KR20190054666A - Design of diffractive optical element pattern to prevent traffic accidents during nighttime bicycle operation - Google Patents

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KR20190054666A KR1020170151504A KR20170151504A KR20190054666A KR 20190054666 A KR20190054666 A KR 20190054666A KR 1020170151504 A KR1020170151504 A KR 1020170151504A KR 20170151504 A KR20170151504 A KR 20170151504A KR 20190054666 A KR20190054666 A KR 20190054666A
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Abstract

An embodiment of the present invention relates to a pattern design of a diffractive optical element for preventing a traffic accident during a bicycle ride at night time. According to the present invention, a grid pattern is widely distributed on the ground where a bicycle runs to brighten a dark road with illumination, thereby enabling a rider to easily secure a clear view. The grid pattern distorts according to a state of the ground such as a road bump, a cliff, etc. to enable the rider to estimate and recognize the ground and easily cope with an abrupt accident. The rider is able to look squarely on the pattern which freely deforms according to the ground while riding the bicycle, and thus the concentration can be improved and drowsiness while riding can be prevented. A user of the present invention can make other riders, riding on the road, recognize the user himself or herself, thereby preventing minor accidents.

Description

야간 자전거 운행 시 발생하는 교통사고를 방지하기 위한 회절광학소자 패턴 설계{Design of diffractive optical element pattern to prevent traffic accidents during nighttime bicycle operation}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a diffractive optical element pattern for preventing a traffic accident occurring during a night bike operation,

본 실시예는 야간 자전거 운행 시 발생하는 교통사고를 방지하기 위한 회절광학소자 패턴 설계에 관한 것이다.This embodiment relates to the design of a diffractive optical element pattern for preventing a traffic accident that occurs during nighttime bicycle operation.

자전거 교통사고의 발생률이 높은 시간대는 18~20시로, 낮보다 조명이 어두운 밤에 높다.Bicycle traffic accidents have a high incidence of 18 ~ 20 o'clock, which is higher at night than in daylight.

자전거를 이용하는 사람들이 늘어나면서 자전거 전용도로가 생겨났지만, 산길을 따라 있거나 가로등의 미 설치 등 운전자에게 위협적인 요소들이 여전히 다수 존재한다.As bicycle users have increased, bicycle-only roads have emerged, but there are still many threats to drivers, such as along mountain trails or the installation of streetlights.

야간의 특성 상 주행하는 운전자는 사람과 사물을 인지하거나 판별하기에 어려울 정도로 시야확보가 어려우므로, 운전자의 시야확보가 필히 요구된다.It is difficult to obtain visibility so that it is difficult for the driver who is traveling on the characteristic of the nighttime to perceive and discriminate people and objects. Therefore, it is necessary to secure the visibility of the driver.

회절광학소자를 이용하여 패턴 설계 시, 기존의 LED프로젝터 전조등에 비하여 많은 장점이 있다.When designing a pattern using a diffractive optical element, there are many advantages over conventional LED projector headlamps.

회절광학소자 (Diffractive Optical Elements, DOEs)란 빛의 회절 현상을 이용하여 일반 광학계로 구현할 수 없는 Target Screen에 임의의 모양을 만들거나 광원의 분포를 균일 하게 변형시켜 특정한 상황에 적합하도록 제작 된 광학 소자의 일종이다.Diffractive optical elements (DOEs) are optical elements that are made to fit arbitrarily in a given situation by making arbitrary shapes on a target screen that can not be realized by a general optical system by using diffraction of light, .

제품의 주 타겟 소비자는 일반 소비자로, 가격이 중요한 요소로 작용한다. 회절광학소자는 대량 양산 시 양산 비용이 적으므로 기존 제품대비 가격경쟁력에서 우위를 가질 수 있다.The main target consumer of the product is the consumer, and price is an important factor. Diffractive optical elements can be superior in price competitiveness compared to existing products because mass production costs are small.

회절광학소자의 원리상 광원이 소자의 모든 면적을 통과하면서 원하는 이미지로 회절을 유도하기 때문에 프로젝션 방식 대비 효율이 높다는 장점이 있다.In principle, the diffractive optical element is advantageous in that it has a higher efficiency than the projection method because it guides diffraction to a desired image while passing through all the areas of the device.

별도의 렌즈를 요구하지 않으므로 광학계는 회절광학소자 단일로만 구성되어 그 두께는 매우 얇게 제작이 가능하다.Since no separate lens is required, the optical system is composed of only a single diffractive optical element, and its thickness can be made very thin.

광원과 도로는 일정한 각도로 비스듬히 세워져 투사되기 때문에 패턴면에서의 광세기를 일정하게 유도하기 어렵다. 하지만 회절광학소자의 경우, 설계 과정에서 최적화를 통해 균일성(Uniformity)이 높은 패턴을 얻을 수 있다.Since the light source and the road are projected obliquely at a certain angle, it is difficult to induce the light intensity on the pattern surface to be constant. However, in the case of a diffractive optical element, a pattern having a high uniformity can be obtained through optimization during the design process.

본 실시예에 의하면, 자전거가 달리는 지면에 Grid Pattern을 넓게 퍼트려 조명이 어두운 길을 환하게 밝혀 줌으로써, 운전자의 시야 확보에 용이하다.According to the present embodiment, the grid pattern is widely spread on the ground on which the bicycle is running, so that the illuminated light illuminates the dark road, thereby making it easy to secure the visibility of the driver.

과속방지턱, 절벽 등 지면의 상태에 따라 Grid Pattern이 일그러지므로, 운전자는 지면을 예측, 인지하고 급작스럽게 닥치는 사고에 대처가 용이하다.Because the grid pattern is distorted according to the condition of the ground such as the speed limit bump, the cliff, etc., the driver can predict the ground and cope with sudden accidents easily.

운전자는 지면에 따라 자유롭게 변형되는 Pattern을 직시하면서 운전하므로, 집중력과 졸음운전을 예방할 수 있다.The driver is able to avoid concentrating and drowsy driving because he or she is driving while facing the pattern that is freely deformed according to the ground.

도로 위를 주행하는 자신을 남들에게 인지시킬 수 있으며, 자신 또한 상대방을 인지할 수 있어 접촉사고를 예방에 유리하다.You can make yourself aware of others who run on the road, and you can also recognize your opponent, which is advantageous to prevent contact accidents.

도 1은 일 실시예에 따른 회절광학소자로 패턴을 형성하는 것을 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 회절광학소자를 자전거에 적용하는 것을 나타내는 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 회절광학소자의 장점과 단점을 나타내는 도면이다.
도 4는 광원과 도로가 일정한 각도를 이루어 균일성이 낮아지는 현상을 나타내는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 제품의 응용처를 나타내는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 나노회절광학소자의 예시를 나타내는 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 회절광학소자의 제조 과정에 대한 제1예시 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 회절광학소자의 제조 과정에 대한 제2예시 도면이다.1 is a view showing a pattern formed by a diffractive optical element according to an embodiment.
2 is a view showing application of a diffractive optical element according to an embodiment to a bicycle.
FIG. 3 is a diagram showing the advantages and disadvantages of the diffractive optical element according to one embodiment.
4 is a view showing a phenomenon in which the uniformity of the light source and the road is reduced at a constant angle.
5 is a diagram illustrating an application of a product according to an embodiment.
6 is a view showing an example of a nano diffractive optical element according to one embodiment.
7 is a first exemplary view of a manufacturing process of a diffractive optical element according to an embodiment.
8 is a second exemplary view of a manufacturing process of a diffractive optical element according to an embodiment.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. It should be noted that, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference symbols as possible even if they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In describing the components of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements. When a component is described as being "connected", "coupled", or "connected" to another component, the component may be directly connected to or connected to the other component, It should be understood that an element may be "connected," "coupled," or "connected."

도 1은 일 실시예에 따른 회절광학소자로 패턴을 형성하는 것을 나타내는 도면이다.1 is a view showing a pattern formed by a diffractive optical element according to an embodiment.

자전거 교통사고의 발생률이 높은 시간대는 18~20시로, 낮보다 조명이 어두운 밤에 높다.Bicycle traffic accidents have a high incidence of 18 ~ 20 o'clock, which is higher at night than in daylight.

자전거를 이용하는 사람들이 늘어나면서 자전거 전용도로가 생겨났지만, 산길을 따라 있거나 가로등의 미 설치 등 운전자에게 위협적인 요소들이 여전히 다수 존재한다.As bicycle users have increased, bicycle-only roads have emerged, but there are still many threats to drivers, such as along mountain trails or the installation of streetlights.

야간의 특성 상 주행하는 운전자는 사람과 사물을 인지하거나 판별하기에 어려울 정도로 시야확보가 어려우므로, 운전자의 시야확보가 필히 요구된다.It is difficult to obtain visibility so that it is difficult for the driver who is traveling on the characteristic of the nighttime to perceive and discriminate people and objects. Therefore, it is necessary to secure the visibility of the driver.

회절광학소자를 이용하여 패턴 설계 시, 기존의 LED프로젝터 전조등에 비하여 많은 장점이 있다.When designing a pattern using a diffractive optical element, there are many advantages over conventional LED projector headlamps.

회절광학소자 (Diffractive Optical Elements, DOEs)란 빛의 회절 현상을 이용하여 일반 광학계로 구현할 수 없는 Target Screen에 임의의 모양을 만들거나 광원의 분포를 균일 하게 변형시켜 특정한 상황에 적합하도록 제작 된 광학 소자의 일종이다.Diffractive optical elements (DOEs) are optical elements that are made to fit arbitrarily in a given situation by making arbitrary shapes on a target screen that can not be realized by a general optical system by using diffraction of light, .

도 2는 일 실시예에 따른 회절광학소자를 자전거에 적용하는 것을 나타내는 도면이다.2 is a view showing application of a diffractive optical element according to an embodiment to a bicycle.

본 실시예에 의하면, 자전거가 달리는 지면에 Grid Pattern을 넓게 퍼트려 조명이 어두운 길을 환하게 밝혀 줌으로써, 운전자의 시야 확보에 용이하다.According to the present embodiment, the grid pattern is widely spread on the ground on which the bicycle is running, so that the illuminated light illuminates the dark road, thereby making it easy to secure the visibility of the driver.

과속방지턱, 절벽 등 지면의 상태에 따라 Grid Pattern이 일그러지므로, 운전자는 지면을 예측, 인지하고 급작스럽게 닥치는 사고에 대처가 용이하다.Because the grid pattern is distorted according to the condition of the ground such as the speed limit bump, the cliff, etc., the driver can predict the ground and cope with sudden accidents easily.

운전자는 지면에 따라 자유롭게 변형되는 Pattern을 직시하면서 운전하므로, 집중력과 졸음운전을 예방할 수 있다.The driver is able to avoid concentrating and drowsy driving because he or she is driving while facing the pattern that is freely deformed according to the ground.

도로 위를 주행하는 자신을 남들에게 인지시킬 수 있으며, 자신 또한 상대방을 인지할 수 있어 접촉사고를 예방에 유리하다.You can make yourself aware of others who run on the road, and you can also recognize your opponent, which is advantageous to prevent contact accidents.

도 3은 일 실시예에 따른 회절광학소자의 장점과 단점을 나타내는 도면이고, 도 4는 광원과 도로가 일정한 각도를 이루어 균일성이 낮아지는 현상을 나타내는 도면이다.FIG. 3 is a view showing the advantages and disadvantages of the diffractive optical element according to one embodiment, and FIG. 4 is a diagram showing a phenomenon in which the uniformity of the light source and the road is reduced at a constant angle.

제품의 주 타겟 소비자는 일반 소비자로, 가격이 중요한 요소로 작용한다. 회절광학소자는 대량 양산 시 양산 비용이 적으므로 기존 제품대비 가격경쟁력에서 우위를 가질 수 있다.The main target consumer of the product is the consumer, and price is an important factor. Diffractive optical elements can be superior in price competitiveness compared to existing products because mass production costs are small.

회절광학소자의 원리상 광원이 소자의 모든 면적을 통과하면서 원하는 이미지로 회절을 유도하기 때문에 프로젝션 방식 대비 효율이 높다는 장점이 있다.In principle, the diffractive optical element is advantageous in that it has a higher efficiency than the projection method because it guides diffraction to a desired image while passing through all the areas of the device.

별도의 렌즈를 요구하지 않으므로 광학계는 회절광학소자 단일로만 구성되어 그 두께는 매우 얇게 제작이 가능하다.Since no separate lens is required, the optical system is composed of only a single diffractive optical element, and its thickness can be made very thin.

광원과 도로는 일정한 각도로 비스듬히 세워져 투사되기 때문에 패턴면에서의 광세기를 일정하게 유도하기 어렵다. 하지만 회절광학소자의 경우, 설계 과정에서 최적화를 통해 균일성(Uniformity)이 높은 패턴을 얻을 수 있다.Since the light source and the road are projected obliquely at a certain angle, it is difficult to induce the light intensity on the pattern surface to be constant. However, in the case of a diffractive optical element, a pattern having a high uniformity can be obtained through optimization during the design process.

도 5는 일 실시예에 따른 제품의 응용처를 나타내는 도면이다.5 is a diagram illustrating an application of a product according to an embodiment.

도 5를 참조하면, 일 실시예는 시야확보를 위한 별도의 전조등이 설치되어 있지 않은 모든 이동수단들에 적용이 가능하다. 예를 들어, 일 실시예는 자전거, 전동휠, 킥보드 및 보드에 적용될 수 있다.Referring to FIG. 5, one embodiment of the present invention is applicable to all moving means in which no headlight for securing a view is installed. For example, one embodiment may be applied to a bicycle, an electric wheel, a kickboard, and a board.

도 6은 일 실시예에 따른 나노회절광학소자의 예시를 나타내는 도면이다.6 is a view showing an example of a nano diffractive optical element according to one embodiment.

회절광학소자는 국부적으로 빛의 투과 물질(회절막 또는 광학 기판)에 투과율과 단차를 주어 빛에 특성을 근본적으로 제어하는 소자이다. 소자내부 패턴의 사이즈가 나노 스케일로 제작되며, 일반적인 광학소자 중에서 가장 기술 장벽이 높은 소자로 기존 밀링이나 사출 등의 렌즈 제조 기술로는 접근이 불가능한 제품이다.The diffractive optical element is a device that fundamentally controls the characteristics of light by giving a transmittance and a step difference to a light permeable material (diffraction film or optical substrate) locally. The inner pattern of the device is made in nanoscale, and it is the device with the most technical barrier among the general optical devices, and it is a product that can not be accessed by the lens manufacturing technology such as the conventional milling or injection.

3차원 구조의 회절광학소자는 적용 분야로는 아래 그림과 같이 빔분배기, 빔 shaper, 패턴 프로젝터 등 다양한 분야에 적용되고 있으며, 여러 장의 렌즈를 통해서 구현될 수 있는 회절 성능을 한 장의 회절광학소자로 구현할 수 있는 융복합 기능소자로 사용되며, 3차원 구조의 나노회절광학소자는 비대칭형의 목표 이미지를 만들어 낼 수 있어 다양한 프로젝터용 레이저 응용 제품에서 사용되는 대표적인 회절광학소자이다. The three-dimensional diffraction optical element is applied to various fields such as a beam splitter, a beam shaper, a pattern projector, and the like as shown below. The diffraction optical element capable of being realized through a plurality of lenses is a single diffractive optical element The three-dimensional nano diffractive optical element is a representative diffractive optical element used in various laser applications for projectors because it can produce an asymmetric target image.

도 7은 일 실시예에 따른 회절광학소자의 제조 과정에 대한 제1예시 도면이다.7 is a first exemplary view of a manufacturing process of a diffractive optical element according to an embodiment.

나노회절광학소자는 도 7에 도시된 것과 같이 타겟 이미지를 디자인하고, 회절 효과를 이용한 위상 패턴을 설계한다.The nano diffractive optical element designs a target image as shown in Fig. 7 and designs a phase pattern using a diffraction effect.

도 8은 일 실시예에 따른 회절광학소자의 제조 과정에 대한 제2예시 도면이다.8 is a second exemplary view of a manufacturing process of a diffractive optical element according to an embodiment.

패턴 모양을 미세 반도체 공정을 통하여 기판 위에 구현하여 원하는 타겟 이미지를 얻을 수 있으며, 제품의 종류에 따라 유연한 필름 위에 대량으로 복제하는 단계를 진행할 수 있다.The pattern shape can be realized on the substrate through the micro-semiconductor process to obtain a desired target image, and a step of replicating in large quantities on the flexible film according to the kind of the product can be performed.

파장에 따라 사용되게 되는 나노회절광학소자의 재료는 아래와 같다.The material of the nano diffractive optical element to be used according to the wavelength is as follows.

- 광학 기판 : Glass, QZ 등-비정질 기판, Si, Ge, ZnSe, Al2O3 등-단결정 기판, PDMS, PUA, PP 등-광학 필름  - Optical substrate: Glass, QZ, etc. - Amorphous substrate, Si, Ge, ZnSe, Al2O3 - Single crystal substrate, PDMS, PUA, PP etc. - Optical film

- 회절막 : SiO2, SiNx, SiON 등-일정한 굴절률의 증착막  - Diffraction film: SiO2, SiNx, SiON, etc. - Deposition film of constant refractive index

이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.It is to be understood that the terms "comprises", "comprising", or "having" as used in the foregoing description mean that the constituent element can be implanted unless specifically stated to the contrary, But should be construed as further including other elements. All terms, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs, unless otherwise defined. Commonly used terms, such as predefined terms, should be interpreted to be consistent with the contextual meanings of the related art, and are not to be construed as ideal or overly formal, unless expressly defined to the contrary.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

Claims (3)

야간 자전거 운행 시 발생하는 교통사고를 방지하기 위한 회절광학소자 패턴 설계.Design of Diffractive Optical Element Patterns to Prevent Traffic Accidents Occurring at Night. 청구항 1과 같이 회절광학소자를 이용하여 사고를 방지하는 방법.A method for preventing an accident using a diffractive optical element as in claim 1. 청구항 1과 같이 회절광학소자의 Grid Pattern을 설계하는 방법.
A method of designing a grid pattern of a diffractive optical element as in claim 1.
KR1020170151504A 2017-11-14 2017-11-14 Design of diffractive optical element pattern to prevent traffic accidents during nighttime bicycle operation KR20190054666A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111913299A (en) * 2020-06-09 2020-11-10 嘉兴驭光光电科技有限公司 Method for designing diffractive optical element, and design system
CN111913299B (en) * 2020-06-09 2022-04-08 嘉兴驭光光电科技有限公司 Method for designing diffractive optical element, and design system
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