KR20140085418A - 복합 판유리에 디스플레이 화상을 생성하기 위한 장치 - Google Patents

복합 판유리에 디스플레이 화상을 생성하기 위한 장치 Download PDF

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필립 레토카르트
비안카 베르그스
모니크 엘머
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귈라우메 르캄프
마르쿠스 네안더
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Abstract

본 발명은 복합 판유리에 디스플레이 화상을 생성하기 위한 장치로서, 적어도 하나의 발광 안료(8)를 함유하는 중간층(2)을 통해 서로 연결되는 제1 판유리(3)와 제2 판유리(4)를 갖춘 복합 판유리(1); 적어도 하나의 레이저(9)와, 레이저(9)의 방사선(11)을 편향시키기 위한 광학 시스템(10)을 포함하는 레이저 프로젝터(5) - 상기 방사선(11)은 복합 판유리(1)의 영역(7) 내에서 복합 판유리(1)로 향함 -; 발광 안료(8)의 발광 방사선(12)을 검출하는 광검출기(6); 및 광검출기(6)와 레이저 프로젝터(5)를 전기적으로 연결하는 제어 유닛(13)을 포함하는 장치에 관한 것이다. 레이저 프로젝터(5)와 복합 판유리(1) 사이에 장애물이 존재할 경우, 발광 방사선(12)이 광검출기(6)에 의해 검출되지 않기 때문에 장애물의 존재를 검출할 수 있다. 따라서, 레이저(9)의 방사선(11)으로 인한 사람의 위험이 유리하게 저감될 수 있다.

Description

복합 판유리에 디스플레이 화상을 생성하기 위한 장치{A DEVICE FOR GENERATING A DISPLAY IMAGE ON A COMPOSITE GLASS PANE}
본 발명은 복합 판유리에 디스플레이 화상을 생성하기 위한 장치 및 그 용도에 관한 것이다. 본 발명은 또한 복합 판유리에 디스플레이 화상을 생성하기 위한 방법에 관한 것이다.
헤드업(head-up) 디스플레이는 항공기 산업에 널리 사용된다. 파일럿의 직접 시계에 장착되는 시스템은 해당 항공기 및 다른 항공기에 관한 가장 중요한 데이터를 디스플레이한다. 군사 부문에 확립되어 널리 사용되는 이 시스템은 민간 부문, 특히 자동차 분야에서의 활용 가능성이 높다. 따라서, 속도 및 선행 차량과의 거리에 관한 데이터나 내비게이션 장비로부터의 방향 데이터가 운전자의 눈 높이에 바로 디스플레이될 수 있다. 이런 기능은 운전자가 계기를 보느라 교통 위치 및 상황을 관찰하지 못할 때 차량의 교통 안전성을 명백히 향상시킨다. 고속도로를 주행하는 자동차의 속도가 증가함에 따라, 차량의 "맹목(blind)" 주행 거리가 상당하여 사고 위험이 증가할 수 있다.
US 7,230,767 B2는 자동차용 헤드업 디스플레이를 개시한다. 본 장치는 발광 화합물을 포함하는 복합 판유리를 포함한다. 발광 화합물은 광원, 예컨대 레이저에 의해 조명되어 자동차 운전자의 시계에 나타난다. 발광 화합물의 여기를 위해서는 예컨대 100 mW의 높은 레이저 출력이 필요한 데 이는 사람의 눈이나 피부를 손상시킬 수 있다. 따라서, 레이저 방사선은 특히 반사체, 예컨대 손거울이 레이저 프로젝터와 차량의 판유리 사이에 위치할 경우 차량 탑승자에게 위험 요소가 된다. 반사체에 의해 레이저빔이 차량 탑승자의 눈으로 전달될 수 있다.
국제 표준 IEC 60825-1 2판은 최대 허용 노출량(MPE)을 규정한다. MPE는 레이저빔이 사람의 눈에 부딪힐 때 눈 부상이 발생하지 않는 레이저의 최대 출력 밀도이다. 노출 면적과 방사 출력을 고려하여, MPE로부터 최대 허용 노출 기간이 산출된다. 최대 허용 노출 기간보다 긴 기간 동안 사용자의 눈에 부딪히는 레이저 방사선은 눈 부상을 일으킨다.
화상을 생성하기 위해 레이저 방사선은 통상적으로 하나 또는 복수의 조절식 미러에 의해 이동된다. 레이저 방사선으로 인한 차량 탑승자의 위험은 예컨대 기계적 손상으로 인해 미러 이동에 장애가 발생하는 경우에 특히 크다. 이 경우, 레이저 방사선은 고정된 지점으로 전달된다. 레이저 방사선이 차량 탑승자의 눈에 들어간다면 최대 허용 노출 기간을 쉽게 초과할 수 있다.
EP 2 233 962 A2를 통해, 규칙적인 시간 간격으로 반사 소자에 전달되는 레이저 방사선에 의해 방풍창에 생성되는 디스플레이 화상이 공지되어 있다. 반사 요소가 방풍창에 배열되어 센서로 레이저 방사선을 편향시킨다. 센서가 레이저 방사선을 검출하지 않는다면 이는 오작동을 나타내는 것으로 레이저 방사가 중단된다. 사실 이런 해법이 차량 탑승자의 안전을 향상시키는 것은 명백하지만 많은 문제점이 있다. 레이저 프로젝터와 방풍창 사이의 장애물의 존재가 지속적으로 점검되는 것이 아니라 레이저 방사선이 반사 요소로 전달되는 기간 동안에만 점검된다. 또한, 레이저 프로젝터와 반사 요소 사이에 위치한 장애물만을 검출할 수 있다. 방풍창의 다른 영역 앞의 장애물은 검출되지 않는다. 또한, 반사 요소의 설치 및 정확한 배열이 간단치 않고 방풍창의 외관에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
레이저 방사선의 확산 반사 및/또는 산란에 의해 디스플레이 화상이 적절한 표면, 예컨대 스크린에 생성되는 투사 시스템에서는, 확산 반사 및/또는 산란 방사선의 검출에 의해 사람에 대한 위험을 저감할 수 있다는 것이 공지되어 있다. 이런 해법은 예컨대 US 2006/0065735 A1, US 2001/0005262 및 US 2006/0244925 A1에 공지되어 있다. 이런 투사 시스템에서는 장애물 또는 스크린 손상과 같은 여타의 장애가 검출되는 방사선 강도의 감소에 의해 판정될 수 있다. 그러나, 평활한 유리 표면은 부적절한 확산 반사 방사선 분율을 갖기 때문에 이런 해법은 판유리 상의 헤드업 디스플레이에는 사용할 수 없다. 또한, (성질상 바람직하지 않은) 반사를 추가로 저감하기 위한 조치를 빈번히 취하게 된다.
JP 2009-145846 A를 통해, 추가 광빔에 의해 장애물이 검출되는 헤드업 디스플레이가 공지되어 있다. 그러나, 디스플레이 화상을 생성하는 방사선원 이외에 다른 방사선원을 설치하는 것은 기술적으로 복잡하다.
본 발명의 목적은 복합 판유리에 디스플레이 화상을 생성하기 위한 개선된 장치로서, 레이저 방사선으로 인한 차량 탑승자의 위험을 방지하는 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 목적은 복합 판유리에 디스플레이 화상을 생성하기 위한 방법을 추가로 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 독립청구항 제1항에 따른 것으로, 복합 판유리에 디스플레이 화상을 생성하기 위한 장치에 의해 본 발명에 따라 달성된다. 바람직한 실시예는 종속 청구항에서 제시된다.
복합 판유리에 디스플레이 화상을 생성하기 위한 본 발명에 따른 장치는 하기 특징을 포함한다.
- 적어도 하나의 발광 안료를 함유하는 중간층을 통해 서로 연결되는 제1 판유리와 제2 판유리로 구성된 복합 판유리,
- 적어도 하나의 레이저와, 레이저의 방사선을 편향시키기 위한 광학 시스템을 포함하는 레이저 프로젝터 - 방사선은 복합 판유리의 영역 내에서 복합 판유리로 향함 -,
- 발광 안료의 발광 방사선을 검출하는 광 검출기,
- 광 검출기와 레이저 프로젝터를 전기적으로 연결하는 제어 유닛.
레이저 프로젝터에서 방출되는 레이저빔은 복합 판유리로 향한다. 레이저빔은 제1 판유리를 통해 중간층 내로 침투한다. 중간층을 통과하는 동안 레이저 방사선의 적어도 일부는 발광 안료에 의해 흡수된다. 발광 안료는 바람직하게는 광학적으로 여기되어 전자기 방사선 형태인 여기 에너지 백오프(back off)의 적어도 일부를 제공한다. 발광 방사선은 발광 안료에 의해 방출된다. 발광은 형광 및/또는 인광 프로세스를 포함한다. 발광 방사선은 바람직하게는 레이저 방사선과 상이한 파장, 특히 바람직하게는 보다 큰 파장을 가진다. 본 발명에 따른 발광 방사선은 가시광 범위의 파장을 가진다.
바람직하게는, 레이저 방사선의 상당 부분은 중간층을 통과하는 동안 발광 안료에 의해 흡수된다. 따라서, 판유리를 통해 전달되는 레이저 방사선으로 인한 사람의 위험이 유리하게 방지될 수 있다.
발광 안료에 의한 발광 방사선의 방출은 통계상 전방위로 분포된다. 발광 방사선의 일부는 관찰자의 눈으로 향하고, 따라서 판유리 상의 화소로서 지각된다.
레이저빔의 방향은 레이저 프로젝터의 광학 시스템에 의해 변경될 수 있다. 따라서, 레이저빔은 적어도 복합 판유리의 영역에 걸쳐 이동될 수 있다. 레이저빔이 복합 판유리에 걸쳐 이동됨으로써 화상, 예컨대 그림 문자, 숫자 및/또는 도형 문자가 생성된다. 화상이 본 발명에 따라 생성되고 레이저빔이 복합 판유리에 걸쳐 이동될 수 있는 복합 판유리의 영역은 레이저 방사선 액세스가능 복합 판유리 영역이라 칭한다. 레이저 방사선 접근 가능 복합 판유리 영역은 레이저 프로젝터와 복합 판유리 사이의 물체, 예컨대 복합 판유리의 장착 요소에 의해 레이저가 차단되지 않는 복합 판유리의 전체 영역을 포함할 수 있다.
광검출기는 적어도 발광 안료의 발광 방사선의 파장 범위의 적어도 일부로부터의 전자기 방사선에 민감하다. 광검출기는 적어도 레이저 방사선 액세스가능 복합 판유리 영역 전체로부터의 발광 방사선이 검출될 수 있도록 배치되고 정렬된다. 특히 광검출기와 레이저 방사선 액세스가능 복합 판유리 영역 사이에는 전자기 방사선에 대한 장애물이 배치되어서는 안 된다.
레이저 방사선이 레이저 프로젝터에서 방출되고, 동시에 발광 방사선이 광검출기에 의해 검출되지 않는다면, 복합 판유리 전방에 배열된 장애물이 있음에 틀림없다. 장애물이 레이저 프로젝터와 판유리 사이에 배열되어 발광 안료의 여기를 방해할 수 있다. 그렇지 않으면 장애물은 광검출기와 복합 판유리 사이에 배열되어 발광 방사선의 검출을 방해할 수 있다. 이런 장애물의 예로는 사람의 머리나 반사체, 예컨대 사람의 눈으로 레이저 방사선을 편향시킬 수 있는 손거울이 있다. 관찰자의 위험을 방지하기 위해 복합 판유리 전방에 장애물이 존재할 경우에는 레이저 방사가 중단되어야 한다. 광 검출기가 발광 방사선을 검출하지 않을 때 제어 유닛은 레이저 프로젝터로부터의 레이저 방사선의 방출을 중단한다.
레이저 프로젝터와 광검출기는 제어 유닛을 통해 서로 연결된다. 제어 유닛은 레이저 프로젝터와 광검출기로부터의 신호를 수신하고 처리할 수 있다. 제어 유닛은 바람직하게는 집적회로, 예컨대 마이크로제어기, 신호 처리기 또는 FPGA(필드 프로그램가능 게이트 어레이)를 포함한다. 제어 유닛은 특히 바람직하게는 주문형 표준 제품(ASSP) 또는 주문형 집적회로(ASIC)를 포함한다. 이는 신호 처리의 속도 면에서 특히 유리하다.
레이저 방사선이 레이저 프로젝터에서 방출될 때, 레이저 프로젝터는 온(ON) 신호, 예컨대 1 V의 전압 신호를 제어 유닛으로 전송한다. 레이저 방사선이 레이저 프로젝터에서 방출되지 않을 때 레이저 프로젝터는 오프 신호, 예컨대 0 V의 전압 신호를 제어 유닛으로 전송한다. 광검출기는 발광 방사선이 검출될 때는 온 신호를 제어 유닛으로 전송하고 발광 방사선이 검출되지 않을 때는 오프 신호를 전송한다. 제어 유닛은 레이저 프로젝터로부터의 신호와 광검출기로부터의 신호를 비교한다. 레이저 프로젝터의 온 신호가 수신되고, 동시에 광검출기의 온 신호가 수신되지 않는다면 복합 판유리의 전방에 놓인 장애물이 있음에 틀림없다. 이 경우, 제어 유닛은 레이저 프로젝터로부터의 레이저 방사선의 방출을 중단한다. 따라서, 복합 판유리에 디스플레이 화상을 생성하기 위한 본 발명에 따른 장치에 의해 레이저 방사선으로 인한 사람의 위험이 유리하게 방지된다.
용어 "온 신호"와 "오프 신호"는 본 발명의 사상을 명확히 하도록 의도된 것으로 본 발명의 맥락에서는 광의로 해석되어야 한다. 이들 용어는 단지 상이한 두 이산 신호를 의미하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 온 신호와 오프 신호의 전송은 적절한 한계값을 온 신호 또는 오프 신호로서 사용하여 오직 제어 유닛에 의해서만 해석되는 원시 데이터, 예컨대 광검출기의 계수율을 제어 유닛으로 전송하는 것을 포함할 수도 있다. 일반적으로, 온 신호와 오프 신호는 발광 방사선이 광검출기에 의해 검출되었는지의 여부 또는 레이저 방사선이 레이저 프로젝터로부터 방출되었는지의 여부를 제어 유닛이 판별할 수 있도록 하는 임의의 신호를 의미한다.
광검출기에 의해 검출되는 발광 안료의 발광 방사선은 레이저 방사선의 확산 반사 및/또는 산란된 부분보다 현저히 강도가 세다. 또한, 발광 방사선의 강도는 복합 판유리 상의 레이저 방사선의 위치에 크게 의존한다. 따라서, 예컨대 확산 반사 및/또는 산란된 레이저 방사선을 검출하는 방식에 의할 때보다는 본 발명에 따른 장치를 사용할 때 장애물을 보다 효과적으로 인식할 수 있다. 예컨대 확산 반사 및/또는 산란된 레이저 방사선이나 다른 방사선원에 의해 야기되는 것으로, 발광 방사선보다 강도가 약한 바람직하지 않은 배경 방사선은 예컨대 광검출기에 적절한 임계값을 도입함으로써 회피할 수 있다.
레이저 프로젝터로부터의 레이저 방사선의 방출 중단은 예컨대 레이저에 대한 전원 공급의 중단을 통해 이루어질 수 있다. 대안으로서, 빔 경로에 빔 차단기를 도입할 수 있다. 빔 차단기는 레이저와 광학 시스템 사이나, 광학 시스템 내부나, 레이저 방사 방향으로 광학 시스템 후방에 배열될 수 있다. 레이저 프로젝터로부터의 레이저 방사선의 방출 중단은 전기-광학 또는 음향-광학 구성요소를 통해서도 이루어질 수 있다.
본 발명의 유리한 실시예에서, 광검출기는 이차원 화상 센서, 예컨대 CCD 센서를 갖춘 카메라를 포함한다. 바람직하게는, 광검출기는 능동 화소 센서(APS 센서, CMOS 센서)를 갖춘 카메라를 포함한다. 특별한 장점은 APS 센서의 빠른 판독 속도와 낮은 전력 요건에 있다.
복합 판유리 상의 레이저 방사선의 위치는 레이저 프로젝터의 광학 시스템에 의해 정해진다. 복합 판유리 상의 레이저 방사선의 위치는 카메라의 이차원 화상 센서 상의 피검출 발광 방사선의 위치를 결정한다. 본 발명의 특히 바람직한 실시예에서, 판유리 상의 레이저 방사선의 위치에 관한 정보는 제어 유닛에 의해 카메라로 전송된다. 따라서, 전체 APS 센서가 판독될 필요가 없고 단지 APS 센서 상의 발광 방사선의 위치를 포함하는 센서의 하위영역만 판독되면 된다. 이는 판독 속도 면에서 특히 유리하다.
카메라의 이차원 화상 센서에 잇달아 전송되는 화소 또는 화소 그룹의 시퀀스는 제어 유닛에 의해 생성 대상 화상의 형상과 비교될 수 있다. 이를 통해 복합 판유리에 디스플레이 화상을 생성하기 위한 장치의 기능을 유리하게 점검할 수 있다.
본 발명의 대안적인 유리한 실시예에서, 광검출기는 적어도 하나의 단일 화소 광센서, 예컨대 광의존 저항기, 광트랜지스터 또는 이차 전자 증폭기, 바람직하게는 광다이오드를 포함한다. 광다이오드는 내부 광전 효과를 통해 p-n 접합 또는 핀 접합 상의 가시광을 전류로 변환하는 반도체 다이오드이다. 가시광 스펙트럼 범위에서의 검출에 적절한 반도체 재료의 예로는 예컨대 규소나, 갈륨, 알루미늄 및/또는 인듐의 비화물, 인화물 또는 질화물과 같은 Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체가 있다. 광다이오드의 특별한 장점은 짧은 반응 시간에 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 레이저 프로젝터에서 방출되는 레이저빔은 예컨대 초퍼(chopper)에 의해 주기적으로 중단된다. 레이저 방사선이 중단되는 시기에서 광검출기에 의해 검출되는 방사선은 판유리의 발광 안료가 여기되는 시기에서 검출되는 방사선에서 감산될 수 있다. 따라서, 외부 광원, 예컨대 일광 또는 소방대나 경찰의 경고등("블루 라잇")의 교란(disruptive) 효과가 유리하게 저감된다. 신호 대 잡음비는 록인(lock-in) 증폭기에 의해 개선될 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 광검출기의 신호 대 잡음비는 최적 필터법(정합 필터)을 사용하여 개선될 수 있다. 이 경우, 레이저 방사선은 특유의 주기적 반복형 펄스 시퀀스로 레이저 프로젝터로부터 방출된다. 펄스 시퀀스는 예컨대 레이저의 전원 공급 중단이나 초퍼에 의해 생성될 수 있다. 복합 판유리에서 방출되는 발광 방사선은 동일한 특유의 펄스 시퀀스로 발생한다. 광검출기의 신호는 특유의 펄스 시퀀스가 존재하는 동안 분석된다. 따라서, 발광 방사선은 배경 방사선과 유리하게 구분될 수 있다.
광검출기에 의해 검출 가능한 파장 범위는 바람직하게는 발광 안료의 발광 방사선의 파장 범위에 맞게 조정된다. 이는 예컨대 광검출기의 활성면 전방의 적절한 스펙트럼 필터에 의해 이루어질 수 있다. 따라서, 다른 광원의 교란 효과가 유리하게 저감된다. 이런 다른 광원은 레이저 방사선의 일부가 반사되거나 산란되는 경우에는 예컨대 레이저일 수도 있다.
광검출기는 렌즈 및/또는 다른 광학, 전기 또는 기계적 구성요소를 포함할 수도 있다.
레이저 프로젝터는 방사선원인 적어도 하나의 레이저와, 레이저 방사선의 방향 및 이에 따른 복합 판유리 상의 조명 위치를 정하는 광학 시스템을 포함한다.
레이저 프로젝터의 광학 시스템은 이동가능 구성요소에 연결되는 적어도 하나의 미러를 포함한다. 이동가능 구성요소는 예를 들어 적어도 하나의 피에조 소자(piezoelement)를 포함한다. 바람직하게는, 이동가능 구성요소는 마이크로시스템 원리에 기반한 구성요소(마이크로전기기계 시스템(MEMS))를 포함한다. 미러와 이동가능 MEMS는 소위 "마이크로미러 장치", 보다 정확하게는 소위 "마이크로스캐너"를 형성한다. 이의 특별한 장점은 소형화, 경량화, 낮은 전력 소비 및 환경적 영향에 대한 강건성에 있다.
이동가능 구성요소에 의해, 미러는 두 방향으로, 바람직하게는 서로 직교하는 두 방향으로, 특히 바람직하게는 수평 및 수직으로 기울임될 수 있다. 광학 시스템은 이동가능 구성요소에 각각 연결되는 복수의 미러를 포함할 수도 있다. 예컨대 광학 시스템은 하나는 수평으로 기울임될 수 있고 다른 하나는 수직으로 기울임될 수 있는 두 개의 미러를 포함할 수 있다. 광학 시스템은 다른 기계, 전기 및/또는 광학적 구성요소, 예컨대 렌즈를 포함할 수도 있다.
미러의 정렬에 의해 복합 판유리 상의 레이저 방사선의 표적 위치가 정해진다. 복합 판유리 상의 레이저 방사선의 표적 위치는 레이저 방사선이 레이저 프로젝터에서 방출될 경우에는 레이저 방사선에 의해 조명된다.
화상을 생성하기 위해 복합 판유리 상의 레이저 방사선의 표적 위치는 레이저 방사선 액세스가능 복합 판유리의 영역 내에서 이동된다. 복합 판유리 상의 레이저 방사선의 표적 위치가 생성 대상 화상의 영역 내에 정렬되면, 레이저 방사선이 레이저 프로젝터에서 방출되어 복합 판유리에 부딪힌다. 복합 판유리 상의 레이저 방사선의 표적 위치가 생성 대상 화상의 영역 내에 정렬되지 않는다면, 레이저 방사선은 레이저 프로젝터에서 방출되지 않는다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 복합 판유리 상의 화상은 래스터(raster) 스캔 방법에 의해 생성된다. 복합 판유리 상의 레이저 방사선의 표적 위치는 레이저 방사선 액세스가능 복합 판유리 영역의 적어도 일부에 걸쳐 한 라인씩 주기적으로 이동된다. 두 인접 라인 사이의 거리는 복합 판유리 상의 레이저빔의 폭과 동일하다. 대안으로서, 두 인접 라인 사이의 거리는 복합 판유리 상의 레이저빔의 폭보다 작거나 클 수 있다. 래스터 스캔 방법의 특별한 장점은 생성 대상 화상 영역에 레이저 방사선이 균질하게 분포된다는 데 있다. 따라서, 화상의 균질한 휘도가 달성된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 복합 판유리 상의 화상은 벡터 스캔 방법에 의해 생성된다. 생성 대상 화상의 형상은 복합 판유리 상의 레이저 방사선의 표적 위치의 이동에 의해 재현된다. 화상이 단일 인접 영역(예컨대 숫자 "0")을 가질 때 표적 위치는 생성 대상 화상 영역 내에서의 레이저 방사선의 전체 이동 시간 동안 복합 판유리에 국지화된다. 따라서, 레이저 방사선은 레이저 방사선의 전체 이동 시간 동안 레이저 프로젝터에서 방출된다. 이는 유리하게도 발광 안료의 높은 여기율과 화상의 고휘도를 초래한다. 서로 분리된 복수의 영역을 가지는 화상(예컨대 숫자 "10")의 생성 중에, 복합 판유리 상의 레이저빔의 표적 위치는 레이저 이동 시간의 상당 부분 동안 생성 대상 화상 영역 내에 국지화된다.
화상은 벡터 스캔 방법과 래스터 스캔 방법의 조합에 의해 생성될 수도 있다.
레이저는 바람직하게는 다이오드 레이저이다. 레이저는 바람직하게는 360 nm 내지 420 nm의 파장을 갖는 전자기 방사선을 방출한다. 적절한 상용 다이오드의 예로는 예컨대 405 nm의 방출 파장을 갖는 다이오드 레이저가 있다.
본 발명의 특히 유리한 실시예에서, 레이저는 375 nm 내지 400 nm, 예컨대 395 nm의 파장을 갖는 전자기 방사선을 방출한다. 이는 가시 스펙트럼 범위의 방출 파장을 갖는 발광 안료의 여기 면에서 유리하다. 이 경우, 레이저 방사선의 파장은 전자기 스펙트럼의 UV-A 범위 이내이다. 특별한 장점은 가시광 범위(400 nm 내지 780 nm)에 비해 UV-A 범위(315 nm 내지 400 nm)에서 최대 허용 노출량이 보다 높다는 데 있다. 최대 허용 노출량이 보다 높은 것은 눈에 대한 방사선의 상이한 작용 메커니즘에 기인한다. UV-A 방사선은 눈의 수정체에 작용하며, 가시광 방사선은 눈의 망막에 작용한다. 노출 강도가 동일한 상태에서는 보다 높은 최대 허용 노출량으로 인해 가시광 범위에 비해 UV-A 범위에서 최대 허용 노출 지속기간이 보다 길어진다. 예컨대 노출 강도가 1×106 W/㎡일 때 가시광 범위에서 최대 허용 노출 지속기간은 1×10-8초 미만이고, UV-A 범위에서는 1×10-3초 초과이다. 따라서, 레이저 프로젝터와 복합 판유리 사이의 장애물이 검출된 후에 레이저 방사선이 중단되어야 하는 시점까지의 필요 반응 시간이 유리하게 연장된다.
레이저 프로젝터는 복수의 레이저를 포함할 수도 있다. 다양한 레이저는 동일한 방출 파장 또는 상이한 방출 파장을 가질 수 있다.
레이저 프로젝터에서 방출될 때 레이저 방사선의 출력은 바람직하게는 5 mW 내지 1000 mW, 특히 바람직하게는 50 mW 내지 600 mW이다. 이는 적절한 휘도를 갖는 화상의 생성 면에서 유리하다.
레이저에 의해 방출되는 전자기 방사선은 통상적으로 선형 편광된다. 선형 편광 상태에서는 전기장의 진동 방향이 일정하다. 전기장의 절대값과 부호는 주기적으로 변화한다. 바람직한 진동 방향은 편광 방향이라 칭한다. 선형 편광된 광은 주파수와 전파 방향이 동일한 두 성분으로 분해될 수 있는데, 이들 성분은 동일한 위상 및 동일한 주파수로 서로에 대해 수직하게 진동한다. 두 성분의 강도비는 편광비라 칭한다. 본 발명에 따르면 편광비는 바람직하게는 적어도 50:1, 특히 바람직하게는 적어도 90:1이다.
본 발명의 유리한 실시예에서, 레이저 방사선은 복합 판유리의 표면에 대해 평행(p-) 편광되거나 우세하게 p-편광된다. p-편광은 레이저 방사선이 복합 판유리에 부딪힐 때의 편광 방향이 입사 평면 내에 있다는 것을 의미한다. 입사 평면은 레이저 방사선이 복합 판유리에 부딪히는 장소에서의 입사 벡터와 복합 판유리의 표면 법선에 의해 한정된다. p-편광 레이저 방사선은 복합 판유리의 표면에 반사되는 대신에 고도로 굴절된다. 이는 관찰자의 주의를 산만하게 하거나 관찰자를 위험에 처하게 할 수 있는 복합 판유리 상에서의 레이저 방사선의 반사가 저감된다는 면에서 특히 유리하다. 또한, 레이저 방사선의 보다 많은 부분이 발광 안료를 갖춘 복합 판유리의 중간층에 부딪힌다. 이는 발광 안료의 여기율을 유리하게 증가시킨다. 편광 방향은 방출 방향에 의해 정해지는 축을 중심으로 레이저를 회전시킴으로써 조절될 수 있다. 대안으로서, 편광 방향은 예컨대 λ/2 파장판에 의해 조절될 수 있다.
높은 편광비를 달성하기 위해 레이저 프로젝터는 하나 또는 복수의 편광기, 예컨대 편광 필터를 포함할 수도 있다.
선형 편광 레이저 방사선의 반사도는 복합 판유리의 표면에 대한 레이저 방사선의 입사각에 좌우된다. 반사도는 반사 방사속(radiant power) 대 입사 방사속의 비이다. 입사각은 레이저 방사선이 복합 판유리의 표면에 부딪히는 장소에서의 입사 벡터와 복합 판유리의 표면 법선 사이의 각도이다. 선형 편광 레이저 방사선의 반사는 입사각이 소위 브루스터의 각과 동일할 때 특히 두드러지게 저감된다. 광이 브루스터 각(Brewster's angle)으로 입사되는 상태에서 p-편광 방사선의 반사도는 0이다. 바람직하게는, 본 발명에 따라 발생하는 공기/기체 전이부 상에서의 브루스터 각은 대략 57.2°이다.
본 발명의 특히 유리한 실시예에서, 레이저 방사선 액세스가능 복합 판유리의 전체 영역에서 레이저 방사선이 복합 판유리의 표면에 부딪히는 입사각은 20°와 70°사이이다. 반사도는 통상적으로 0.04 이하이다. 아주 특히 바람직하게는, 입사각은 38°와 66°사이이다. 반사도는 통상적으로 0.02 이하이다. 이는 복합 판유리의 표면에서 난반사(disturbing reflection)가 일어나는 것을 방지하는 것과 관련하여 특히 유리하다.
본 발명의 다른 유리한 실시예에서는, 레이저 프로젝터에 대면하는 복합 판유리의 제1 판유리의 표면에 반사방지 코팅이 배열된다. 따라서, 복합 판유리 상에서의 레이저 방사선의 반사가 유리하게 저감되고 발광 안료의 여기율이 유리하게 증가한다. 반사방지 코팅은 바람직하게는 이산화규소를 함유하는 다공성 층을 포함한다. 이는 복합 판유리에 대한 레이저 방사선의 입사각과 상관없이 반사 저감 특성을 실현할 수 있다는 데 특별한 장점이 있다. 다공성 층은 예컨대 식각 방법에 의해 제조될 수 있으며, 이에 대해서는 예컨대 DE822714B에 개시되어 있다. 대안으로서, 다공성 층은 콜로이드 분산 용액을 원료로 하여 졸-겔 공정에서 도포될 수 있다. 적절한 방법은 예컨대 DE19918811A1과 GB2424382A에 개시되어 있다. 반사 저감 특성은 특히 바람직하게는 사용되는 레이저의 방출 파장에 최적화되는데, 이는 반사방지 코팅의 층 두께의 선택을 통해 실현될 수 있다. 반사 저감 특성은 반사방지 코팅의 층 두께가 레이저의 방출 파장의 사분의 일이거나 레이저의 방출 파장의 사분의 일의 홀수 배수일 때 최적이다.
본 발명의 유리한 실시예에서, 복합 판유리에 디스플레이 화상을 생성하는 장치는 중적외 파장 범위에 민감한 적어도 하나의 광검출기, 바람직하게는 광트랜지스터 또는 광다이오드를 추가로 포함한다. 적외선 광검출기는 바람직하게는 4 ㎛ 내지 10 ㎛의 파장 범위에 민감하다. 이 파장 범위에서, 복합 판유리는 바람직하게는 거의 또는 전혀 투과성을 갖지 않는다. 광다이오드용으로 적절한 반도체 재료의 예로는 CdTe 또는 GeAu 화합물이 있다. 적외선 광검출기는 바람직하게는 적어도 레이저 액세스가능 복합 판유리의 영역으로부터 복합 판유리에서 방출되는 적외선이 검출되도록 배치되고 정렬된다. 특히 바람직하게는, 레이저 액세스가능 복합 판유리 영역으로부터의 적외선만이 검출된다. 이를 위해 구조적 요소, 예컨대 셔터를 사용하여 적외선 광검출기의 방향성에 영향을 미칠 수 있다.
적외선 광검출기는 바람직하게는 복합 판유리에서 방출되는 열방사선을 검출한다. 적외선 광검출기는 바람직하게는 구조적 실행 가능성의 맥락에서, 레이저 방사선이 레이저 프로젝터로부터 방출되는 장소로부터 최소 가능 거리에 배열된다.
적외선 광검출기는 바람직하게는 제어 유닛에 연결된다. 복합 판유리 전방으로 이동되는 장애물은 적외선 광검출기에 의해 검출되는 적외선의 급격한 변화를 초래한다. 검출되는 적외선이 급격하게 변화하는 경우에는 레이저 프로젝터로부터의 레이저 방사선의 방출이 제어 유닛에 의해 중단된다. 이는 레이저 방사선으로 인한 관찰자의 위험을 추가로 저감한다는 데 특별한 장점이 있다. 특히 복합 판유리 전방의 장애물은 레이저 방사선이 턴온되기 전에 미리 검출될 수 있다.
본 발명의 대안적인 바람직한 실시예에서, 적외선 광검출기는 적외선원, 예컨대 적절한 스펙트럼 필터와 조합된 발광 다이오드 또는 백열 전구로부터 방출되어 판유리에 반사되는 방사선을 검출한다. 이 경우, 바람직하게는, 확산 반사된 방사선의 부분은 적외선 광검출기에 의해 검출된다. 적외선원은 바람직하게는 4 ㎛ 내지 10 ㎛ 파장 범위 내의 적외선을 방출한다. 적외선은 4 ㎛ 내지 10 ㎛의 전체 파장 범위를 포함할 수 있다. 대안으로서, 적외선은 4 ㎛ 내지 10 ㎛ 파장 범위의 하위범위, 예컨대 0.05 ㎛의 반폭을 갖는 5 ㎛ 주위의 방출 라인을 포함할 수 있다. 적외선원에 의해 방출되는 전체 파장 범위는 4 ㎛ 내지 10 ㎛의 파장 범위를 초과할 수도 있다. 바람직하게는, 적어도 레이저 방사선 액세스가능 복합 판유리의 전체 영역이 적외선원에 의해 조명된다. 적외선원은 바람직하게는 실행 가능성의 맥락에서, 레이저 방사선이 레이저 프로젝터로부터 방출되는 장소로부터 최소 가능 거리에 배열된다. 적외선원은 레이저 프로젝터 내에 배열될 수도 있다. 이 실시예에서도 적외선 광다이오드에 의해 검출되는 방사선의 급격한 변화는 복합 판유리의 장애물이 존재하다는 것을 나타낸다. 이 경우, 레이저 프로젝터로부터의 레이저 방사선의 방출이 제어 유닛에 의해 유리하게 중단된다.
적외선 광검출기와 선택적으로는 적외선원을 사용하여 복합 판유리 전방의 장애물을 검출하는 능력은 발광 안료의 발광 방사선에 민감한 광검출기와는 무관하다. 따라서, 원칙적으로는 적외선 광검출기만을 사용하여, 그리고 선택적으로는 적외선원을 사용하여 레이저 방사선으로 인한 관찰자의 위험을 저감하는 것이 가능하다.
본 발명의 대안적인 유리한 실시예에서, 복합 판유리에 디스플레이 화상을 생성하는 장치는 적어도 하나의 초음파원과 초음파 검출기를 추가로 포함한다. 초음파원과 초음파 검출기는 바람직하게는 제어 유닛에 연결된다. 초음파 검출기는 규칙적인 시간 간격으로 초음파 신호를 방출한다. 초음파 신호의 반복 간격은 바람직하게는 0.5 ms 내지 10 ms이다. 초음파 신호는 복합 판유리에 반사된 후 초음파 검출기에 부딪힌다. 방출과 초음파 신호 검출 사이의 시간 간격은 초음파가 초음파원에서 복합 판유리까지 이동하는 거리와 복합 판유리에서 초음파 검출기까지 이동하는 거리에 의해 결정된다. 제어 유닛은 방출과 초음파 신호 검출 사이의 시간 간격을 모니터한다. 장애물이 복합 판유리 전방에 놓여 있을 때, 초음파 신호는 장애물에 반사되고, 보다 짧은 기간 후에 초음파 검출기에 도달한다. 이 경우에는 레이저 프로젝터로부터의 레이저 방사선의 방출이 제어 유닛에 의해 중단된다. 이는 레이저 방사선으로 인한 관찰자의 위험이 추가로 저감된다는 데 특별한 장점이 있다. 특히 복합 판유리 전방의 장애물은 레이저 방사선이 턴온되기 전에 미리 검출될 수 있다.
초음파 검출기와 초음파원을 사용하여 복합 판유리 전방의 장애물을 검출하는 능력은 발광 안료의 발광 방사선에 민감한 광검출기와는 무관하다. 따라서, 초음파 검출기와 초음파원만을 사용하여 레이저 방사선으로 인한 관찰자의 위험을 저감하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 복합 판유리는 중간층을 통해 서로 연결되는 하나의 제1 판유리와 하나의 제2 판유리를 적어도 포함한다.
판유리는 바람직하게는 평판 유리(플로트 유리), 석영 유리, 붕규산염 유리 또는 소다-석회 유리를 포함한다. 바람직하게는, 판유리는 80%보다 높은 평균 광투과율, 바람직하게는 90%보다 높은 평균 광투과율(달리 명시하지 않는 한, 380 nm 내지 780 nm 파장의 광을 대상으로 DIN 5033에 따른 광 유형 A와 2°-표준 관측자에 대한 광투과율)을 가진다. 판유리는 360 nm 내지 420 nm의 파장 범위에서 바람직하게는 > 70%, 특히 바람직하게는 > 75%인 광투과율을 가진다.
제1 판유리 및/또는 제2 판유리는 바람직하게는 1 mm 내지 4 mm, 특히 바람직하게는 1.4 mm 내지 2.5 mm의 두께를 가진다. 제1 판유리와 제2 판유리는 상이한 두께를 가질 수 있다.
제1 판유리 및/또는 제2 판유리는 바람직하게는 착색필름(tinting) 및/또는 코팅을 가진다. 착색필름 및/또는 코팅은 투사된 화상의 대비를 증폭시키고 발광 안료를 노화로부터 보호한다. 레이저 프로젝터에 대면하지 않는 제2 판유리는 바람직하게는 착색필름 및/또는 코팅을 포함하고, 레이저 프로젝터에 대면하는 제1 판유리는 착색필름 및/또는 코팅을 포함하지 않는다.
중간층은 바람직하게는 적어도 하나의 열가소성 중합체, 특히 바람직하게는 적어도 폴리비닐 부티랄(PVB)을 함유한다. 중간층은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리비닐 클로라이드(PVC), 폴리우레탄(PU) 및/또는 폴리에틸 비닐 아세테이트(EVA)를 함유할 수도 있다. 중간층은 상이한 중합체의 혼합물 또는 공중합체를 포함할 수도 있다.
중간층은 바람직하게는 0.30 mm 내지 0.9 mm, 보다 바람직하게는 0.50 mm 내지 0.800 mm의 두께를 가진다. 이 층 두께 범위에서 양호한 결과가 획득된다.
중간층은 390 nm 내지 410 nm의 파장 범위에서 바람직하게는 > 70%, 바람직하게는 > 80%인 광투과율을 가진다. 중간층의 광투과율은 필름 두께, 중합체 조성물, 중합도, 중합 분포, UV 차단제 또는 가소화제에 의해 설정될 수 있다. 본 발명에 따른 중간층은 방출된 전자기 방사선과 여기가 약간만 약해질 수 있도록 하며, 따라서 헤드업 디스플레이의 높은 광도를 가능하게 한다.
중간층은 복수의 개별층을 포함할 수도 있다.
중간층은 발광 안료의 확산을 방지하는 하나 또는 복수의 방벽층을 포함할 수 있다. 방벽층은 바람직하게는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리비닐 클로라이드(PVC), 폴리비닐 플루오라이드(PVF), 가소화제가 없는 폴리비닐 부티랄(PVB) 및/또는 이들의 공중합체, 특히 바람직하게는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 함유한다.
중간층은 다른 기능성 층, 예컨대 가열가능 층, 안테나 기능을 갖춘 코팅 및/또는 저방사 코팅을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 중간층은 적어도 하나의 발광 안료를 함유한다. 본 발명의 맥락에서, 발광 안료는 유기 및/또는 무기 발색 또는 발광 화합물, 이온, 혼합체(aggregate) 및/또는 분자를 함유한다.
중간층이 복수의 개별층을 포함할 때, 발광 안료는 하나 또는 복수의 개별층에 함유될 수 있다. 상이한 발광 안료가 중간층의 상이한 개별층에 함유될 수도 있다.
발광 안료는 바람직하게는 350 nm 내지 450 nm의 범위, 특히 바람직하게는 390 nm 내지 420 nm의 범위에서 최대 국소 여기를 가진다. 이 범위에서 양호한 결과가 획득된다.
발광 안료는 바람직하게는 400 nm 내지 800 m의 범위, 특히 바람직하게는 430 m 내지 500 nm의 범위에서 최대 국소 방출을 가진다. 이 범위에서 양호한 결과가 획득된다.
발광 안료는 바람직하게는 하기 식을 갖는 하이드록시알킬 테레프탈레이트를 포함한다. R1-COO-Ph(OH)x-COO-R2, 여기서 R1, R2는 1개 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알킬 또는 알릴 라디칼이고, Ph는 페닐환이고, OH는 페닐환에 결합된 하이드록실기이며, x는 0 내지 4의 정수이다. 일반적인 구조식은 다음과 같다.
Figure pct00001
발광 안료는 바람직하게는 디에틸 2,5-디하이드록시테레프탈레이트를 포함한다. 구조식은 다음과 같다.
Figure pct00002
발광 안료는 벤조피란, 나프토피란, 2H-나프토피란, 3H-나프토피란, 2H-펜안트로피란, 3H-펜안트로피란, 발색 수지, 쿠머린, 크산틴, 나프탈산 유도체, 옥사졸, 스틸벤, 스티릴, 페릴렌, 나프탈이미드, 나프탈, 페닐, 크산텐, 란탄족 원소, 바람직하게는 Y2O3:Eu, YVO4:Tm, Y2O2S:Pr, Gd2O2S:Tb 및/또는 이들의 혼합물을 함유할 수도 있다.
복합 판유리를 제조하기 위해, 발광 안료가 예컨대 분사, 스크린 인쇄, 오프셋 인쇄, 잉크젯 인쇄 및/또는 플렉소그래픽 인쇄에 의해 중간층 또는 중간층의 개별층에 바람직하게는 용매와 함께 적용된다. 용매는 바람직하게는 알코올, 케톤, 에스테르, 아민, 아미드 및/또는 이들의 혼합물을 포함한다. 용매는 특히 바람직하게는 에탄올, 테트라하이드로푸란 및/또는 벤질 알코올을 포함한다. 용매의 대부분은 발광 안료의 적용 후 증발을 통해 상실된다. 제1 판유리와 제2 판유리 사이에 중간층을 적층하는 동안, 발광 안료는 바람직하게는 중간층 전체 또는 중간층의 하나 또는 복수의 개별층에 균일하게 분포된다. 적층은 바람직하게는 30분 내지 240분 동안 10 bar 내지 15 bar의 압력 및 120℃ 내지 170℃의 온도에서 이루어진다.
중간층은 바람직하게는 0.1 g/㎡ 내지 15 g/㎡의 발광 안료를 함유한다. 양의 표시는 대략 0.76 mm의 중간층 두께를 기준으로 한다. 이 범위 내에서 양호한 결과가 획득된다.
본 발명의 목적은 복합 판유리에 디스플레이 화상을 생성하는 방법으로서,
- 레이저 프로젝의 광학 시스템을 통해 적어도 하나의 발광 안료를 함유하는 복합 판유리로 레이저의 방사선을 향하게 하고, 레이저 방사선이 레이저 프로젝터에서 방출될 때 레이저 프로젝터가 제어 유닛으로 온(ON) 신호를 전송하고,
- 레이저 방사선 액세스가능 복합 판유리의 영역으로부터 발광 안료의 발광 방사선이 검출될 때, 광검출기가 제어 유닛으로 온 신호를 전송하고,
- 제어 유닛이 레이저 프로젝터의 온 신호를 수신하고, 동시에 광검출기의 온 신호를 수신하지 않을 때, 제어 유닛이 레이저 프로젝터로부터의 레이저 방사선의 방출을 중단하는 것을 포함하는 방법에 의해 추가로 달성된다.
레이저 방사선으로 인한 관찰자의 위험은 미러 이동의 교란 및 이에 따른 고정 레이저빔의 교란시에 특히 크다. 본 발명의 유리한 실시예에서는, 레이저 프로젝터의 광학 시스템의 조절식 미러의 이동성이 규칙적인 시간 간격으로 점검된다. 이를 위해, 규칙적인 신호가 레이저 프로젝터에 의해 유발되는데, 해당 신호를 생성하기 위해서는 미러의 이동성이 요구된다. 예컨대 복합 판유리 상의 소정 위치, 바람직하게는 레이저 방사선 액세스가능 복합 판유리 영역의 가장자리 영역의 소정 위치가 레이저 프로젝터에 의해 규칙적으로 조명된다. 복합 판유리 상의 소정 위치는 바람직하게는 30 Hz 내지 50 Hz의 주파수로 조명된다. 이는 미러의 이동성이 결여되는 경우 신속히 반응할 수 있을 뿐만 아니라 미러에 연결되는 이동가능 구성요소의 손상을 방지할 수 있다는 점에서 특히 유리하다. 규칙적인 신호가 이차원 화상 센서 상의 적절한 위치로 도달하는 것은 광검출기인 카메라에 의해 분석된다. 규칙적인 신호의 부재시에는 레이저 프로젝터로부터의 레이저 방사선의 방출이 유리하게 중단된다.
본 발명의 대안적인 유리한 실시예에서, 레이저빔은 레이저 프로젝터 내부의 소정 위치에 규칙적으로 겨냥된다. 제어 유닛에 연결되는 추가 광검출기, 예컨대 광다이오드, 광의존 저항기 또는 광트랜지스터가 레이저 프로젝터 내의 소정 위치에 배열된다. 이는 규칙적인 신호의 생성시 레이저 방사선이 레이저 프로젝터에서 방출되지 않고 예컨대 복합 판유리 상에 산만한(distracting) 조명 지점을 생성하지 않는 상태에서 조절식 미러의 이동성이 규칙적인 신호에 의해 점검될 수 있다는 데 특별한 장점이 있다. 규칙적인 신호가 레이저 프로젝터 내부의 광검출기에 포착되지 않는다면 이는 조절식 미러가 손상을 입었음을 나타낸다. 이 경우에는 레이저 프로젝터로부터의 레이저 방사선의 방출이 유리하게 중단된다.
복합 판유리에 디스플레이 화상을 생성하는 장치는 바람직하게는 투명 디스플레이, 특히 바람직하게는 건물, 자동차, 항공기, 헬리콥터 및/또는 선박의 헤드업 디스플레이로서 사용된다.
도면과 예시적인 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 도면은 개략적인 표현으로서 일정 비례로 작도되지는 않았다. 도면은 본 발명을 제한하지 않는다.
도 1은 복합 판유리에 디스플레이 화상을 생성하기 위한 본 발명에 따른 장치의 개략도이다.
도 2는 도 1에 따른 장치의 A-A'에 따른 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 장치의 다른 실시예의 A-A'에 따른 단면도이다.
도 4는 다양한 파장 범위에서의 최대 허용 노출량을 나타낸 도표이다.
도 5는 반사도를 입사각의 함수로서 나타낸 도표이다.
도 6은 복합 판유리에 반사되는 레이저 방사선의 개략도이다.
도 7은 본 발명에 따른 방법의 상세한 순서도이다.
도 1과 도 2는 복합 판유리에 디스플레이 화상을 생성하기 위한 본 발명에 따른 장치의 세부 사항을 각각 도시한다. 복합 판유리(1)는 150 cm의 폭과 90 cm의 높이를 가진다. 복합 판유리(1)는 두께가 2.1 mm인 제1 판유리(3)와 제2 판유리(4)를 포함한다. 복합 판유리(1)는 두께가 0.76 mm인 중간층(2)을 추가로 포함한다. 중간층(2)은 PVB를 포함한다. 중간층(2)은 발광 안료(8)로서 디에틸 2,5-디하이드록시테레프탈레이트를 추가로 포함한다. 디에틸 2,5-디하이드록시테레프탈레이트는 복합 판유리(1)의 제조시 중간층(2)의 표면에 대략 3 g/㎡의 농도로 적용된다.
레이저 프로젝터(5)는 레이저(9)와 레이저 방사선(11) 편향용 광학 시스템(10)을 포함한다. 레이저(9)는 395 nm의 방출 파장을 갖는 다이오드 레이저이다. 레이저(9)의 출력은 200 mW이다. 사용되는 레이저(9)의 방출 파장에서, 복합 판유리(1)를 통한 광투과율은 발광 안료(8)에 의한 흡수로 인해 0.1% 미만이다. 따라서, 복합 판유리에 의해 전송되는 레이저 방사선으로 인한 사람의 위험이 유리하게 방지된다.
광학 시스템(10)은 MEMS 마이크로스캐너를 포함한다. 레이저 방사선(11)은 MEMS 마이크로스캐너에 의해 복합 판유리(1)에 걸쳐 이동될 수 있다. 레이저 방사선(11)의 이동은 복합 판유리(1)의 영역(7) 내에서 가능하다. 발광 안료(8)는 레이저 방사선(11)에 의해 광학적으로 여기된다. 이어서 발광 안료(8)는 가시광 파장 범위의 발광 방사선(12)을 발산한다. 발광 방사선(12)의 일부는 관찰자(14)의 눈에 도달하며 복합 판유리(1) 상의 화소로서 지각된다. 화상, 예컨대 그림 문자, 숫자 또는 도형 문자가 복합 판유리(1)에 걸친 레이저 방사선(11)의 이동에 의해 생성된다.
광검출기(6)는 능동 화소 센서를 갖춘 카메라를 포함한다. 적절한 스펙트럼 필터의 사용을 통해 카메라는 430 nm 내지 480 nm 범위의 파장의 광을 검출할 수 있다. 카메라는 레이저 방사선(11) 액세스가능 복합 판유리(1)의 전체 영역으로부터 발광 안료(8)의 발광 방사선(12)을 검출할 수 있다.
광검출기(6)와 레이저 프로젝터(5)는 제어 유닛(13)에 연결된다. 제어 유닛(13)은 주문형 집적회로(ASIC)를 포함한다. 레이저 방사선(11)이 레이저 프로젝터(5)에서 방출될 때 레이저 프로젝터(5)는 온 신호를 제어 유닛(13)으로 전송한다. 발광 방사선(12)이 검출될 때 광검출기(6)는 온 신호를 제어 유닛(13)으로 전송한다. 레이저 방사선(11)이 레이저 프로젝터(5)에서 방출되었지만 동시에 발광 방사선(12)이 검출되지 않을 경우, 레이저 프로젝터(5)와 복합 판유리(1) 사이나 광검출기(6)와 복합 판유리(1) 사이에 장애물이 놓여 있음에 틀림없다. 이 경우, 제어 유닛(13)은 레이저(9)의 전원 공급을 중단한다. 예컨대 장애물에 반사된 레이저 방사선(11)으로 인한 관찰자(14)의 위험이 더 이상 존재할 수 없다.
도 3은 복합 판유리에 디스플레이 화상을 생성하기 위한 본 발명에 따른 장치의 다른 실시예의 단면 A-A'를 도시한다. 적외선원(15)은 레이저 방사선(11) 액세스가능 복합 판유리(1)의 전체 영역(7)을 조명한다. 적외선원(15)은 레이저 프로젝터(5)의 방사선 방출부 가까이에 배열된다. 적외선원(15)은 적절한 스펙트럼 필터를 갖춘 백열 전구를 포함하며 대략 5 ㎛의 파장을 갖는 적외선(15a)을 방출한다. 적외선(15a)은 복합 판유리(1)의 표면에 반사된다. 적외선 광검출기(16)는 바람직하게는 레이저 방사선(11) 액세스가능 복합 판유리(1)의 영역(7)으로부터 확산 반사된 적외선(16a)의 부분을 검출한다. 적외선 광검출기(16)는 제어 유닛(13)에 연결된다. 예컨대 복합 판유리(1) 전방에 장애물이 갑작스럽게 도입됨으로 인해 검출되는 적외선(16a)의 강도에 급격한 변화가 발생할 때, 제어 유닛(13)은 레이저 프로젝터(5)로부터의 레이저 방사선(11)의 방출을 중단한다. 이를 위해, 제어 유닛(13)은 예컨대 레이저(9)의 전원 공급을 중단한다.
본 발명의 대안적인 실시예에서, 적외선 광검출기(16)는 복합 판유리(1)에서 방출되는 열 방사선을 검출한다. 검출된 열 방사선의 급격한 변화는 복합 판유리(1)의 앞에 장애물이 있음을 나타낸다. 이 경우, 제어 유닛(13)은 유리하게는 레이저 프로젝터(5)로부터의 레이저 방사선(11)의 방출을 중단한다. 적외선원(15)은 불필요하다.
광다이오드가 레이저 프로젝터(5) 내부에 광검출기(20)로서 배열된다. 레이저 방사선(11)은 30 Hz의 주파수로 규칙적으로 광검출기(20)로 향한다. 광검출기(20)는 제어 유닛(13)에 연결된다. 광검출기(20)에 포착되는 규칙적인 방사 신호의 부재는 광학 시스템(10), 특히 조절식 미러가 손상을 입었음을 나타낸다. 이 경우, 제어 유닛(13)은 유리하게는 레이저 프로젝터(5)로부터의 레이저 방사선(11)의 방출을 중단한다.
도 4는 다양한 파장을 대상으로 최대 허용 노출량을 노출 지속기간의 함수로서 나타낸 도표이다. 예컨대 노출 강도가 1×106 W/㎡일 경우, 약 5×10-9초 후에 400 nm 내지 700 nm의 가시 파장 범위에서의 최대 허용 노출량을 초과하게 된다. 315 nm 내지 400 nm의 UV-A 파장 범위에서는 약 1×10-3초가 경과할 때까지 동일한 노출 강도에서의 최대 허용 노출량을 초과하지 않는다. 설명한 지점은 도면에서 원에 의해 식별된다. 도화(plotting)는 가시 범위의 방출 파장을 갖는 레이저(9)에 비교하여 UV-A 범위의 방출 파장을 갖는 레이저(9)의 장점을 보여준다. 도표는 http://www2.physik.uni-Greifswald.de/sensoren/skripten/LASER11.pdf에서 발췌한 것이다.
도 5는 공기/기체 전이부에서 p- 및 s-편광 레이저 방사선(11)의 반사도를 입사각(θ)의 함수로서 나타낸 도표이다. p-편광 레이저 방사선(11)의 경우, 전기장 벡터는 입사 평면 내에 위치하고, s-편광 레이저 방사선(11)의 경우 전기장 벡터는 입사 평면에 수직하다. s-편광 광은 p-편광 광보다 강하게 반사된다. 입사각(θ)이 20°내지 70°범위일 경우, p-편광 광의 반사도는 0.04 이하이다. 입사각(θ)이 38°내지 67°범위일 경우, p-편광 광의 반사도는 0.02 이하이다. 반사도 값은 589 nm의 표준 파장에서 1.55의 표준 유리 굴절률에 의해 산출하였다. 반사도 값은 판유리용에 사용되는 재료와 사용되는 레이저의 파장에 따라 본 명세서에 표시된 값과 약간 편차가 있을 수 있다.
도 6은 복합 판유리(1)에 대한 레이저 방사선(11)의 반사와 관련된 기하학적 파라미터를 도시한다. 복합 판유리(1)에 부딪히는 레이저 방사선(11)의 전파 방향은 입사 벡터(17)에 의해 설명된다. 레이저 방사선(11)이 복합 판유리(1)에 부딪히는 장소에서의 입사 벡터(17)와 복합 판유리(1)의 표면 법선(18)은 입사각(θ)을 에워싼다. 입사 벡터(17)와 표면 법선(18)은 입사 평면을 한정한다. 레이저 방사선(11)은 주기적인 곡선으로 묘사되는데, 이는 전기장 벡터(19)의 방향으로의 전기장의 편향을 도시한다. p-편광 레이저 방사선(11)의 경우, 전기장 벡터(19)는 입사 평면 내에 위치한다.
도 7은 복합 판유리에 디스플레이 화상을 생성하기 위한 본 발명에 따른 방법을 예로서 도시한다.
도 1에 따른 복합 판유리에 디스플레이 화상을 생성하기 위한 장치를 시험하였다. 레이저 방사선(11)으로 인한 관찰자(14)의 눈 부상을 방지할 수 있다는 것이 입증되었다. 이 결과는 본기술분야의 기술자에게는 예상치 못한 놀라운 것이었다.
1: 복합 판유리
2: 복합 판유리(1)의 중간층
3: 복합 판유리(1)의 제1 판유리
4: 복합 판유리(1)의 제2 판유리
5: 레이저 프로젝터
6: 광검출기
7: 복합 판유리(1)의 영역
8: 발광 안료
9: 레이저
10: 레이저 방사선(11) 편향용 광학 시스템
11: 레이저 방사선
12: 발광 방사선
13: 제어 유닛
14: 관찰자
15: 적외선원
15a: 적외선
16: 적외선 광검출기
16a: 반사된 적외선의 부분
17: 반사면에 대한 레이저 방사선(11)의 입사 벡터
18: 반사면의 표면 법선
19: 선형 편광 방사선의 전기장 벡터
20: 레이저 프로젝터(5) 내부의 광검출기
θ: 반사면에 대한 레이저 방사선(11)의 입사각
A-A': 단면선

Claims (20)

  1. 복합 판유리(composite glass pane)에 디스플레이 화상을 생성하기 위한 장치로서,
    - 적어도 하나의 발광 안료(8)를 함유하는 중간층(2)을 통해 서로 연결되는 제1 판유리(3)와 제2 판유리(4)를 갖춘 복합 판유리(1),
    - 적어도 하나의 레이저(9)와, 레이저(9)의 방사선(11)을 편향시키기 위한 광학 시스템(10)을 포함하는 레이저 프로젝터(5) - 방사선(11)은 복합 판유리(1)의 영역(7) 내에서 복합 판유리(1)로 향함 -,
    - 발광 안료(8)의 발광 방사선(12)을 검출하는 광검출기(6), 및
    - 광검출기(6)와 레이저 프로젝터(5)를 전기적으로 연결하는 제어 유닛(13)
    을 포함하고,
    발광 방사선(12)이 광검출기(6)에 의해 검출되지 않을 때 제어 유닛(13)이 레이저 프로젝터(5)로부터의 방사선(11)의 방출을 중단하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 광검출기(6)는 이차원 화상 센서, 바람직하게는 능동 화소 센서(APS)를 갖춘 적어도 하나의 카메라를 포함하는 장치.
  3. 제1항에 있어서, 광검출기(6)는 적어도 하나의 단일 화소 광센서, 바람직하게는 광다이오드를 포함하는 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제어 유닛(13)은 레이저 프로젝터(5)에 의해 전송되는 신호와 광검출기(6)에 의해 전송되는 신호를 비교하는 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 레이저 프로젝터(5)는 다이오드 레이저를 포함하고, 다이오드 레이저는 바람직하게는 360 nm 내지 420 nm, 특히 바람직하게는 375 nm 내지 400 nm의 파장을 갖는 방사선(11)을 방출하는 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 방사선(11)을 편향시키기 위한 광학 시스템(10)은 적어도 하나의 MEMS 마이크로스캐너를 포함하는 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 방사선(11)은 적어도 50:1, 바람직하게는 적어도 90:1의 편광비로 선형 편광되고, p-편광된 복합 판유리(1)에 부딪히는 장치.
  8. 제7항에 있어서, 방사선이 복합 판유리(1)에 부딪힐 때 방사선(11)의 입사각(θ)은 20°내지 70°, 바람직하게는 38°내지 66°인 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 레이저 프로젝터(5)는 주기적으로 반복되는 펄스 시퀀스로 방사선(11)을 방출하는 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 4 ㎛ 내지 10 ㎛의 파장 범위에 민감한 적외선 광검출기(16)를 추가로 포함하는 장치.
  11. 제10항에 있어서, 4 ㎛ 내지 10 ㎛의 파장 범위 내의 적외선(15a)을 방출하는 적외선원(15)을 포함하는 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 초음파원 및 초음파 검출기를 포함하는 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 제어 유닛(13)은 적어도 하나의 집적회로, 바람직하게는 주문형 집적회로(ASIC)를 포함하는 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 발광 안료(8)는 하기 화학식을 갖는 1종 이상의 하이드록시알킬 테레프탈레이트, 바람직하게는 디에틸 2,5-디하이드록시테레프탈레이트를 포함하는 장치.
    R1-COO-Ph(OH)x-COO-R2
    여기서 R1, R2는 1개 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알킬 또는 알릴 라디칼이고,
    Ph는 페닐환이고,
    OH는 페닐환에 결합된 하이드록실기이고,
    x는 0 내지 4의 정수임.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 레이저 프로젝터(5) 내부에 광검출기(20), 바람직하게는 광다이오드를 포함하는 장치.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 반사방지 코팅이 레이저 프로젝터(5)에 대면하는 제1 판유리(3)의 표면에 배열되고, 상기 코팅은 바람직하게는 다공성 이산화규소를 함유하는 층을 포함하는 장치.
  17. 복합 판유리에 디스플레이 화상을 생성하기 위한 방법으로서,
    - 레이저 프로젝터(5)의 광학 시스템(10)을 통해 적어도 하나의 발광 안료(8)를 함유하는 복합 판유리(1)로 레이저(9)의 방사선(11)을 향하게 하고, 레이저 방사선(11)이 레이저 프로젝터(5)에서 방출될 때 레이저 프로젝터(5)가 제어 유닛(13)으로 온(ON) 신호를 전송하고,
    - 레이저(9) 방사선(11) 액세스가능 복합 판유리(1)의 영역(7)으로부터 발광 안료(8)의 발광 방사선(12)이 검출될 때, 광검출기(6)가 제어 유닛(13)으로 온 신호를 전송하고,
    - 제어 유닛(13)이 레이저 프로젝터(5)의 온 신호를 수신하고, 동시에 광검출기(6)의 온 신호를 수신하지 않을 때, 제어 유닛(13)이 레이저 프로젝터(5)로부터의 레이저 방사선(11)의 방출을 중단하는
    것을 포함하는 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    - 바람직하게는 방사선(11) 액세스가능 영역(7)의 가장자리 영역의 소정 위치에 규칙적인 시간 간격으로 방사선(11)을 전달하고,
    - 이차원 화상 센서, 바람직하게는 능동 화소 센서를 갖춘 카메라를 광검출기(6)로서 사용하여 복합 판유리(1)의 소정 위치로부터의 규칙적인 발광 신호의 발생을 모니터하고,
    - 소정 위치로부터의 규칙적인 발광 신호가 복합 판유리(1) 상에서 검출되지 않을 때, 제어 유닛(13)이 레이저 프로젝터(5)로부터의 레이저 방사선(11)의 방출을 중단하는
    것을 포함하는 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    - 레이저 프로젝터(5) 내의 소정 위치에 규칙적인 시간 간격으로 방사선(11)을 향하게 하고,
    - 레이저 프로젝터(5) 내의 광검출기(20)를 사용하여 규칙적인 방사 신호의 발생을 모니터하고,
    - 규칙적인 방사 신호가 광검출기(20)에 의해 검출되지 않을 때, 제어 유닛(13)이 레이저 프로젝터(5)로부터의 레이저 방사선(11)의 방출을 중단하는
    것을 포함하는 방법.
  20. 투명 디스플레이, 바람직하게는 건물, 자동차, 항공기, 헬리콥터 및/또는 선박의 헤드업 디스플레이로서의, 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 복합 판유리에 디스플레이 화상을 생성하기 위한 장치의 용도.
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