 적용될 수 있다.
경사진 단축 배향을 갖는 단일 편광 층을 도시하는 것 외에, 도 6의 도면은 종래의 편광기 테크놀로지를 이용하는 추가 실시예를 묘사하도록 해석될 수 있다. 경사진 흡수 축으로서 편광 층 내에서 짧은 선들을 해석하기 보다는, 이들 선들은 부피가 큰 층 내에 침습된 종래의 편광기 시트들 또는 섹션들을 나타낼 수 있다. 일례로, 그러한 부피가 큰 층은 수 mm 두께를 가질 수 있다. 유리와 같은 추가 지지 층들은 도 6 또는 도 7에 도시되지 않았지만, 웰(well)로서 존재할 가능성이 있다. 그러한 편광 섹션들이 도시된 바와 같이 선형 축에 직교하지 않는 편광을 갖는 입사광의 부분을 흡수하지만, 이들 편광 섹션들은 시청자의 눈에 실질적으로 투명한 것으로 남아있는데, 이는 이들 광선 방향들 각각이 도시된 바와 같이 선형 축들에 실질적으로 접선인 양쪽 편광들을 가지기 때문이다. 이 실시예는 종래의 편광기들을 이용하여 다중 반사들의 억제를 허용하지만, 동시에 일반적으로 항공기 조종과 같은 특정한 응용들에서 HUD들이 요구된, 예를 들어 80% 투과율 이상의 높은 투과율을 보존한다. 물질들을 조심스럽게 인덱스-매칭(index-match)하고, 산란한 시각적 결점들을 초래할 수 있는 공기 포켓들(air pockets)을 회피하는 것이 중요하다. 시청 기하학적 구조는 시각적 결점들을 방지하기 위해 설계 눈 지점(DEP) 시선(lin-of-sight) 배치를 적절하게 매칭해야 한다. 여기서, DEP는 외측 장면을 볼 때 조종사의 눈(206)에 대한 공칭 장소인 것으로 고려된다.
두께 및 상세한 투사 기하학적 구조에 따라, 이러한 "적층된" 종래의 편광기 구조는 적층된 층들 사이의 인식가능한 분리를 통해 잠재적으로 상당히 산재될 수 있다.
이러한 대안적인 구성은, 종래의 시트들 또는 섹션들의 흡수 축들이 페이지에 법선이어서, S-편광을 갖는 입사 광선을 우선적으로 흡수한다는 것을 고려함으로써 더욱 더 넓게 해석될 수 있다. 하지만, 이 경우에, 외측 순방향 장면의 조합기 투과율에서 밝음 및 어두움 밴드들의 출현을 피하기 위해 층들이 DEP 시선을 매칭하는 것이 더욱 더 중요할 것이다.
여전히 도 6을 참조하여, 또 다른 예시적인 실시예에서, 적층된 층들 각각은 상기 층으로 굴절하는 양쪽 편광들을 실질적으로 흡수하는 교차된 편광기들을 포함할 수 있다. 이를 달성하기 위한 더 간단한 방법은, 침습된 및 적층된 층들, 또는 심지어 섬유들이 편광기-유형의 기능의 필요 없이도 매우 얇고 진한 색조를 띠거나 심지어 불투명한 검은색이 되게 하는 것이다. 이것은 오프-축(off-axis) 전파, 오프-축 처리량을 감소시키기 위한 침습된 루버(louver), 또는 X-선 시준기들 내에 사용된 유사한 솔러(Soller) 슬릿들의 이용과 약간 유사하지만, 전면 표면 HUD 반사와 연계한 유용한 실시예(들)에 관해 상당한 구별들을 갖는다. S-편광을 흡수하는 전술한 스택들에서와 같이, 정렬 허용오차들은, DEP 시선의 높은 투과율 및 최소 투과율 변조가 중요한 경우 엄격할 필요가 있다.
도 7을 참조하면, 예를 들어 도 6의 조정된 경사 각들은 또한 호메오트로픽 편광기의 섹션들 또는 시트들(220)을 이용함으로써 달성될 수 있다. 이 경우에, 개별 시트들은 도 6에서의 종래의 편광기 섹션들의 경우에 비해 대략 90도로 회전되어, 각 섹션의 호메오트로픽 흡수 축은 그 장소에서 공칭 시선과 실질적으로 정렬된다. 그러한 경우에, 굴절된 광선들에 대한 수렴에서 외견 상의 갭들이 없도록 섹션들을 스태거링(stagger)하거나 중첩하는 것이 바람직하다.
편광 층(또는 관련 편광 구조, 이들 중 여러 개가 본 명세서에 개시됨)(205)은 이중-목적의 앞유리/조합기, 또는 앞유리 또는 바람막이로부터 분리되는 조합기 중 어느 하나 상에서 사용하기에 효율적이다. 개별적인 요소인 경우에, 일반적으로 다른 투명 앞유리 구조가 명확히 도시되지 않았지만, 다양한 도 2 내지 도 7에서 조합기(204)의 좌측에 가까이 존재한다. 그러한 개별적인 앞유리와 조합기 사이의 상대 각도들에 따라, 앞유리는 잠재적으로 HUD 상의 추가 다중 반사들에 기여할 수 있지만, 본 발명은, 존재시 그러한 앞유리에 도달하기 전에 광선을 감쇄함으로써 기능하기 때문에 이들 반사를 감쇄하거나 제거한다.
도 1 내지 도 7이 다양한 평평한 및 굴곡진 조합기 영역들을 도시하지만, 대안적인 조합기 곡률들이 또한 고려될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 표면에 의해 정의된 "평면"을 참조할 때, 굴곡진 표면에 대한 대응하는 해석은 참조되는 그 지점에 대한 국부 평면 또는 접선 평면이다.
바람직한 실시예에서, 경사축 구조는 예를 들어, 크게 안정한 다이크로익(dichroic) 염료(들), 또는 요오드-주원료의 구조들(종래의 대부분의 편광 필름들에서와 같이)의 이용에 의해 광도 측정적으로 안정하다. 하지만, 다양한 실시예들은 경사가 변하는 흡수 축을 포함하는 경사진 흡수 축을 갖는 그러한 편광기를 제조하기 위해 가능하다.
일례로서, 적합한 다이크로익 게스트 염료/흡수 물질들을 함유하는 배향가능 주 물질의 가교 결합(또는 건조) 동안 고정되거나 가변적으로 가해진 전계들의 이용과 같이 호메오트로픽으로부터 경사 각을 변형하기 위한 다양한 방법들이 가능하다.
경사를 달성하거나 변형하기 위한 대안적인 방법은 실질적으로 호메오트로픽 편광 필름들에 가해진 기계적 전단 힘의 이용을 통해 이루어질 수 있다. 전단 힘은 넓은 필름 영역에 국부적으로 또는 이에 가로질러 가해질 수 있다. 또 다른 것은 특정 표면에 따르도록 필름을 제작함으로써 이루어진다.
본 발명의 다른 상당한 이점은, 외부 표면(210)에 도달하기 전에 굴절된 광선(214)을 감쇄하기 때문에 외부 표면(210)에 의한 반사의 특징에 의존하지 않는다는 것이다. 예를 들어, 외부 표면(210) 상의 안개 또는 비는 이에 도달하는 HUD 광(212){굴절된 광선(214)으로서}의 산란을 확산하도록 초래할 수 있지만, 이러한 개시된 접근법은 외부 표면(210)에 도달하기 전에 그러한 광(214)을 감쇄한다.
본 명세서에 기재된 방법들은 물론 시청된 이미지의 유효성 및/또는 명백함에 악영향을 주는 바람직하지 않은 반사들을 감소시키기 위해 알려지거나 아직 기재되지 않은 다른 방법들과 연계하여 사용될 수 있다.
도 8은 디스플레이 시스템, 예를 들어 비행 데크 디스플레이 또는 자동차 디스플레이와 함께 사용하기에 적합한 방법(800)의 예시적인 실시예를 도시한 흐름도이다. 예시 목적을 위해, 방법(800)의 다음의 설명은 이전 도면들과 연계하여 전술한 요소들을 언급할 수 있다. 방법(800)이 임의의 수의 추가 또는 대안적인 작업들을 포함할 수 있고, 도 8에 도시된 작업들이 도시된 순서로 수행될 필요가 없고, 방법(800)이 본 명세서에 구체적으로 기재되지 않은 추가 기능을 갖는 더 포괄적인 절차 또는 방법에 병합될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 더욱이, 도 8에 도시된 작업들 중 하나 이상은, 의도된 전체 기능이 원래대로 남아있는 한 방법(800)의 실시예로부터 생략될 수 있다.
도 8의 예시적인 방법에 따라, 방법(800)은 편광된 이미지를 편광된 이미지 생성 시스템으로부터 조합기 내에 배치된 편광 구조 상으로 투사하는 단계(802)로서, 편광된 이미지의 제 1 부분은 편광 구조에 도달하기 전에 조합기에 의해 제 1 방향으로 반사되는, 투사 단계(802)와; 편광 구조를 통과할 때 편광된 이미지의 제 2 부분을 감쇄함으로써 조합기의 후면 표면으로부터 반사되는 굴절된 편광된 이미지의 제 2 부분을 감소시키는 단계(804)와; 비-편광된 이미지가 편광 구조에 의한 편광 없이 조합기 및 편광 층을 통과하도록 하는 단계(806)를 포함한다.
이점들, 다른 장점들, 및 문제들에 대한 해법들은 특정 실시예들에 관해 위에서 기재되었다. 하지만, 임의의 이점, 장점, 또는 해법이 더 명백하게 되거나 발생하도록 할 수 있는 이점들, 장점들, 문제들에 대한 해법들, 및 임의의 요소(들)는 임의의 또는 모든 청구항들의 중요한, 요구된, 또는 본질적인 특징부 또는 요소로서 해석되지 않는다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "포함한다(comprises),", "포함하는(comprising),"의 용어 또는 임의의 다른 변경은 비-배타적인 포함을 커버하도록 의도되어, 요소들의 목록을 포함하는 프로세스, 방법, 물품, 또는 장치가 이들 요소들만을 포함하는 것이 아니고, 그러한 프로세스, 방법, 물품, 또는 장치에 명백히 기술되거나 고유하지 않은 다른 요소들도 포함할 수 있다.
적어도 하나의 예시적인 실시예가 이전의 상세한 설명에 제공되었지만, 다수의 변경들이 존재한다는 것이 인식되어야 한다. 또한 예시적인 실시예 또는 예시적인 실시예들이 단지 예들에 불과하고, 임의의 방식으로 본 발명의 범주, 응용 가능성 또는 구성을 한정하도록 의도되지 않는다는 것이 인식되어야 한다. 오히려, 이전의 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시예를 구현하기 위해 편리한 로드 맵을 당업자에게 제공하고, 다양한 변화들이 첨부된 청구항들에 설명된 본 발명의 범주에서 벗어나지 않고도 예시적인 실시예에 기재된 요소들의 기능 및 배치에서 이루어질 수 있다는 것이 이해된다.

Claims (14)

  1. 투사된 이미지를 외부 장면 이미지 상에 중첩(overlay)하기 위한 헤드-업(head-up) 디스플레이 시스템에 있어서,
    제 1 표면 및 제 2 표면을 갖고, 단축 흡수 편광 구조(uniaxially absorbing polarizing structure)를 포함하는 조합기(combiner)와;
    편광된 광을 상기 조합기 상으로 투사하도록 구성되는, 편광된 이미지 생성 시스템을 포함하고,
    상기 단축 흡수 편광 구조는 국부(local) 흡수 축을 갖고, 상기 제 1 표면을 정의하기 위한 상기 조합기 상에, 또는 상기 제 1 표면과 상기 제 2 표면 사이의 상기 조합기 내에 배치되고, 상기 국부 흡수 축은 상기 제 1 표면에 법선이고, 상기 조합기는 상기 이미지 생성 시스템으로부터의 편광된 광의 제 1 부분을 상기 제 1 표면으로부터 상기 헤드-업 디스플레이 시스템을 위한 설계 눈 지점(design eye point)쪽으로 반사하도록 구성되고, 상기 단축 흡수 편광 구조는 상기 이미지 생성 시스템으로부터의 편광된 광의 제 2 부분을 실질적으로 흡수하도록 구성된 것인, 헤드-업 디스플레이 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 국부 흡수 축은 상기 설계 눈 지점쪽으로 향하는 상기 외부 장면 이미지에 대한 상기 조합기를 통하는 내부 전파 벡터에 평행한 것인, 헤드-업 디스플레이 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 단축 흡수 편광 구조는 상기 외부 장면으로부터 상기 설계 눈 지점쪽으로 전파하는 광선에 대한 각 가시 파장에서 50%보다 큰 투과율을 갖는 것인, 헤드-업 디스플레이 시스템.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 국부 흡수 축은 상기 제 1 및 제 2 표면에 의해 정의된 평면들에 대해 비-제로(non-zero) 각도에 있는 것인, 헤드-업 디스플레이 시스템.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 단축 흡수 편광 구조와 상기 제 1 표면 사이에 배치된 적어도 하나의 반사율 변형 필름을 더 포함하는, 헤드-업 디스플레이 시스템.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 단축 흡수 편광 구조와 상기 제 1 표면 사이에 배치된 적어도 하나의 편광 변형 필름을 더 포함하는, 헤드-업 디스플레이 시스템.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 단축 흡수 편광 구조는 상기 제 1 표면의 국부 평면에 대해 경사진 흡수 축을 갖는 편광 층인 것인, 헤드-업 디스플레이 시스템.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 단축 흡수 편광 구조는 호메오트로픽(homeotropic) 흡수 축을 갖는 편광 층인 것인, 헤드-업 디스플레이 시스템.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 단축 흡수 편광 구조는 하나 이상의 편광기 섹션을 포함하는 것인, 헤드-업 디스플레이 시스템.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 조합기 내의 단축 흡수 편광 구조의 축은 상기 제 1 표면에 법선인 것인, 헤드-업 디스플레이 시스템.
  12. 헤드-업 디스플레이 시스템에 있어서,
    굴곡진 조합기를 포함하고, 상기 굴곡진 조합기는,
    오목한 제 1 표면 및 볼록한 제 2 표면을 갖고, 제 1 이미지가 제 1 방향으로 통과할 수 있도록 구성되는 투명 층과;
    상기 오목한 제 1 표면 상에 배치된 편광 층으로서, 상기 오목한 제 1 표면은 상기 표면의 각 지점에서 접선 평면(tangential plane)을 정의하고, 상기 편광 층은 상기 접선 평면에 대해 비-제로 각도로 단축 흡수 축을 가지며, 그에 의해, 편광된 이미지를 상기 투명 층을 통해 통과시키고 상기 볼록한 제 2 표면으로부터 반사시킴으로써 생성되는, 굴절된 이미지를 억제하도록 구성되는 것인, 상기 편광 층과;
    상기 편광된 이미지를 상기 조합기 상으로 투사하도록 구성되는, 편광된 이미지 생성 시스템을 포함하고,
    반사된 이미지 및 상기 제 1 이미지는 상기 제 1 방향으로 조합되는 것인, 헤드-업 디스플레이 시스템.
  13. 연관된 설계 눈 지점을 갖는 광학 윈도우에 있어서,
    제 1 표면 및 제 2 표면을 갖는 광 투과 요소와;
    상기 제 1 표면과 상기 제 2 표면 사이에서 상기 광 투과 요소 내에 배치된 편광 구조를 포함하고,
    상기 편광 구조는 상기 광 투과 요소 내의 위치에 따라 각각의 흡수 축을 갖는 복수의 중첩된 편광 섹션을 갖고, 상기 광 투과 요소 및 편광 구조는,
    상기 편광 구조에 의해 편광이 실질적으로 변하지 않고서 상기 제 1 표면, 제 2 표면 및 설계 눈 지점을 통해 임의의 편광의 광을 통과시키고;
    상기 편광 구조에 의해 적어도 부분적으로 편광되고 감쇄되도록 상기 제 1 표면, 제 2 표면 및 편광 구조를 통해 광을 통과시키지만 상기 설계 눈 지점은 통과하지 않도록
    구성된 것인, 연관된 설계 눈 지점을 갖는 광학 윈도우.
  14. 제 13항에 있어서,
    편광된 프로젝터를 더 포함하고,
    상기 프로젝터를 빠져나가는 광선의 부분은 상기 편광 구조에 도달하기 전에 상기 설계 눈 지점쪽으로 상기 광학 윈도우에 의해 반사되고,
    상기 편광 구조에 도달하는, 상기 프로젝터를 빠져나가는 광의 부분은, 상기 편광 구조에 의해 실질적으로 흡수되는 것인, 연관된 설계 눈 지점을 갖는 광학 윈도우.
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