KR20220115930A - Hud 시스템의 화질 개선 방법, 편광 소자, 및 편광 소자 등을 포함하는 hud 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 HUD 시스템의 화질을 개선하기 위한 방법에 관한 것으로, HUD 시스템이 이미지 디스플레이 장치(1)와, 부분적으로 투과하는 제1 반사면(3a) 및 이에 실질적으로 평행한 적어도 하나의 부분적으로 투과하는 제2 반사면(3b)을 갖는 반사 소자(3), 및 편광 의존성 반사층(13), 반사방지층(14) 및 광학 복굴절층(15)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나의 층을 구비하되, 제2 반사면(3b)은 이미지 디스플레이 장치(1) 반대편에 있는 제1 반사면(3a)의 측면 상에 있고, 반사 소자(3)는 이미지 디스플레이 장치(1)에 의해 발생된 이미지의 다른 점에서 발생하여 반사면(3a, 3b)에 입사되는 입사 광빔(11)으로부터 반사된 광빔(12a, 12b)을 생성하고 반사된 광빔(12a, 12b)의 적어도 일부를 설계 검출 점(23a)을 향해 반사하도록 되어 있으며,
상기 방법은,
- 설계 검출 점(23a)의 방향으로 반사 소자(3)에 의해 반사된 입사 광빔(11)의 각각에 대해 주어진 입사 광빔(11)의 반사 중에 반사된 광빔(12a, 12b)의 강도비가 최소인 최적의 편광 상태를 결정하는 단계, 및
- 이전에 결정된 최적의 편광 상태에 따라 입사 광빔(11)의 경로에 배치된 편광 소자(20)에 의해 설계 검출 점(23a)의 방향으로 반사 소자(3)에 의해 반사된 입사 광빔(11)의 편광 상태를 설정하는 단계를 구비한다.
본 발명은 또한 편광 소자 및 HUD 시스템에 관한 것이다.

Description

HUD 시스템의 화질 개선 방법, 편광 소자, 및 편광 소자 등을 포함하는 HUD 시스템

본 발명은 헤드업 디스플레이(Head-up display, HUD) 시스템의 화질(image quality)을 개선하기 위한 방법에 관한 것으로, HUD 시스템은 이미지 디스플레이 장치, 및 부분적으로 투과하는 제1 반사면과 그에 평행한 적어도 하나의 부분적으로 투과하는 제2 반사면을 갖는 반사 소자를 포함하되, 제2 반사면이 이미지 디스플레이 장치 반대편의 제1 반사면 측에 배치되고, 반사 소자는 이미지 디스플레이 장치에 의해 발생된 이미지의 점으로부터 발생하여 반사면에 도달하는 입사 광빔(incident light beam)으로부터 반사된 광빔을 생성하고 반사된 광빔의 일부를 설계 검출 점을 향해 반사하도록 구성된다.

본 발명은 또한 본 발명에 따른 방법을 수행하도록 구성된 편광 소자에 관한 것이다.

본 발명은 또한 본 발명에 따른 편광 소자를 구비하는 HUD 시스템에 관한 것이다.

HUD는 원래 조종사가 경로를 감시하고 다른 방향을 볼 필요가 없도록 하는 것을 목적으로 군대용으로 개발되었다. 대조적으로, 기존의 헤드다운 디스플레이(head-down display, HDD)에서는 대시보드를 정기적으로 살펴봐야 하고 먼 곳을 보다가 갑자기 가까운 곳에 초점을 맞춰야 하기 때문에 피곤할 수 있다. 헤드업 디스플레이는 멀리 떨어진 이미지 평면을 만들어 가까이서 초점을 맞춰야 하는 문제도 해결한다. 원래는 군사 기술이었지만 이제는 자동차 산업에도 등장했으며 민간 사용자도 사용할 수 있게 되었다. 반사 소자, 즉 결합기(이 목적을 위해 특별히 장착된 특수 윈드스크린 또는 특수 플레이트 등)에 이미지를 투영함으로써 운전자는 통상 대시보드를 보고 찾아야 하는 속도, 내비게이션, 무선 설정, 오류 메시지 및 다른 운전 정보에 대해 운전 중에 정보를 얻을 수 있다. 또한, 위험한 상황(예를 들어, 도로의 장애물, 가시성이 좋지 않은 도로 굴곡, 인도에서 발을 떼는 보행자 등)도 시각적으로 예측할 수 있다. 현재, HUD 시스템은 주로 고급차에서 찾아볼 수 있지만, 그 적용 범위가 빠르게 확대되고 있다.

차량에 설치되는 가장 일반적인 HUD 솔루션(도 1 참조)은 기본적으로 이미지 디스플레이 장치(1)와 비구면 미러(2)로 구성되며, 여기서 반사 소자(3)는 윈드스크린(windscreen)이다. 이 실시예에서, 비구면 미러(2)는 윈드스크린 설계로 인해 만곡한 반사 소자(3)의 왜곡을 보정하고, 이미지 디스플레이 장치(1)의 분산하는 광빔(light beam)을 집속시키기 위한 것으로, 후자는 원거리 이미지 평면을 형성하고 운전자가 차량 앞에 있는 "주차장"과 같은 쾌적한 거리에서 보는 투영된 이미지(4)를 생성하기 위한 디지털 프로젝터이다. 도 2 및 3은 반사 소자(3)의 제1 반사면(3a) 및 제2 반사면(3b) 양쪽으로부터 반사되어 제1 및 제2 반사 광빔(12a, 12b)을 발생시키는 이미지 디스플레이 장치(1)로부터 나오는 입사 광빔(11)의 확대도를 나타낸다. 반사된 광빔(12a)은 1차 이미지(8)를 생성하고 반사된 광빔(12b)은 2차 이미지(9)를 생성한다. 두 개의 이미지(8, 9)가 동시에 나타나면 결과가 좋지 않고 혼란스럽기까지 하다. 도 2는 2개의 이미지(8, 9) 및 도 2의 외관을 나타낸다. 도 3은 편광되지 않은 광에 대한 반사 광빔(12a, 12b)의 강도를 나타낸다. 다중 반사로 인해, 당업자에게 알려진 바와 같이 도면에 도시된 것보다 훨씬 더 많은 산란광이 나타날 수 있다. 2개의 결과적인 이미지(8, 9) 중 하나를 제거하고 광빔(12a, 12b) 중 하나의 강도를 다른 하나에 비해 감소시키기 위한(즉, 콘트라스트비를 개선하기 위한) 몇 가지 알려진 솔루션이 있다.

　각 표면에 반사되는 강도는 소위 프레넬 공식에 의해 결정된다. 반사면에서, 입사 광빔(11)과 반사 광빔(12)은 평면, 이른바 입사 평면(10)을 정의한다. 반사 광빔(12)과 입사 광빔(11)의 강도의 비, 즉 반사 계수 R = I_R / I_B (I_B - 입사 빔의 강도, I_R - 반사 빔의 강도)는, 당업자에게 알려진 바와 같이, 입사각 θ, 표면의 양쪽의 재료의 굴절률(공기에 대해 n= 1, 주어진 유리에 대해 n = 1.518) 및 입사 평면(10)과 광빔의 편광 사이의 관계에 의존한다. 이들 관계는 도 4에 나타내어져 있다. 직선으로 편광된 광은 입사 평면(10)에 수직으로 편광될 때 S-편광되고 입사 평면(10)에 평행할 때 P-편광된다. 소위 θ_B 브루스터 각도도 알려져 있으며, 이는 S-편광의 반사 계수 R_S가 0이 아닌 동안 P-편광의 반사 계수 R_P가 0으로 감소하는 재료 경계의 입사각 특성이다. (순수하게 S 또는 P 편광이 아닌 다른 모든 경우에 대해 반사 계수는 R_S 및 R_P로 구성된다.) 편광 원리에 따라 동작하는 HUD는 이 효과를 이용하려고 하며 브루스터 각도로 설계되어 있다. 그러나, 도 5 및 도 6은 S-편광과 P-편광으로 브루스터 각도에서만 윈드스크린을 조명하는 것은 헤드업 디스플레이로 적합한 시스템을 제공하지 않는다는 것을 나타내는바, 이것은 S-편광의 경우에는 투영된 이미지에 고스트 이미지가 남아 있거나(도 5) 또는 P-편광의 경우에 반사가 없을 때는 반사광이 관찰자의 눈에 들어오지 않기 때문에(도 6) 투영된 이미지는 보이지 않는다.

도 5 및 도 6에 나타낸 문제를 해결하기 위해, 알려진 HUD 시스템은 반사 소자(3)의 적어도 한쪽의 표면(3a, 3b)의 반사 특성을 편광의 함수로서 변화시키는 솔루션을 사용한다. 하나의 알려진 솔루션에 있어서는, 반사 소자(3)의 하나 이상의 표면(3a, 3b)에 특수한 박막 시스템을 형성한다. 높은 반사를 제공하는 고반사 반사층(13) 또는 낮은 반사를 제공하는 저반사 반사층(14)의 기능은 주어진 유형의 편광에 대해 주어진 표면(3a, 3b)에서의 광의 반사를 증가 또는 감소시키는 것이다(도 7, 8 참조). 브루스터 각도 및 그에 가까운 영역에서는, 반사 소자(3)를 주어진 편광 유형의 광으로 조명함으로써, 반사의 높은 콘트라스트비를 실현할 수 있고, 반사된 이미지를 즐길 수 있지만, 유용한 범위는 제한되어 있다. 하나의 가능한 실시예에서는, 윈드스크린은 예를 들어 12 nm의 Ag 및 63 nm의 SiO₂로 코팅되고, S-편광 광빔(11)으로 조명된다.

필요한 박막 시스템은 일반적으로 포일(예를 들어, 3M^® WCF = Windshield Combiner Film) 상에 만들어지고 제조 중에 적절한 표면에 적층된다. 더 저렴한 솔루션은 사용자가 제조한 후에도 윈드스크린에 적용될 수 있는 반사 필름을 포함한다. 반사층(13)을 설계할 때 간과할 수 없는 중요한 측면은 국가별로 제한되는 앞유리의 투과율이다(유럽에서는 최소 75%, 미국에서는 최소 70%). 박막 시스템을 갖는 윈드스크린은 광을 너무 많이 반사하여 투과율이 낮을 경우 투과율이 법정 값 이하로 떨어져 시장성이 없을 수 있다.

다른 알려진 솔루션(도 9 및 10)에서는, 편광 의존적 반사는 제1 반사면(3a)을 통과하는 광빔의 편광 평면을 회전시킴으로써 만들어진다. 예를 들어, 바람직하게는 필름 형태의 광학 축(150)을 갖는 광학 복굴절층(15)(λ/2 파장판)이 반사 소자(3)의 제1 반사면(3a)에 적층되고 반사 소자(3)는 브루스터 각도에 가까운 각도로 편광된 광으로 조명된다. 적절한 두께의 복굴절층(15)(도면의 평면과 일치하는 입사 평면에 대해 45°의 각도로 광학 축을 가짐)은 조명 광의 편광 평면을 90°만큼 회전시키는바, 즉 S-편광으로부터 P-편광을 만들고, 그 반대도 마찬가지이다. 이에 의해, 브루스터 각도에 가까운 각도로 들어오는 입사 광빔(11)은 편광에 따라 다른 표면보다 더 낮은 강도를 갖는 한쪽의 표면(3a, 3b)으로부터 반사될 것이다. S편광(도 9)을 이용하면 제1 반사면(3a)으로부터의 반사가 더 커지고, P편광(도 10)을 이용하면 제2 반사면(3b)으로부터의 반사가 더 커진다. 브루스터 각도로부터 점차 벗어나면 이 효과도 점점 나빠지고 고스트 이미지가 나타나므로 유용한 각도 범위가 제한된다.

복굴절층(15)을 포함하는 솔루션의 또 다른 문제는 설계 방향으로부터 벗어날 때 입사 평면(10)과 복굴절층(15)의 광학 축(150) 사이의 각도가 방향에 따라 달라진다는 것이다(도 18a 및 18b). 그 결과, 복굴절층이 설계된 정확한 90도 편광 회전이 각 방향에서 충족되지 않는다. 도 18a는 인지된 이미지의 다른 점으로부터 사용자의 눈에 도달하는 3개의 광빔(11a, 11b, 11c)을 나타낸다. 나타낸 3개의 광빔 중 첫 번째 광빔(11a)은 설계 방향(21)으로 진행하고, 이 광빔에 대해 광학 축(150)과 입사 평면(10) 사이의 각도는 HUD 시스템에 최적인 각도 Φ₀ = 45도에 상당한다. 이 각도는 사용자에 의해 관찰된 이미지의 수평 가장자리 중 하나에 더 가까운 반사 소자(3)에 입사하는 광빔(11)에 대한 수직 방향을 따라 변화하지 않는다. 한편, 이미지의 수직 중심선으로부터 수평 방향으로 벗어난 입사 광빔(11)을 관찰했을 때, 빔(11b)과 같이 이미지의 수직 중심선으로부터 오른쪽으로 벗어나는 빔(11)의 경우에 입사 평면(10b)과 광학 축(150)에 의해 형성되는 각도가 감소하고, 따라서 광 빔(11b)과 관련된 각도 Φ1은 각도 Φ0 보다 더 작은 바, Φ1 < 45도이다. 마찬가지로, 광빔(11c)과 같이 이미지의 수직 중심선으로부터 왼쪽으로 벗어난 각도의 경우, 이 각도가 증가하므로 입사 평면(10c)과 광학 축(150) 사이의 각도 Φ2는 각도 Φ0보다 더 큰 바, 즉 Φ2 > 45도이다. 복굴절 필름은 Φ0 = 45도의 조건이 만족되는 경우에만 편광을 90도만큼 회전시키지만, 다른 각도에서 편광의 회전은 더 이상 정확히 90도가 아니고 표면(3a, 3b)으로부터 반사된 광빔(12a, 12b)의 강도비는 이상적인 것과 다르므로 고스트 이미지 비율이 증가한다. 도 18b에서, 오른쪽의 곡선은 투영된 이미지 영역에서 동일한 각도 값을 나타낸다. 이미지의 수직 중심선에서, 이 각도는 이미지의 아래쪽 가장자리와 위쪽 가장자리 사이에서 동일하게 45도이다. 이미지의 수직 중심선으로부터 오른쪽으로 벗어나는 광빔(11)의 경우, 다른 곡선은 광학 축이 입사 평면(10)에 대해 45도 미만의 각도에 있는 광빔(11)을 나타낸다. 여기서 복굴절층(15)의 광학 축(150)은 입사 평면(10)과 제1 곡선을 따라 40도, 제2 곡선을 따라 35도, 제3 곡선을 따라 30도 및 제4 곡선을 따라 25도의 각도를 형성한다. 이미지의 수직 중심선으로부터 왼쪽으로 벗어나는 광빔(11)의 경우, 다른 곡선은 광학 축이 입사 평면(10)에 대해 45도 이상의 각도에 있는 광빔(11)을 나타낸다. 여기서 복굴절층(15)의 광학 축(150)은 입사 평면(10)과 제1 곡선을 따라 50도, 제2 곡선을 따라 55도, 제3 곡선을 따라 60도 및 제4 곡선을 따라 65도의 각도를 형성한다. 각 광빔(11)에 대해, 45도의 이상적인 각도로부터 광학 축(150)의 각도의 벗어남(deviation, 일탈)은 벗어남에 비례하는 화질의 열화, 즉 고스트 이미지 비율의 증가로 이어진다.

도 21a는 S-편광에 의해 조명되는 도 9에 따른 시스템에 대한 수직 및 수평 각도의 벗어남 중의 고스트 이미지 비율을 나타낸다. 개인에 따라, 3∼5% 이상의 고스트 이미지가 불편하게 될 수 있다. 도면에서, 고스트 이미지 비율이 동일한 영역은 실선으로 구분하고, 각 구분선에는 고스트 이미지 비율의 값이 표시되어 있다. 도면은 고스트 이미지 비율이 3%, 5%, 10%, 20%, 30% 40% 또는 50%인 영역에 속하는 라인을 나타내고 있다. 각 라인 내에서는 주어진 값은 안쪽으로 이동함에 따라 더 작아지거나 감소하고, 라인 외부에서는 이 값은 바깥쪽으로 이동함에 따라 더 커지거나 증가한다. 3%의 고스트 이미지 비율은, +9˚와 -9˚의 범위에서 수직 방향으로 근사한 영역, 및 대략 -7˚∼+7˚의 범위에서 수평 방향으로 근사한 영역에만 설치되어 있는 것을 도면으로부터 명확히 알 수 있다. 도면에 나타낸 각도는 실질적으로 "고스트 이미지가 없는" 것으로 간주될 수 있는 시야를 정의하는 관찰자의 눈에 들어가는 빔에 의해 둘러싸인 각도이다.

현재 널리 사용되고 있는 앞유리는 2층의 유리와 그 사이에 봉입된 폴리비닐 부티랄(polyvinyl butyral, PVB)의 층으로 구성된다. (후자는 안전 기능을 수행한다. 그 목적은 사고가 발생한 경우 유리 파편이 탑승자에게 떨어지는 것을 방지하기 위한 것이다.) 복굴절층(15)은 또한 일반적으로 보호를 위해 2층의 유리층 사이에 봉입되어 있다(도 11, 도 12). 이것은 콘트라스트가 대폭적으로 저하되는 일은 없지만, 복굴절층(15)을 기계적인 영향으로부터 보호하게 만든다. 이러한 해결책은 예를 들어 특허 문헌 US10416447B2 및 EP0424950A2로부터 알려져 있다.

다른 알려진 솔루션에서는, 두 개의 λ/2 파장판이 윈드스크린의 유리층 사이에 배치되고, 필름 사이에 공기 층(도 13)(US7839574B2) 또는 반사 박막 시스템(US7123418B2, US6952312B2)이 제공된다. 도 13은 공기층을 포함하는 PVB 층(16)에 봉입된 2개의 λ/2 복굴절층(15, 15')을 갖는 평탄한 앞유리를 나타내며, 여기서 앞유리는 P-편광으로 조명된다. 하나의 필름의 광학 축은 입사면에 대해 45°의 각도이고 다른 하나의 필름은 135°의 각도이다. 도 14는 반사층(13)을 포함하는 PVB 층(16)에 봉입된 2개의 λ/2 복굴절층(15, 15')을 갖는 평탄한 윈드스크린을 나타내며, 여기서 윈드스크린은 P-편광으로 조명된다. 복굴절층(15) 중 하나의 광학 축(150)은 45°의 각도를 형성하는 반면, 다른 하나의 광학 축(150)은 입사면과 135°의 각도를 형성한다. 이들 두 솔루션의 장점은 P-편광에서 작동한다는 점이다. 즉, 편광 선글라스는 이미지의 가시성을 차단하지 않는다. 앞서 설명한 P-편광 원리에 기반한 시스템은, 우천시와 모든 종류의 외부 오염으로 인해 외부 표면에서 광이 산란되고 이미지가 열화되기 때문에 널리 보급되지 않았다. 이에 대해, 위에서 언급한 두 가지의 배치에서는 PVB(16) 층에서 가장 높은 반사 강도가 발생하기 때문에, 우천이 방해가 되지 않는다. 유리층 사이에 배치된 필름 또는 필름의 기계적인 보호는 유리의 외부 층에 의해 제공된다.

미국 특허 제5,999,314호는, 콘트라스트비를 더욱 향상시키기 위해 복굴절층(15)을 둘러싸는 유리 시트의 외부 표면에 반사 또는 반사 방지층(13, 14)이 도포되는 솔루션을 개시하고 있다. 외부 표면에 적용된 박막은 또한 브루스터 각도를 수정하거나 조정할 수 있는 기능도 제공한다.

위에 제시된 알려진 솔루션에서 사용된 편광 방법의 단점은, 이상적인 각도로부터의 벗어남이 작은 각도 범위에서만 허용되고, 그 벗어남이 큰 경우(이미지의 가장자리로 향해 이동하는 경우) 이미지는 급격히 열화된다는 점, 즉 고스트 이미지를 갖게 된다는 점이다. 적절한 동작은 일반적으로 ± 3-9°의 범위에서, 즉 앞유리의 표면의 한 손바닥(정확한 값은 도 21a와 관련하여 이미 설명된 바와 같이 방법과 "적절한 동작"의 정의에 의존함)에서 달성된다.

위에서 설명되고 도 15에 개략적으로 도시된 이미지 디스플레이 장치(1) 및 반사 소자(3)를 구비하는 HUD 시스템으로부터, 일반적으로는 하나의 방향, 즉 고스트 이미지가 없는 무결점으로 동작하는 소위 21 설계 방향(21 design direction)이라고 말할 수 있다. 기존의 HUD 시스템은 디스플레이된 이미지가 설계 방향에서 볼 때 고스트가 없도록, 즉 설계 방향(21)이 HUD 시스템의 최적화의 대상으로 되도록 설계되어 있다. 이 방향으로부터 수직 및 수평 방향을 벗어나면 점점 더 강한 고스트 이미지가 나타난다. 도 15에 도시된 유용한 영역(22)은 고스트 이미지가 아직 방해하고 있지 않은 공간 각도 범위이다. 개인에 따라서는, 약 3∼5% 이상에서는 고스트 이미지 비율이 불편하게 된다.

도 17a에서 나타낸 솔루션에서, 이미지 디스플레이 장치(1)를 출사하는 광은 단순한 선형 편광기(19)를 통과하는 바, 따라서 균일한 편광을 갖는다. 편광된 광빔은, 제1 미러(17) 및 제2 미러(18)로부터 반사 소자(3)로 반사된 다음, 거기로부터 사용자의 눈으로 반사된다. 제2 미러(18)는 바람직하게는 투영된 발산 빔으로부터 수렴하는 빔을 생성하는 비구면 미러이다. 알려진 솔루션에서 선형 편광기(19)의 광학 축은 모든 점에서 동일하기 때문에, 통과하는 직선으로 편광된 광빔의 편광 축도 또한 동일한 방향을 가리킬 것이다. 따라서, 사용자에 의해 인식되는 이미지의 가장자리를 향해 이동하면, 즉 설계 방향(21)으로부터 벗어나면, 입사 광빔(11)의 편광 평면도 입사 평면(10)에 대해 점점 더 회전된다(도 16a 및 도 16b 참조). 도 16a는 이미지 디스플레이 장치(1)에 의해 생성된 이미지의 다른 점으로부터, 동일한 편광을 갖고, 사용자의 눈에 도달하는 3개의 입사 광빔(11a, 11b, 11c)을 나타낸다. 나타낸 3개의 광빔 중 광빔(11a)은 이상적인 방향, 즉 설계 방향(21)으로 진행하고, 그리고 이 광빔의 편광 방향은 HUD 시스템에 대한 이상적인 편광 방향에 대응한다. 즉, 광빔(11a)의 편광 축은 입사 평면(10a)에 대해 각도 ß₀ = 90도를 형성한다. 이 각도는 사용자에 의해 관찰된 이미지의 수평 가장자리 중 하나에 더 가까운 반사 소자(3)에 입사하는 광빔(11)에 대해 수직 방향을 따라 변화하지 않는다. 한편, 수평 방향에서의 이미지의 수직 중심선으로부터 벗어나는 광빔(11)을 관찰하면, 광빔(11b)의 경우와 같이 수평 방향에서의 이미지의 수직 중심선으로부터 오른쪽으로 벗어나는 광빔(11)의 경우, 이 각도가 작아지므로, 광빔(11b)에 대한 각도 β1이 각도 β0보다 작음을 알 수 있다. 즉, β1 <90도이다. 마찬가지로, 광빔(11c)과 같이 이미지의 수직 중심선의 왼쪽으로의 각도에 대해서는, 이 각도가 커지므로, 광빔(11)에 대한 각도 β2가 각도 β0보다 크다. 즉 ß2 > 90도이다. 주어진 입사 평면(10)에 있어서 입사 광빔(11)은 ß0 = 90도에서만 순수하게 S-편광된 것으로 간주될 수 있기 때문에, 더 이상 다른 각도에서 순수하게 S-편광된 광빔이라고는 말할 수 없다. 도 16b에 있어서, 오른쪽의 곡선은 투영된 이미지 영역에서 동일한 각도값 ß를 나타낸다. 이미지의 수직 중심선에서는 이미지의 아래쪽 가장자리와 위쪽 가장자리 사이의 각도는 90도와 같다. 이미지의 수직 중심선의 오른쪽으로 수평으로 벗어나는 광빔(11)에 대해서는, 편광 축이 입사 평면(10)에 대해 90도 이하의 각도를 이루는 화각이 다른 곡선을 따라 나타내어진다. 광빔(11)의 편광 축은, 주어진 광빔(11)에 속하는 입사 평면(10)과, 첫 번째 곡선을 따라 85도, 두 번째 곡선을 따라 80도, 세 번째 곡선을 따라 75도, 네 번째 곡선을 따라 70도의 각도를 형성한다. 마찬가지로, 이미지의 수직 중심선의 왼쪽으로 수평으로 벗어나는 광빔(11)의 경우, 편광 축이 입사 평면(10)에 대해 90도 이상의 각도를 형성하는 광빔(11)이 다른 곡선을 따라 나타내어진다. 광빔(11)의 편광 축은, 입사 평면(10)과, 첫 번째 곡선을 따라 95도, 두 번째 곡선을 따라 100도, 세 번째 곡선을 따라 105도, 네 번째 곡선을 따라 110도의 각도를 형성한다. 각각 편광된 광빔(11)에 대해, 이상적인 90도 각도로부터 편광 축의 각도의 벗어남은 그 벗어남에 비례하는 화질의 열화로 이어지는 바, 즉 고스트 이미지 비율이 증가한다.

본 발명자들은, 종래 기술의 HUD 시스템의 경우, 반사 소자(3)가 균질한 광, 즉 각각의 광빔(11)에 대해 동일한 방식으로 편광된 광으로 조명되고, 따라서 편광은 반사된 광빔에 대해서만 적절할 것이라는 것을 발견하였다. 즉, 입사 평면(10)의 회전으로 인해 이미지의 가장자리로 향해 이동하는 것은, 거기에 도달하는 광빔(11)의 편광이 설계 방향에 비해 최적은 아니고 고스트 이미지가 나타난다. 즉, 현재의 HUD 시스템에서는, 이미지의 중앙에만 고스트 이미지가 없기 때문에 허용 가능한 품질의 이미지를 표시할 수 있는 영역이 제한된다.

본 발명자들은, 기존의 HUD 시스템에 있어서, 관찰된 이미지의 가장자리와 입사 평면(10)으로부터 나오는 반사 광빔(12)에 속하는 입사 광빔(11)의 편광 축이 설계 각도에 대응하지 않는 각도인 것을 발견했다.

본 발명은 또한, 광빔(11)의 편광 상태가, 입사 광빔의 경로에 배치된 적절하게 설계된 편광 소자에 의해 광빔(11)의 전파 방향에 대응하는 미리 결정된 최적의 편광 상태에 따라 설정될 수 있다는 인식에 기초를 두고 있다. 상기 최적의 편광 상태에 의해, 이미지의 가장자리에 있어서도 실질적으로 고스트가 없는 이미지를 실현할 수 있다.

본 발명의 목적은 종래 기술 솔루션의 단점이 없는 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 목적은 현재의 HUD 시스템의 화질을 개선하는 것, 특히 고스트 이미지 비율을 감소시키고 실질적으로 고스트 이미지가 없는 것으로 간주될 수 있는 영역을 증가시키는 것이다.

따라서 본 발명의 목적은, HUD 시스템을, 단순히 균일하게 편광된 광을 반사 소자(3)에 출사하는 것이 아니라 최소의 고스트 이미지 비율을 달성하기 위해 필요한 편광으로 편광이 반사 소자(3)의 각 점에 도달하도록 변환하는 것이다. HUD의 작업의 방식에 따라서는, 선형 또는 타원형(원형을 포함함) 편광을 갖는 광이 이에 적합할 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 목적은, 이미지 디스플레이 장치와, 부분적으로 투과하는 제1 반사면과 이에 실질적으로 평행한 적어도 하나의 부분적으로 투과하는 제2 반사면을 갖는 반사 소자와, 편광 의존 반사층, 반사 방지층 및 광학 복굴절층으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 층을 구비하는 HUD 시스템에 의해 달성되며, 여기서 제2 반사면은 이미지 디스플레이 장치 반대편의 제1 반사면 측에 있고, 반사 소자는 이미지 디스플레이 장치에 의해 발생되고 반사면에 입사하는 이미지의 점에서 발생하는 입사 광빔으로부터 반사된 광빔을 생성하고 반사된 광빔의 적어도 일부를 설계 검출 점을 향해 반사하도록 구성되며, 반사 소자는 설계 검출 점의 방향으로 반사된 입사 광빔의 일부가 브루스터 각도로 제1 반사면에 도달하도록 이미지 디스플레이 장치에 대해 배치된다. 이미지 디스플레이 장치와 반사 소자 사이의 광로에 있어서, 제1 반사면에 의해 최초로 반사된 반사 광빔의 강도와 제2 반사면에 의해 최초로 반사된 반사 광빔의 강도의 최소값을 상기 2개의 강도의 최대값으로 나누는 것에 의해 계산된 강도비가 최소값을 갖도록, 반사 소자에 의해 반사된 입사 광빔의 편광 상태를 설계 검출 점으로 향해 설정하기 위한 편광 소자를 구비한다.

이미지 디스플레이 장치(투영 유닛으로도 알려짐)는 전형적으로 제1 방향으로 정의된 폭 및 제1 방향에 실질적으로 수직인 제2 방향으로 정의된 높이를 갖는 이미지를 생성한다. 여기로부터 방출되는 광빔은 광 투과 및 반사하는 반사 소자(즉, 윈드스크린)에 도달하기 전에 추가의 편향 광학 요소를 통과할 수 있는데, 여기서 반사되거나 투과된 광이 사용자의 눈에 들어온다. 바람직한 실시예에서, 이미지 디스플레이 장치는 실질적으로 직선으로 편광된 광을 반사 소자에 투영하는바, 예를 들어 이미지 디스플레이 장치는 선형 편광기를 구비할 수 있다. 모든 윈드스크린과 마찬가지로 반사 소자는 주어진 편광 특성을 가진 광을 대량으로 반사하고 다른 편광 특성을 가진 광을 대량으로 투과시킨다. 투영된 직선으로 편광된 광빔의 경로에 배치된 광학 요소는, 위에서 설명한 바와 같이 설계 검출 점의 방향으로 반사된 입사 광빔(즉, 투영된 이미지를 정의하는 광빔)의 편광 상태를 설정한다. 검출 점을 가리키는 설계 방향으로 둘러싸인 수직 및/또는 수평 각도(α_V, α_H)의 함수로 이러한 광빔의 편광 특성을 수정하는 것과 같이 이해될 수 있다.

본 발명의 다른 목적은 HUD 시스템의 화질을 개선하기 위한 청구항 1에 따른 방법이다.

본 발명은 또한 본 발명에 따른 방법을 수행하도록 구성된 청구항 6에 따른 편광 소자에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 반사 소자(3)에 입사하는 광빔(11)의 편광 특성은, 적절하게 설계된 편광 소자에 의해 입사 방향마다 다르게 설정되므로, 반사 소자(3)로부터 반사된 후의 고스트 이미지가 최소한으로 억제된다. 이러한 솔루션에 의해, 각 픽셀에 대해 고스트 이미지의 콘트라스트비를 크게 감소시킬 수 있고, 즉 사용자에 의해 고스트 이미지가 없는 것으로 인식되는 이미지 영역을 크게 증가시킬 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예는 종속항에 있어서 정의되어 있다.

본 발명의 추가적인 상세는 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다. 도면에서
도 1은 종래 기술의 HUD 시스템의 개략도이다.
도 2는 종래 기술의 HUD 시스템의 고스트 이미지를 나타내는 개략도이다.
도 3은 도 1에 따른 반사의 강도를 나타내는 도면이다.
도 4는 공기-유리 매체 경계에서 입사각의 함수로서 순수 P-편광 및 순수 S-편광된 빔의 반사 계수의 곡선을 나타낸다.
도 5는 순수 S편광된 광과 단순한 윈드스크린의 사용의 결과를 나타낸 도면이다.
도 6은 순수 P편광된 광과 단순한 윈드스크린을 사용한 결과를 나타낸 도면이다.
도 7은 반사 소자의 제1 반사면에 고반사 반사층을 갖고 제2 반사면에 저반사 방지층을 갖는 반사 소자를 적용한 결과를 나타낸 도면이다.
도 8은 반사 소자의 제2 반사면에 고반사 반사층을 갖고 제1 면에 저반사 방지층을 갖는 반사 소자를 적용한 결과를 나타낸 도면이다.
도 9는 반사 소자의 제1 반사면에 광학 복굴절층과 S편광이 사용된 결과를 나타낸 도면이다.
도 10은 반사 소자의 제1 반사면에 복굴절층과 P편광이 사용된 결과를 나타낸 도면이다.
도 11은 반사 소자가 이중 층 윈드스크린으로 형성된 경우, PVB 필름과 복굴절 중간층 및 S-편광이 사용된 결과를 나타낸 도면이다.
도 12는 반사 소자가 이중 층 윈드스크린으로 형성된 경우, PVB 필름과 복굴절 중간층 및 P편광이 사용된 결과를 나타낸 도면이다.
도 13은 반사 소자가 2층 윈드스크린으로 형성된 경우, 층 사이의 2개의 복굴절층과 그들 사이의 공기층의 사용의 결과를 나타낸 도면이다.
도 14는 반사 소자가 2층 윈드스크린으로 형성된 경우, 층 사이의 2개의 복굴절층 및 그들 사이의 반사층의 사용의 결과를 나타낸 도면이다.
도 15는 종래의 HUD 시스템에서 고스트 이미지가 없는 영역을 도시한 개략도이다.
도 16a는 종래의 HUD 시스템에서 반사 광빔의 방향에 따른 입사 광빔의 편광 축과 입사면 사이의 각도의 변화를 도시한 도면이다.
도 16b는 도 16a에서 강조 표시된 입사 광빔의 입사면에 대한 편광 축의 기울기를 도시한 도면이다.
도 17a는 종래의 HUD 시스템에서 반사 광빔의 방향에 따른 입사 광빔의 편광 축과 입사면 사이의 각도의 변화를 나타낸 도면이다.
도 17b는 반사된 광빔의 방향의 함수로서 본 발명에 따른 HUD 시스템에서 입사 평면과 입사 광빔의 편광 축 사이의 각도가 어떻게 일정하게 유지되는지를 도시한 도면이다.
도 18a는 종래의 HUD 시스템에서 반사 광빔의 방향의 함수로서 반사 소자 상의 복굴절층의 광학 축과 입사 평면 사이의 각도의 변화를 도시한 도면이다.
도 18b는 도 18a에서 강조 표시된 빔의 입사면의 반사 소자 상의 복굴절층의 광학 축에 대한 기울기를 도시한 도면이다.
도 19a는 반사 소자 상의 복굴절층의 광학 축을 나타내는 도면으로서, 이미지 디스플레이 장치 뒤에 배치된 선형 편광기만을 가진 종래의 HUD 시스템을 도시한 도면이다.
도 19b는 이미지 디스플레이 장치 다음에 배치된 선형 편광기를 본 발명에 따른 편광 소자가 뒤따르는 본 발명에 따른 HUD 시스템을 도시한 도면으로서, 반사 소자 및 편광 소자에 각각 배치된 복굴절층의 광학 축을 나타낸 도면이다.
도 19c는 본 발명에 따른 곡면 편광 소자를 도시한 개략도이다.
도 20a는 종래의 HUD 시스템의 이미지 디스플레이 장치 및 편광기에 의해 생성된 광빔의 개략도이다.
도 20b는 본 발명에 따른 HUD 시스템의 제1의 예시적인 편광 소자 및 이미지 디스플레이 장치에 의해 생성된 빔의 개략도이다.
도 20c는 본 발명에 따른 HUD 시스템의 제2의 예시적인 편광 소자 및 이미지 디스플레이 장치에 의해 생성된 빔의 개략도이다.
도 20d는 본 발명에 따른 HUD 시스템의 제3의 예시적인 편광 소자 및 이미지 디스플레이 장치에 의해 생성된 빔의 개략도이다.
도 20e는 본 발명에 따른 HUD 시스템의 제4의 예시적인 편광 소자 및 이미지 디스플레이 장치에 의해 생성된 빔의 개략도이다.
도 21a는 도 20a에 도시된 HUD 시스템의 경우의 투영된 이미지에서의 고스트 이미지 비율 값을 나타낸 도면이다.
도 21b는 도 20b에 도시된 HUD 시스템의 경우의 투영된 이미지에서의 고스트 이미지 비율 값을 나타낸 도면이다.
도 21c는 도 20c, 20d 및 20e에 도시된 HUD 시스템의 경우의 투영된 이미지에서의 고스트 이미지 비율 값을 나타낸 도면이다.
도 22는 본 발명에 따른 HUD 시스템의 바람직한 예시적인 실시예의 개략도이다.

도 1 내지 도 17a 및 도 21a는 종래 기술의 HUD 시스템 및 그 문제점을 나타내는 바, 이는 명세서의 이전의 섹션에 상세히 설명되어 있다. 설명의 명료화와 간단화를 위해 이미 설명된 도면들은 필요한 정도로만 참조될 것이다.

본 발명에 따른 방법은, 이미지 디스플레이 장치(1)와, 부분적으로 투과하는 제1 반사면(3a)과 이에 실질적으로 평행한 적어도 하나의 부분적으로 투과하는 제2 반사면(3b)을 가진 반사 소자(3), 및 예를 들어 도 17b에 도시된 바와 같은 편광 의존적 반사층(13) 및/또는 반사 방지층(14) 및/또는 광학 복굴절층(15)을 구비하는 HUD 시스템의 화질을 개선하는 것을 목적으로 한다. 제2 반사면(3b)은 이미지 디스플레이 장치(1) 반대편의 제1 반사면(3a)의 측면에 위치되는 바, 이미지 디스플레이 장치(1)에 의해 발생된 광빔은 먼저 제1 반사면(3a)에 도달하고 이를 통과하여 제2 반사면(3b)에 도달한다. 본 발명의 맥락에서, 편광 의존적 반사층(13) 및 반사 방지층(14)은 각각 광의 주어진 편광에 대해(예를 들어, S-편광에 대해) 반사가 최대 또는 최소인 층(예를 들어, 필름, 코팅 등)을 의미한다. 즉, 이들 층은 주어진 유형의 편광을 고효율로 반사(반사층(13)) 또는 투과(반사방지층(14))한다. 반사층(13) 및 반사방지층(14)은 또한 전술한 바와 같이 표면(3a, 3b) 상에 또는 표면(3a, 3b) 사이에 배치될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 반사 소자(3)는 차량의 윈드스크린으로서 제공되며, 그 내부 표면은 제1 표면(3a)이고 그 외부 표면은 제2 표면(3b)이다. 반사면(3a, 3b)은 이미지 디스플레이 장치(1)에 의해 생성된 이미지의 다른 점에서 발생하여 반사면(3a, 3b)에 도달하는 입사 광빔(11)으로부터 반사된 광빔(12)을 생성하고 반사된 광빔(12a, 12b)의 일부를 설계 검출 영역(23) 내에 위치된 설계 검출 점(23a)을 향하여 반사하도록 구성된다. 이미지 디스플레이 장치에 의해 생성되는 이미지는 이미지 디스플레이 장치의 스크린이나 다른 표면에서 인식 가능한 이미지이다. HUD 시스템의 사용자에 의해 관찰된 이미지는 투영 이미지라고 한다. 반사 소자(3)는 바람직하게는 입사 광빔(11)의 적어도 일부가 브루스터 각도로 표면(3a, 3b)에 도달하도록 배치된다. 본 설명의 맥락에서 설계 검출 영역(23)은 사용자가 HUD 시스템에 의해 생성된 이미지를 볼 것으로 예상되는 공간적 위치를 포함하는 영역을 나타내고, 이로써 이것이 설계 파라미터로 된다는 점에 유의해야 한다. 따라서, 설계 검출 영역(23)은 HUD 시스템의 환경에 의존하며, 예를 들어 주어진 유형의 차량에 설치하기 위해 설계된 HUD 시스템의 경우 윈드스크린에 대한 운전석의 위치에 의존한다. 실제로, 예를 들어 높이가 다른 사용자(운전자)의 눈의 위치는 운전 위치(즉, 좌석이 쾌적한 운전을 위해 적절한 높이와 거리에 설정되어 있음)에서 주어진 유형의 차량의 운전석에 앉았을 때 결정될 수 있다. 결정된 눈 위치를 포함하는 영역은 설계 검출 영역(23)으로 간주될 수 있고, 예를 들어 설계 검출 영역(23)의 중심점이 설계 검출 점(23a)으로 간주될 수 있다. 더욱이, 설계 검출 점(23a)만을 결정하는 것도 생각할 수 있으며, 예를 들어 설계 검출 점(23a)은 운전 위치에서 운전석에 앉아 있는 평균 신장을 갖는 사용자의 두 눈 사이의 중간에 위치하는 점에 대응할 수 있다. 더욱이 주어진 사용자에 대한 설계 검출 점(23a)을 결정하는 것도 가능하다. 디폴트에 의해, HUD 시스템이 의도한 대로 사용되는 경우, 앞서 설명된 설계 방향(21)은 설계 검출 점(23a)을 가리킨다. 반사 소자(3)는 이미지 디스플레이 장치(1)에 의해 생성된 이미지의 점으로부터 발생하는 광빔의 일부만을 설계 검출 점(23a)의 방향으로 반사하고, 다른 광빔은 다른 방향으로 반사한다는 점에 유의해야 한다. 그렇지만, 이들 광빔만이 설계 검출 점(23s)으로부터 가상의 사용자 시점에 도달하기 때문에(이들 광빔은 투영된 이미지를 형성함), 결과적으로 본 발명에 따른 방법은 이러한 광빔을 생성하는 입사 광빔(11)만을 대상으로 하고 있고, 방법의 추가의 단계에서는, 이들을 설계 검출 점(23a)의 방향으로 반사되는 입사 광빔(11)이라고 한다.

본 발명에 따르면, 설계 검출 점(23a)의 방향으로 반사면(3a, 3b)에 의해 반사된 입사 광빔(11)에 대해 최적의 편광 상태가 결정되고, 이 최적의 편광 상태에서는 주어진 입사 광빔(11)의 반사 중에 제1 반사면(3a)에 의해 최초로 반사되고 제2 반사면(3b)에 의해 최초로 반사된 반사 광빔(12a, 12b)의 강도비가 최소이다. 도 12에 나타낸 경우에는, 표면(3a, 3b)에 의해 반사된 광빔(12a, 12b)에 대해서는, 이 강도비는 0이고(브루스터 각도로 입사된 P-편광 광빔(11)은 표면(3a)을 완전히 통과하기 때문에 반사가 없음), 즉 반사 광빔(12a, 12b)의 최소 강도비도 0이다. HUD 시스템의 관점으로부터, 이것은 고스트 이미지가 전혀 나타나지 않기 때문에 이상적인 경우이다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 제2 반사면(3b)에 의해 최초로 반사된 반사 광빔(12b)은 제1 표면(3a)을 통과하여 제2 표면(3b)에 의해 최초로 반사된 광빔을 의미하는 것으로 이해된다. 제1 및 제2 표면(3a, 3b) 사이에서 반사되고 제2 표면(3b)에 의해 설계 검출 점(23a)을 향해 반사되는 도 5에 나타낸 고차 광빔은 간략화를 위해 고려되고 있지 않다. 최적의 편광 상태는, 반사면(3a, 3b)에 의해 설계 검출 점(23a)의 방향으로 반사된 각각의 입사 광빔(11)에 대해 결정될 수 있거나, 단지 일부 대표적인 입사 광빔(11)에 대해서만 결정될 수 있다. 예를 들어, 이미지 디스플레이 장치(1)에 의해 생성된 이미지의 주어진 영역에 대해서는 하나의 입사 광빔(11)만이 고려될 수 있다. 예를 들어, 10x10 픽셀의 이미지 영역에서 발생하는 모든 광빔(11)은 주어진 이미지 영역의 중심 픽셀에서 발생하는 단일의 광빔(11)으로 나타내어질 수 있다.

광빔(11)의 편광 상태는 당업자에게 알려진 바와 같이 소위 존스 벡터(Jones vector), 즉 광빔 성분의 진동의 진폭 및 위상각에 의해 주어질 수 있다. (존스 벡터 X와 Y의 위상차가 0° 또는 180°이면 직선 편광, 90°이면 원형 편광이라고 한다. 그 이외의 경우는 타원 편광이라고 한다.)

예시적인 실시예에서, 제1 및 제2 반사면(3a, 3b) 중 하나 또는 양쪽 모두는 도 7 및 도 8과 관련하여 이전에 나타낸 바와 같이 특정 유형의 직선 편광(S- 또는 P-)을 위해 설계된 반사층(13) 및/또는 반사 방지층(14)을 갖춘다. 반사층(13)을 갖춘 반사 소자(3)의 표면(3a, 3b) 상의 반사 및 투과는 다음과 같다. 각 재료 경계마다, 각 방향에 대해, 반사 및 투과 계수가 결정될 수 있으며, 이를 프레넬 계수라고 한다. 따라서, 반사 소자(3)(예를 들어, 유리)에 대해, 다음의 계수가 제1 표면(3a)에 대해 r_12, t_12, r_21, t₂₁ 및 제2 표면(3b)에 대해 r₂₃, t₂₃, r₃₂, t₃₂로 결정될 수 있다. 계수는 입사각과 표면 양쪽에 있는 재료의 복소 굴절률, 그리고 표면에 도포되는 박막의 구조에 의존하는 복소수이다. 더욱이, 계수도 또한 편광에 의존하며, S-편광(r_12s, t_12s, r_21s, t_21s, r_23s, t_23s, r_32s, t_32s) 및 P-편광(r_12p, t_12p, r_21p, t_21p, r_23p, t_23p, r_32p, t_32p)에 대해 별도로 결정될 수 있다.

입사 빔의 존스 벡터가:

이고, 강도가:

이면, 첫 번째(E₁) 및 두 번째(E₂) 반사 빔에 대해 다음과 같은 존스 벡터를 얻을 수 있다:

여기서

은 반사 소자(3)에서의 전파의 행렬이다.

반사된 광빔(12a, 12b)의 강도는 각각:

이다.

여기서 d는 반사 소자(3)의 두께이고, κ는 반사면 사이의 공간을 채우는 재료(예를 들어, 유리)의 소광 계수이며, λ₀는 조명하는 광빔의 파장이다.

고스트 이미지 비율은 낮은 강도와 높은 강도의 비율과 같다:

브루스터 각도 근처에서는, X=0의 경우 또는 Y=0의 경우

는 최소로 된다. 이것은 정확히 각각 P-편광 또는 S-편광에 대한 조건이다. 따라서, 이 실시예에서, 광빔(11)에 대해 결정된 최적의 편광 상태는 반사층(13)(또는 반사 방지층(14) 각각)의 유형에 따라 P-편광 또는 S-편광이다. 따라서, 반사 소자(3)는 반사된 광빔(12a, 12b)의 강도비를 최소로 유지하기 위해, 즉 고스트 이미지 비율을 최소화하기 위해, P-편광 또는 S-편광된 광빔(11)으로 각 점에서 조명되어야 한다. 즉, 당업자에게 명백한 바와 같이, 직선 편광된 광빔(11)의 편광 축은 HUD 시스템의 파라미터(예를 들어, 반사 소자(3)의 기하학적 구조, 배치 등)를 고려하여 개별적으로 결정 가능한 소정의 광빔(11)의 입사 평면(10)의 방향의 함수로서 설정되지 않으면 안된다.

다른 가능한 실시예에서, 반사 소자(3)는 도 9, 도 10 및 도 18a, 18b와 관련하여 이미 설명된 바와 같이 제2 반사면(3b)의 전방에 복굴절층(15)이 평행으로 배치된 광학 축(150)을 갖는 적어도 하나의 광학 복굴절층(15)을 갖춘다. 이 복굴절층(15)을 사용하는 실시예는 최소 고스트 이미지 비율을 달성하기 위해 타원 편광된 광빔(11)을 필요로 하며, 이 편광은 반사 소자(3)에 비스듬히 접근하고 복굴절층(15)을 통과할 때 S-편광 또는 P-편광 상태에서 제2면(3b)에 도달하도록 위상 시프트된다. 따라서, 고스트 이미지의 비율이 최소화된다.

반사 소자(3)의 제1 표면(3a)에 복굴절층(15)을 도포할 때, 상기 실시예의 식은 다음과 같이 된다:

여기서

Δ는 복굴절층(15)의 위상 시프트이고, 입사각과 광빔(11)의 방향에 의존한다. φ는 입사 평면(10)과 광학 축(150) 사이의 각도이고, 광빔(11)의 방향에도 의존한다. 강도는 이 경우에 대해서도 마찬가지로 계산될 수 있다.

설계 방향(21)에서 Δ=π이고 φ=45°, 그래서

및

이다. 그런 다음 R₂:

이다.

S-편광 및 P-편광의 반사 항이 이전의 경우와 비교하여 역으로 되어 있음을 알 수 있다. 고스트 이미지 비율은 다음과 같이 된다:

P-편광의 반사 계수는 항상 S-편광의 반사 계수보다 작고(r_P ＜ r_S), 투과율(t_P ＞ t_S)에 대해서는 그와 반대이며, 더욱이 브루스터 각도에서는 r_P=0 및 t_P =1이고 브루스터 각도 근처에서는

및

이다. 따라서, X=0 또는 Y=0의 경우, 고스트 이미지 비율

는 최소로 된다. 이것은, P-편광(R1 <R2) 또는 S-편광(R1> R2)에 대한 정확한 조건이다. 즉, 설계 방향(21)에 있어서, 고스트 이미지 비율을 최소로 하기 위해서는 반사 소자(3)는 이러한 편광 중 어느 하나로 조명되어야 한다. 설계 방향(21) 이외의 경우는, 다른 입사각(10)에서는 Δ=π 및 φ=45°가 만족되지 않고, 식

에 있어서 S-편광 반사항과 P-편광 반사항이 단순히 상호 교환되는 것이 아니라 이들의 조합이 얻어진다. 그런 다음 최적의 편광 상태는 다음 식을 최소화함으로써 결정될 수 있다.

여기서

그리고

이고 여기서 a 및 b는 복소수이다.

고스트 이미지 비율을 최소화하는 최적의 편광 상태는 반드시 직선으로 편광되는 것은 아니므로 X 및 Y의 위상이 반드시 동일하지 않을 수 있다는 점에 주의해야 한다. X와 Y의 위상이 같지 않은 경우는, 타원 편광이라고 한다. 따라서, 본 발명에 따른 방법에서는,

를 최소로 유지하는 방식으로 반사 소자(3)에 도달하기 전에 광빔(11)의 편광 상태, 즉 상대 위상 X 및 Y를 형성한다.

본 발명에 따른 방법의 다음의 단계에서는, 설계 검출 점(23a)의 방향으로 반사면(3a, 3b)에 의해 반사된 입사 광빔(11)의 편광 상태는 입사 광빔(11)의 경로에 배치된 편광 소자(20)에 의해 이전에 결정된 최적의 편광 상태에 따라 설정된다. 주어진 이미지 영역에서 발생하는 복수의 광빔(11) 대신에 단일의 대표 광빔(11)에 대해 최적의 편광 상태가 결정되면, 주어진 이미지 영역에서 발생하는 모든 광빔의 편광 상태는 대표 광빔(11)에 대해 결정된 최적의 편광 상태에 대응하도록 설정된다.

반사층(13)을 구비하는 실시예에서, 입사 광빔(11)의 최적의 편광 상태는, 제1 반사면(3a)에 도달하는 입사 광빔(11)의 각각이 S-편광되도록, 설계 검출 점(23a)의 방향으로 반사된 각각의 입사 광빔(11)을 직선으로 편광시킴으로써 편광 소자(20)에 의해 만들어진다.

복굴절층(15)을 구비하는 실시예에서, 입사 광빔(11)의 최적의 편광 상태는, 적어도 하나의 광학 복굴절층(15)을 통과하여 제2 반사면(3b)에 도달하는 입사 광빔(11)의 각각이 S-편광되거나 각각 P-편광되도록, 설계 검출 점(23a)의 방향으로 반사된 각각의 입사 광빔(11)을 타원으로 편광시킴으로써 편광 소자(20)에 의해 만들어진다.

특히 바람직한 실시예에서는, 제어 가능한 픽셀을 갖는 LCD 패널(34)이 편광 소자(20)로서 제공되고, 이 방법에서는 설계 검출 점(23a)을 향해 반사된 입사 광빔(11)은 LCD 패널(34)의 픽셀을 통과한다. 투과된 입사 광빔(11)의 편광 상태는, 픽셀을 제어함으로써 미리 결정된 최적의 편광 상태에 따라 설정된다. 당업자에게 알려진 바와 같이, LCD 패널(34)의 픽셀은 각 픽셀에 인가되는 전압을 제어함으로써 소망하는 편광 특성에 따라 광학 축 및/또는 위상 시프트가 픽셀마다 변화될 수 있는 기본적인 편광기로서 기능한다.

본 발명자들은 사용자가 HUD 시스템에 의해 만들어진 이미지를 항상 동일한 위치(예를 들어, 운전 중에 옆으로 기울어지는 등)에서 볼 수 없거나, 또는 다른 이유로 인해 사용자의 눈의 위치가 설계 검출 점(23a)과 실질적으로 다를 수 있음(예를 들어, 실제의 사용자가 설계 검출 점(23a)이 결정된 평균 사용자와 실질적으로 다른 크기를 가질 수 있음)을 인식했다. 고정된 설계 검출 점(23a)에 대해 최적화된 HUD 시스템은, 광빔(11)의 미리 결정된 최적의 편광 상태가 더 이상 최소의 고스트 이미지 비율을 제공하지 않도록, 사용자의 눈에 들어오는 광빔의 입사 평면(10)이 그들의 이전의 위치로부터 회전되기 때문에 이 경우에 적절하게 작동하지 않을 수 있다. LCD 패널(34)의 이점은 그 편광 특성이 주어진 픽셀을 통과하는 광빔(11)의 편광 상태가 원하는 대로 설정될 수 있도록 동적으로 변경될 수 있다는 점이다. 따라서, 특히 바람직한 실시예에서는, 설계 검출 점(23a)은 HUD 시스템을 사용하는 사용자의 현재의 관찰 위치에 따라 선택된다. 바꾸어 말하면, 점(23a)은 사용자의 현재의 관찰 위치, 바람직하게는 사용자의 두 눈의 중간에 위치하는 점으로 실시간으로 조정되고, 그에 따라 현재 결정된 점(23a)을 향하여 반사된 광빔(11)의 최적의 편광 상태가 결정된다. LCD 패널(34)을 제어함으로써, 결정된 최적의 편광 조건에 따라, 그것을 통과하는 광빔(11)의 편광 특성이 설정된다. 사용자의 현재의 관찰 위치는 예를 들어 당업자에게 명백한 바와 같이 알려진 얼굴 인식 및 모션 추적 알고리즘 자체를 사용하는 하나 이상의 카메라로 사용자를 관찰함으로써 결정될 수 있다.

본 발명은 또한 본 발명에 따른 방법을 수행하도록 구성된 편광 소자(20)에 관한 것이다. 본 발명에 따른 편광 소자(20)는, 반사 소자(3)에 도달하고 투영된 이미지를 규정하는 광빔(11)의 편광 특성을, 광학 축으로서 주어진 광빔(11)과 설계 방향(21) 사이의 수직 및 수평 각도(αV, αH)의 함수로서 변경하도록 구성된다.

반사 소자(3)가 바람직하게는 반사층(13) 및/또는 반사 방지층(14)을 갖추는 예시적인 실시예에서, 편광 소자(20)는 복수의 편광 축을 갖는 직선 편광 필터이고, 여기서 편광 필터의 다른 점에서의 편광 축의 방향은 다르다. 바람직하게는, 편광 소자(20)는 실질적으로 평탄한 표면을 갖는다. 이러한 구성은, 예를 들어 도 17b 및 도 20c에서 볼 수 있는바, 이미지 디스플레이 장치(1)로부터 나오고 선형 편광기(19)를 통과하는 광빔(11)의 경로에 배치된 편광 소자(20)는 그 편광 축이 점마다 변화하도록 구성되고, 그에 따라 투과된 광빔(11)의 편광 축도 광빔(11)의 출사 위치에 따라 변화한다. 따라서, 이 예에서 편광 소자(20)를 통과한 광빔(11)은 반사 소자(3)의 설계(아래 참조)에 따라 순수하게 S-편광 또는 순수하게 P-편광된 빔으로서 반사 소자(3)의 표면(3a, 3b)의 다른 점에 도달하는 다른 편광 축을 갖는 직선으로 편광된 광빔으로 된다. 편광 소자(20)에 의해 만들어지는 최적의 편광 상태는 반사 소자(3)의 설계에 의존한다. 예를 들어, 반사 소자(3)의 제1 표면(3a)에 P-편광에 대한 것보다 S-편광에 대해 더 높은 반사율을 갖는 반사층(13)이 제공되고, 제2 표면(3b)에 양 편광 모두에 대해 낮은 반사율을 갖는 반사 방지층(14)이 제공되는 경우, 반사 소자(3)에 도달하는 광빔(11)은 실질적으로 순수한 S-편광 빔이어야 한다. 마찬가지로, 반사 소자(3)의 제2 표면(3b)에 P-편광보다 S-편광에 대해 더 높은 반사율을 갖는 반사층(13)으로 코팅되고, 제1 표면(3a)에 양 편광 모두에 대해 낮은 반사율을 갖는 반사 방지층(14)으로 코팅되면, 반사 소자(3)에 들어오는 광빔(11)도 순수하게 S-편광된 빔이다. 한편, 반사 소자(3)의 제1 표면(3a)에 S-편광보다 P-편광에 대해 더 높은 반사율을 갖는 반사층(13)으로 코팅되고 제2 표면(3b)에 양 편광 모두에 대해 낮은 반사율을 갖는 반사 방지층(14)으로 코팅되는 경우, 반사 소자(3)에 도달하는 광빔(11)은 실질적으로 순수하게 P-편광된 빔이다. 마지막으로, 반사 소자(3)의 제2 표면(3b)에 S-편광보다 P-편광에 대해 더 높은 반사율을 갖는 반사층(13)으로 코팅되고 제1 표면(3a)에 양 편광 모두에 대해 낮은 반사율을 갖는 반사 방지층(14)이 코팅되는 경우, 반사 소자(3)에 도달하는 광빔도 순수하게 P-편광된 빔이어야 한다.

반사 소자(3)가 적어도 하나의 복굴절층(15)을 갖추고 있는 다른 예시적인 실시예에서, 편광 소자(20)는 복굴절 요소의 다른 점에서 위상 시프트가 다르고 투과된 광빔(11)이 미리 결정된 편광 방향을 갖는 타원 편광된 광빔으로 되도록 하는 방식으로 입사 위치에 따라 그 표면을 통과하는 광빔의 편광 특성을 다르게 변조하는 복수의 광학 축을 갖는 복굴절 요소이다. 즉, 바람직하게는 직선으로 편광된 이미지 디스플레이 장치(1)로부터의 광은 최적의 편광 상태에 따라 다른 위치에서의 위상 시프트의 정도를 갖는 편광 소자(20)에 의해 변조된다. 생성된 타원 편광 빔의 타원율은 존스 벡터 형식과 관련하여 전술한 바와 같이 선형 편광과 원형 편광 사이에서 필요에 따라 변화할 수 있다는 점에 주의해야 한다.

다른 형상의 편광 소자(20)는, 반사 소자(3)에서 사용되는 복굴절층(15) 및 반사 소자(3)에 들어가는 광의 편광 방향(S 또는 P)에 의존해서, 본 발명에 따른 HUD 시스템에서 편광 변조기로서 이미지 디스플레이 장치(1) 또는 그 선형 편광기(19)와 반사 소자(3) 사이에 사용될 수 있다. 즉, 편광 소자(20)는 도 20b 및 도 20d에 나타낸 바와 같이 평탄한 표면 또는 선택적으로 구부러진 표면으로서 형성될 수 있다. 복굴절층으로서 형성된 편광 소자(20)의 정확한 형상은 주로 관찰자와 편광 소자(20) 사이의 거리 및 반사 소자(3)의 형상에 의존한다. 예를 들어, 반사 소자(3)에 들어가는 광이 P-편광된 광인 경우, 편광 변조기로 사용되는 편광 소자(20)는 바람직하게는 실질적으로 평탄한 면을 규정하는 것이 바람직하다. 한편, 반사 소자(3)에 도달하는 광이 S-편광된 광인 경우, 편광 소자(20)는 정확한 호가 예를 들어 수치 시뮬레이션에 의해 결정될 수 있는 비평면 곡면(도 19b 및 도 20b 참조)을 규정하는 것이 바람직하다. 곡면에 도달한 직선으로 편광된 빔은 경사진 입사각, 경사진 광학 축 및 경사진 편광 평면으로 인해 다른 타원으로 편광된 빔(11)으로서 진행한다. 이러한 실시예에서는, 도 19c에 나타낸 바와 같이, 호의 곡률의 반경(R)은 바람직하게는 편광 소자(20)와 설계 검출 점(23a) 사이의 거리 A + B의 절반이고, 곡률의 반경(R)의 교차점은 편광 소자(20)가 반사 소자(3)에 대향하는 측면 상에 있는 것이 바람직하다.

도 19b에 나타낸 바람직한 실시예에서는, 편광 소자(20)는 복굴절 소자이고, 그 광학 축(150')은 반사 소자(3)의 복굴절층의 광학 축(150)과 실질적으로 90도의 각도를 형성한다. 이들 2개의 광학 축(150, 150')을 서로 수직으로(하나는 대칭의 수직 축으로부터 +45°만큼 회전하고 다른 하나는 -45°만큼 회전함) 조정함으로써 파장 의존성을 줄일 수 있고 무채색의 행동(achromatic behaviour)이 실현될 수 있다. 이는 복굴절층이 특정의 파장에 맞추어 설계되어 있기 때문이다. 다른 파장에서는, 광빔은 다른 위상 시프트를 받을 것이고 시스템은 컬러 프린지(colour-fringed)될 것이다. 서로 직교하는 광학 축(150, 150')에 의해, 복굴절층으로서 형성된 편광 소자(20)를 통과한 후에 광빔에 의해 운반되는 오차의 양은 반사 소자(3) 상에 배치된 복굴절층(15)에 의해 보상된다.

도 20e에 나타낸 특히 바람직한 실시예에서는, 편광 소자(20)는 임의의 축의 선형 편광 및 타원 편광 빔을 생성하기 위한 개별적으로 제어 가능한 픽셀을 갖는 LCD 패널(34)이고, 그 편광 특성은 픽셀에 인가된 전압을 제어함으로써 동적으로 변경될 수 있다. 도 20e에 나타낸 실시예에 있어서, 이미지 디스플레이 장치(1)에 의해 생성된 바람직하게는 미리 직선으로 편광된 광의 경로에 배치된 광학 요소는 소망하는 편광 특성에 따라 위상 시프트가 점 사이에서 변화하도록 설계·제어 가능한 LCD 패널(34)이다. LCD 패널(34)의 액정 픽셀이 편광을 변조하는데 사용되기 때문에, 편광 필터는 이러한 구성을 위해서는 불필요하다. 픽셀을 제어함으로써, 기존의 LCD 디스플레이와 같이 밝기를 변경하지 않고 투과광의 편광을 1점씩 변화시킨다. 따라서, 각 픽셀을 제어함으로써, 선형 편광기(19)로부터 나오는 직선으로 편광된 광은 각 방향으로 변조될 수 있다. LCD 패널(34) 내의 복굴절 액정의 광학 축은 소망하는 범위에서 회전 가능하기 때문에, LCD 패널(34)은 본질적으로 도 20d의 편광 소자(20)의 제어 가능한 버전이다. LCD 픽셀을 제어하기 위해 필요한 파라미터는 측정 또는 모델링에 의해 결정될 수 있다.

본 발명은 또한 본 발명에 따른 편광 소자(20)를 포함하는 HUD 시스템에 관한 것이다. HUD 시스템은, 이미지 디스플레이 장치(1)와, 부분적으로 반투명한 제1 반사면(3a)과 적어도 하나의 실질적으로 평행하고 부분적으로 반투명한 제2 반사면(3b)을 갖는 반사 소자(3), 및 편광 의존적 반사층(13) 및/또는 반사 방지층(14) 및/또는 광학 복굴절층(15)을 구비한다. 특히 바람직한 실시예에서, 반사 소자(3)는 차량의 윈드스크린이며, 여기서 제1 반사면(3a)은 윈드스크린의 내부 표면이고 제2 반사면(3b)은 윈드스크린의 외부 표면이다. 이미지 디스플레이 장치(1)는 바람직하게는 그 자체로 알려진 디지털 프로젝터 또는 디지털 스크린이다. 선택적으로, 도 17b에 도시된 제1 미러(17) 및/또는 제2 미러(18)와 같은 추가적인 광학 편향기는 당업자에게 명백한 바와 같이 이미지 디스플레이 장치(1)와 반사 소자(3) 사이에 배치될 수 있다.

바람직한 실시예에 있어서, HUD 시스템은 광학 축(150)을 갖는 제1 광학 복굴절층(15)을 갖는 반사 소자(3)와, 광학 축(150')을 갖는 제2 복굴절 요소로서 형성된 편광 소자(20)를 구비하며, 제1 및 제2 광학 축(150, 150')은 서로에 대해 실질적으로 90도의 각도를 형성한다. 도 22에 나타낸 특히 바람직한 실시예에서는, 편광 소자(20)는 LCD 패널(34)이고, HUD 시스템은 사용자의 현재의 관찰 위치를 결정하기 위한 하나 이상의 디지털 카메라(40)와, 그것과 통신하기 위한 중앙 IT 유닛(50)을 포함하되, 상기 중앙 IT 유닛(50)은 LCD 패널(34)을 제어하도록 구성된다. 중앙 IT 유닛(50)이라는 용어는, 디지털 데이터를 수신하고, 처리하며, 바람직하게는 저장할 수 있는 임의의 하드웨어 장치를 포함하도록 여기에서 광범위하게 사용되는 것으로 해석되어야 한다. 하나의 가능한 예에서, 중앙 IT 유닛(50)은 디지털 카메라(40)로부터 수신된 컴퓨터 프로그램 및 데이터를 저장하기 위한 저장 매체, 및 수신된 데이터를 처리하여 컴퓨터 프로그램을 실행하기 위한 중앙 처리 유닛(프로세서)을 포함하는 컴퓨터이다. 그 자체로 알려진 얼굴 인식 및 모션 추적 알고리즘은, 하나 이상의 카메라(40)에 의해 제공되는 이미지 정보에 기초하여 사용자의 얼굴의 현재의 공간적 위치를 식별하고 그에 따라 현재의 검출 점(23a)을 결정하는 중앙 IT 유닛(50)에서 실행될 수 있다. 점(23a)의 위치를 알면, 반사 소자(3)로부터 반사된 광빔(12a, 12b)이 사용자의 눈에 도달하는 입사 평면(10)이 결정될 수 있고, 즉 최소의 고스트 이미지 비율을 갖는 광빔(11)의 최적의 편광 상태가 중앙 IT 유닛(50)에 의해 결정될 수 있다. 광빔(11)의 경로에 배치된 LCD 패널(34)을 적절하게 제어함으로써, 최적의 편광 상태가 설정될 수 있다.

도 21a 내지 도 21c는 종래의 HUD 시스템 및 본 발명의 HUD 시스템에 의해 생성된 고스트 이미지 비율을 나타낸다. 앞에서 설명한 바와 같이, 도 19a 또는 20a의 HUD 시스템에 대해, 고스트 이미지가 없는 것으로 간주될 수 있는 범위(

< 3%)는 도 21a에 나타낸 바와 같이 매우 제한적이다(수직 방향으로 약 +/- 9° 및 수평 방향으로 +/- 7°). 이에 대해, 도 20b에 도시된 본 발명에 따른 HUD의 경우는, 도 21b에서 명확히 볼 수 있는 바와 같이 고스트 이미지가 없는 것으로 간주되는 범위(

< 3%)가 크게 퍼져 있다(수직 방향으로 +/- 9°, 수평 방향으로 +/- 25°). 도 20c, 20d 및 20e에 나타낸 실시예에 의해 생성된 HUD 시스템의 고스트 이미지 비율은 도 21c에 나타내어져 있다. 이러한 HUD 설계에 의해, 도 21c에서 명확하게 볼 수 있는 바와 같이 고스트 이미지가 없는 범위는 더욱 개선된다(수직 방향으로 +/- 30°, 수직 방향으로 +/- 9°이상).

이상의 설명으로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 편광 원리에 기초하여 동작하는 HUD 시스템에 있어서, 고스트 이미지의 비율을 현저히 감소시키거나 고스트 이미지가 없는 것으로 간주되는 범위를 증가시킨다. 제안된 솔루션은 기존의 시스템과 호환성을 가지며, 더욱이 훨씬 더 큰 이미지 크기를 갖는 새로운 HUD 장치를 구현할 수 있다. 경우에 따라서는, 운전자에게 보이는 지평선을 완전히 덮을 수 있기 때문에, 소위 AR(증강 현실) 체험도 만들 수 있다. 이 새로운 솔루션은 P편광 HUD 시스템(편광 선글라스에서도 동작함)과 조합시킬 수 있어 커다란 이점이 있다. 물론, 이 솔루션은 자동차뿐만 아니라 예를 들어 비행기, 선박 등의 윈드스크린에도 적용할 수 있다.

상기 개시된 실시예에 대한 다양한 변경은 첨부된 청구범위에 의해 결정되는 보호 범위로부터 이탈하는 일없이 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (15)

1. HUD 시스템의 화질을 개선하기 위한 방법, 특히 HUD 시스템의 고스트 이미지를 줄이기 위한 방법으로서, HUD 시스템은 이미지 디스플레이 장치(1)와, 부분적으로 투과하는 제1 반사면(3a) 및 그에 실질적으로 평행한 적어도 하나의 부분적으로 투과하는 제2 반사면(3b)을 갖는 반사 소자(3), 및 편광 의존성 반사층(13), 반사방지층(14) 및 광학 복굴절층(15)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나의 층을 구비하되, 제2 반사면(3b)은 이미지 디스플레이 장치(1) 반대편에 있는 제1 반사면(3a) 측에 있고, 반사 소자(3)는 이미지 디스플레이 장치(1)에 의해 발생된 이미지의 다른 점에서 발생하여 반사면(3a, 3b)에 입사되는 입사 광빔(11)으로부터 반사된 광빔(12a, 12b)을 생성하고 반사된 광빔(12a, 12b)의 적어도 일부를 설계 검출 점(23a)을 향해 반사하도록 되어 있으며,
   상기 방법은,
   - 설계 검출 점(23a)의 방향으로 반사 소자(3)에 의해 반사된 입사 광빔(11)에 대해 주어진 입사 광빔(11)의 반사 중에 반사된 광빔(12a, 12b)의 강도비가 최소인 최적의 편광 상태를 결정하는 단계, 및
   - 이전에 결정된 최적의 편광 상태에 따라 입사 광빔(11)의 경로에 배치된 편광 소자(20)에 의해 설계 검출 점(23a)의 방향으로 반사 소자(3)에 의해 반사된 입사 광빔(11)의 편광 상태를 설정하는 단계를 구비하되,
   상기 강도비는 제1 반사면(3a)에 의해 최초로 반사된 반사 광빔(12a)의 강도와 제2 반사면(3b)에 의해 최초로 반사된 반사 광빔(12b)의 강도의 최소값을 상기 2개의 강도의 최대값으로 나눔으로써 계산되는 것을 특징으로 하는 방법.
   
2. 제1항에 있어서, 편광 의존성 반사층(13)과 반사 방지층(14)으로부터 선택된 층을 가진 제1 및 제2 반사면(3a, 3b) 중 적어도 하나의 반사 계수를 수정하는 단계를 더 구비하되,
   입사 광빔(11)의 최적의 편광 상태는, 편광 소자(20)에 의해, 수정된 반사 계수를 갖는 반사면(3a, 3b)에 도달하는 입사 광빔(11)의 각각이 상기 층의 유형에 따라 S 편광 또는 P 편광되도록 설계 검출 점(23a)의 방향으로 반사된 입사 광빔(11)의 각각을 직선으로 편광함으로써 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
   
3. 제1항에 있어서, 복굴절층(15)이 상기 제2 반사면(3b)의 전방에 그것과 평행하게 배치된 광학 축(150)을 갖는 적어도 하나의 광학 복굴절층(15)을 반사 소자(3)에 제공하는 단계를 더 구비하되,
   입사 광빔(11)의 최적의 편광 상태는, 편광 소자(20)에 의해, 적어도 하나의 광학 복굴절층(15)을 통과하여 제2 반사면(3b)에 도달하는 입사 광빔(11)의 각각이 S 편광 또는 P 편광되도록 설계 검출 점(23a)의 방향으로 반사된 입사 광빔(11)을 타원으로 편광함으로써 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
   
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 편광 소자(20)로서 제어 가능한 픽셀을 갖는 LCD 패널(34)을 제공하는 단계, LCD 패널(34)의 픽셀을 통해 입사 광빔(11)을 통과시키는 단계, 및 픽셀을 제어함으로써 이전에 결정된 최적의 편광 상태에 따라 투과된 입사 광빔(11)의 편광 상태를 설정하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
   
5. 제4항에 있어서, 적어도 하나의 디지털 카메라를 제공하는 단계, 이 카메라를 이용하여 HUD 시스템의 사용자의 현재의 관찰 위치를 검출하는 단계, 현재의 관찰 위치에 따라 설계 검출 점(23a)을 선택하는 단계, 및 선택된 설계 검출 점(23a)을 이용하여 최적의 편광 상태를 결정하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
   
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 편광 소자(20).
   
7. 제6항에 있어서, 복수의 편광 축을 갖는 선형 편광 필터로서, 편광 필터의 다른 점에서 편광 축의 방향이 다른 것을 특징으로 하는 편광 소자(20).
   
8. 제6항에 있어서, 복수의 광학 축(150')을 갖는 광학 복굴절 소자이고, 광학 축(150') 및/또는 위상 시프트가 복굴절 소자의 다른 점에서 다른 것을 특징으로 하는 편광 소자(20).
   
9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 평탄하거나 구부러진 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 편광 소자(20).
   
10. 제6항에 있어서, 개별적으로 제어가능한 픽셀을 갖는 LCD 패널(34)인 것을 특징으로 하는 편광 소자(20).
    
11. 이미지 디스플레이 장치(1)와, 부분적으로 투과하는 제1 반사면(3a) 및 이에 실질적으로 평행한 적어도 하나의 부분적으로 투과하는 제2 반사면(3b)을 갖는 반사 소자(3), 및 편광 의존성 반사층(13), 반사방지층(14) 및 광학 복굴절층(15)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나의 층을 구비하되, 제2 반사면(3b)은 이미지 디스플레이 장치(1) 반대편에 있는 제1 반사면(3a)의 측면 상에 있고, 반사 소자(3)는 이미지 디스플레이 장치(1)에 의해 발생된 이미지의 다른 점에서 발생하여 반사면(3a, 3b)에 입사되는 입사 광빔(11)으로부터 반사된 광빔(12a, 12b)을 생성하고 반사된 광빔(12a, 12b)의 적어도 일부를 설계 검출 점(23a)을 향해 반사하도록 되어 있으며,
    상기 반사 소자(3)는 설계 검출 점(23a)을 향해 반사된 입사 광빔(11)의 일부가 브루스터 각도로 제1 반사면(3a)에 도달하도록 이미지 디스플레이 장치(1)에 대해 배치되는 HUD 시스템에 있어서,
    설계 검출 점(23a)을 향하여 반사 소자(3)에 의해 반사된 입사 광빔(11)의 편광 상태를 조정하기 위해 이미지 디스플레이 장치(1)와 반사 소자(3) 사이의 광 경로에 배치된 편광 소자(20)를 구비하되, 주어진 입사 광빔(11)의 반사 중에 편광 소자(20)를 통과하도록 되어 있고, 강도비가 최소이며, 이 강도비는 제1 반사면(3a)에 의해 최초로 반사된 반사 광빔(12a)의 강도와 제2 반사면(3b)에 의해 최초로 반사된 반사 광빔(12b)의 강도의 최소값을 상기 2개의 강도의 최대값으로 나눔으로써 계산되는 것을 특징으로 하는 HUD 시스템.
    
12. 제11항에 있어서, 제1 광학 축(150)을 갖는 광학 복굴절층(15)을 갖는 반사 소자(3) 및 제2 광학 축(150')을 갖는 복굴절 소자인 편광 소자(20)를 구비하되,
    제1 및 제2 광학 축(150, 150')은 서로 실질적으로 90도 각도로 되어 있는 것을 특징으로 하는 HUD 시스템.
    
13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 편광 소자(20)는 LCD 패널(34)이고, HUD 시스템은 HUD 시스템의 사용자의 현재의 관찰 위치를 결정하기 위한 하나 이상의 디지털 카메라(40)를 구비하되, 그에 연결된 중앙 IT 유닛(50)을 더 구비하며, 중앙 IT 유닛(50)은 LCD 패널(34)을 제어하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 HUD 시스템.
    
14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이미지 디스플레이 장치(1)는 디지털 프로젝터 또는 디지털 디스플레이인 것을 특징으로 하는 HUD 시스템.
    
15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 반사 소자(3)는 차량 윈드스크린이며, 제1 반사면(3a)은 윈드스크린의 내부 표면이고 제2 반사면(3b)은 윈드스크린의 외부 표면인 것을 특징으로 하는 HUD 시스템.
    

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